Wankel շարժիչ՝ սարք, աշխատանքի սկզբունք

2024 Հեղինակ: Erin Ralphs | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-02-19 17:01

Ներքին այրման շարժիչը մարդկության փայլուն գյուտն է։ Ներքին այրման շարժիչի շնորհիվ տեխնիկական առաջընթացը սկսեց զգալիորեն զարգանալ։ Այս կարգավորումների մի քանի տեսակներ կան: Բայց ամենահայտնին միացնող գավազանն ու մխոցն ու պտտվող մխոցն են: Վերջինս հորինել է գերմանացի ինժեներ Վանկելը Վալտեր Ֆրոյդի հետ համագործակցությամբ։ Այս էներգաբլոկը ունի այլ սարք և աշխատանքի սկզբունք՝ համեմատած դասական միացնող գավազան-մխոց ներքին այրման շարժիչի հետ: Ո՞րն է Wankel շարժիչի աշխատանքի սկզբունքը և ինչու այս ներքին այրման շարժիչն այդքան հայտնի չի դարձել: Այս ամենը մենք կդիտարկենք մեր այսօրվա հոդվածում։

Բնութագիր

Այսպիսով, ի՞նչ է այս շարժիչը: Սա ներքին այրման շարժիչ է, որը մշակվել է Ֆելիքս Վանկելի կողմից 1957 թվականին։ Մխոցի ֆունկցիան այս ագրեգատում կատարվում էր երեք գագաթներով ռոտորով: Այն պտտվել է հատուկ ձևավորված խոռոչի ներսում։

Մոտոցիկլետների և մեքենաների մի շարք փորձնական մոդելներից հետո, որոնք տեղի են ունեցել անցյալ դարի 70-ականներին, Wankel շարժիչի պահանջարկը զգալիորեն նվազել է: Չնայած այսօր մի շարք ընկերություններ դեռ աշխատում են դրա վրաայս շարժիչի բարելավում. Այսպիսով, դուք կարող եք հանդիպել Wankel շարժիչին Mazda PX սերիայի վրա: Նաև այս միավորը գտել է իր կիրառությունը մոդելավորման մեջ։

Wankel շարժիչի սարք

Այս էներգաբլոկը բաղկացած է մի քանի բաղադրիչներից՝

• Պատյաններ (ստատորներ).
• Այրման պալատներ.
• Մուտքի և ելքի պորտեր։
• Ստացիոնար հանդերձանք.
• Փոխանցման անիվ.
• Ռոտոր.
• Vala.
• Կայծային մոմեր.

Ո՞րն է Wankel շարժիչի աշխատանքի սկզբունքը: Սա կանդրադառնանք ստորև։

Աշխատանքի սկզբունք

Այս ICE-ը գործում է հետևյալ կերպ. Առանցքակալների միջոցով էքսցենտրիկ լիսեռի վրա տեղադրված ռոտորը շարժվում է գազի ճնշման ուժով, որն առաջացել է օդ-վառելիքի խառնուրդի այրման արդյունքում։ Շարժիչի ռոտորը ստատորի համեմատ մի զույգ շարժակների միջոցով: Նրանցից մեկը (մեծ) գտնվում է ռոտորի ներքին մակերեսին: Երկրորդը (հենակետը) ավելի փոքր է և սերտորեն կցված է շարժիչի կողային ծածկույթին: Անցանցների փոխազդեցության միջոցով ռոտորն առաջացնում է էքսցենտրիկ շրջանաձև շարժումներ: Այսպիսով, դրա եզրերը շփվում են այրման պալատի ներքին մակերեսի հետ։

Արդյունքում, շարժիչի պատյանի և ռոտորի միջև ձևավորվում են փոփոխական ծավալի մի քանի մեկուսացված խցիկներ: Դրանց թիվը միշտ 3 է։ Այս խցերում տեղի է ունենում խառնուրդի սեղմման, դրա այրման, գազերի ընդլայնման (որոնք հետագայում ճնշում են գործադրում ռոտորի աշխատանքային մակերեսի վրա) և դրանց հեռացման գործընթացը։ Որպես արդյունքվառելիքի բռնկումը, ռոտորը շարժվում է, ոլորող մոմենտը փոխանցելով էքսցենտրիկ լիսեռին: Վերջինս ամրացվում է առանցքակալների վրա, այնուհետև էլեկտրաէներգիան փոխանցում է փոխանցման ագրեգատներին: Եվ միայն այն ժամանակ, երբ Վանկելի շարժիչի ուժի պահը գնում է դեպի անիվները դասական սխեմայի համաձայն՝ կարդան շարժիչի և առանցքի լիսեռների միջոցով դեպի հանգույցներ: Այսպիսով, մի քանի մեխանիկական զույգեր միաժամանակ աշխատում են պտտվող շարժիչում: Առաջինը պատասխանատու է ռոտորի շարժման համար և բաղկացած է մի քանի փոխանցումներից: Երկրորդը ռոտորի շարժումը վերածում է էքսցենտրիկ լիսեռի պտույտի։

Ստատորի (բնակարանի) և շարժակների փոխանցման հարաբերակցությունը միշտ կայուն է և 3:2 է: Այսպիսով, ռոտորը ժամանակ ունի պտտվելու լիսեռի ամբողջական պտույտի համար 120 աստիճանով: Իր հերթին, ռոտորի ամբողջական պտույտի համար ներքին այրման շարժիչի չորս հարվածային ցիկլը կատարվում է դեմքերի կողմից ձևավորված երեք խցիկներից յուրաքանչյուրում:

Օգուտներ

Որո՞նք են այս ներքին այրման շարժիչի առավելությունները: Wankel պտտվող մխոցային շարժիչը ավելի պարզ դիզայն ունի, քան մխոցաձողով շարժիչը: Այսպիսով, դրա մասերի քանակը 40 տոկոսով պակաս է, քան մխոցային չորս հարվածային ներքին այրման շարժիչում: Բայց, այնուամենայնիվ, հնարավոր չէ սեփական ձեռքերով Wankel շարժիչ ստեղծել առանց բարդ սարքավորումների: Ի վերջո, ռոտորը շատ բարդ ձև ունի: Նրանք, ովքեր փորձել են իրենց ձեռքերով պատրաստել տնական Wankel շարժիչը, բազմաթիվ ձախողումներ են կրել։

Բայց եկեք շարունակենք առավելությունները: Պտտվող ագրեգատի նախագծում բացակայում է ծնկաձև լիսեռը, գազի բաշխման մեխանիզմը: Նաև չկա միացնող ձողեր ևմխոցներ. Այրվող խառնուրդը խցիկ է մտնում մուտքային պատուհանից, որը բացվում է ռոտորի եզրով: Իսկ արտանետվող գազերը աշխատանքային ցիկլի վերջում թափվում են մարմնից արտանետվող պորտի միջոցով։ Կրկին, այստեղ փականի դերը կատարվում է հենց ռոտորի եզրով: Բացի այդ, դիզայնում բացակայում է լիսեռը (որից մի քանիսն այժմ օգտագործվում են միացնող գավազանների ագրեգատների վրա): Վանկելի պտտվող մխոցային շարժիչը գազի բաշխման մեխանիզմի գործարկման սկզբունքով նման է երկհարվածի։

Առանձին-առանձին հարկ է նշել քսման համակարգը։ Իրականում այն բացակայում է Wankel պտտվող շարժիչում։ Բայց ինչպե՞ս են այդ դեպքում աշխատում շփման զույգերը: Դա պարզ է. յուղը ավելացվում է ինքնին այրվող խառնուրդին (ինչպես մոտոցիկլետների պարզունակ շարժիչներում): Այսպիսով, քսող մասերի քսումն իրականացվում է հենց օդ-վառելիքի խառնուրդով: Դիզայնում բացակայում է բոլորին ծանոթ յուղի պոմպը, որը վերցնում է քսանյութը ջրամբարից և ցողում այն հատուկ ճնշման տակ։

Wankel շարժիչի մեկ այլ առավելություն նրա թեթև քաշն ու չափն է: Քանի որ այստեղ բացակայում են մխոցային շարժիչներում պարտադիր մասերի գրեթե կեսը, պտտվող ագրեգատը ավելի կոմպակտ է և կարող է տեղավորվել ցանկացած շարժիչի խցիկում: կոմպակտ չափերը թույլ են տալիս ավելի ռացիոնալ օգտագործել շարժիչի խցիկի տարածությունը, ինչպես նաև ապահովել ավելի միասնական բեռ առջևի և հետևի առանցքների վրա (ի վերջո, սովորական շարժիչներով մեքենաներում բեռի ավելի քան 70 տոկոսը ընկնում է առջևի վրա մաս): Իսկ ցածր քաշի շնորհիվ ձեռք է բերվում բարձր կայունություն։ Այո, շարժիչն ունիթրթռման նվազագույն մակարդակը, որը դրական է ազդում մեքենայի հարմարավետության վրա:

Այս միավորի հաջորդ պլյուսը բարձր հատուկ հզորությունն է, որը ձեռք է բերվում լիսեռի բարձր արագությամբ: Այս հատկությունը թույլ է տալիս հասնել լավ տեխնիկական բնութագրերի: Ահա թե ինչու է Wankel շարժիչը օգտագործվում Mazda սպորտային մեքենաներում: Շարժիչը հեշտությամբ պտտվում է մինչև յոթ կամ ավելի հազար պտույտ: Միևնույն ժամանակ, այն փոքր ծավալով ապահովում է շատ ավելի մեծ ոլորող մոմենտ և ուժ: Այս ամենը դրական է ազդում մեքենայի արագացման դինամիկայի վրա։ Օրինակ, դուք կարող եք վերցնել «Mazda RX-8» մեքենան: 1,3 լիտր ծավալով շարժիչն արտադրում է 210 ձիաուժ։

Դիզայնի թերություններ

Հաշվի առնելով Wankel պտտվող շարժիչի սարքը և սկզբունքը, հարկ է նշել հիմնական դիզայնի թերությունը: Սա այրման պալատի և ռոտորի միջև եղած բացերի կնիքների ցածր արդյունավետությունն է: Վերջինս ունի բավականին բարդ ձև, որը պահանջում է հուսալի կնքում ոչ միայն եզրերի երկայնքով (որոնցից ընդհանուր առմամբ չորսն են), այլև կողային մակերեսի երկայնքով (որոնք շփվում են շարժիչի ծածկույթի հետ): Միևնույն ժամանակ դրանք պատրաստված են պողպատե զսպանակավոր շերտերի տեսքով՝ հատկապես ճշգրիտ մշակմամբ ինչպես ծայրերից, այնպես էլ աշխատանքային մակերեսներից։ Ջեռուցման ընթացքում ընդլայնման բոլոր թույլտվությունները, որոնք ներառված են դիզայնի մեջ, վատթարացնում են այս բնութագրերը: Դրա պատճառով անհնար է խուսափել գազերի բեկումից հերմետիկ թիթեղների վերջնամասերում: Մխոցային շարժիչներում կիրառվում է լաբիրինթոսի էֆեկտը։ Այսպիսով, դիզայնը օգտագործում է երեք կնքման օղակներ տարբեր ուղղություններով բացերով:

Բայց հարկ է նշել, որ վերջին տարիներին կնիքների որակը բարձրացել է։ Դիզայներները կատարելագործել են Wankel շարժիչը՝ օգտագործելով նոր նյութեր կնիքների համար։ Այնուամենայնիվ, գազի բեկումը համարվում է պտտվող ներքին այրման շարժիչի ամենաթույլ կետը:

Յուղի սպառում

Ինչպես արդեն ասացինք, այս շարժիչում որպես այդպիսին քսման համակարգ չկա: Շնորհիվ այն բանի, որ նավթը մտնում է այրվող խառնուրդի հետ միասին, դրա սպառումը զգալիորեն ավելանում է: Եվ եթե միացնող գավազանով շարժիչների վրա քսանյութի բնական կորուստը բացառված է կամ կազմում է ոչ ավելի, քան 100 գրամ 1 հազար կիլոմետրում, ապա պտտվող շարժիչների վրա այս պարամետրը տատանվում է 0,4-ից մինչև 1 լիտր հազար կիլոմետրի համար: Դա պայմանավորված է նրանով, որ բարդ կնքման համակարգը պահանջում է մակերեսների ավելի արդյունավետ քսում: Նաև նավթի մեծ սպառման պատճառով այս շարժիչները չեն կարող համապատասխանել ժամանակակից բնապահպանական չափանիշներին: Wankel շարժիչով մեքենաների արտանետվող գազերը պարունակում են բազմաթիվ նյութեր, որոնք վտանգավոր են մարմնի և շրջակա միջավայրի համար:

Բացի այդ, պտտվող շարժիչը կարող էր աշխատել միայն բարձրորակ և թանկարժեք յուղերով: Դա պայմանավորված է մի քանի գործոններով.

• Շարժիչի խցիկի և ռոտորի մասերի շփվելու միտում դեպի բարձր մաշվածություն:
• Շփման զույգերի գերտաքացման միտում։

Այլ խնդիրներ

Յուղի անկանոն փոփոխությունները սպառնում էին նվազեցնել ներքին այրման շարժիչի կյանքը, քանի որ հին քսանյութի մասնիկները գործում էին որպես հղկող նյութ՝ մեծացնելով բացերը և խցիկում արտանետվող գազերի թափանցման հավանականությունը: Այս միավորը նաև սեպ է սեպվում, երբ գերտաքացվում է: Իսկ ցուրտ եղանակին վարելիս,հովացումը կարող էր չափազանց շատ լինել։

RPD-ն ինքնին ունի ավելի բարձր աշխատանքային ջերմաստիճան, քան ցանկացած մխոցային շարժիչ: Այրման պալատը համարվում է ամենածանրաբեռնվածը: այն ունի փոքր ծավալ։ Եվ երկարաձգված ձևի պատճառով խցիկը հակված է պայթյունի: Բացի նավթից, Wankel շարժիչը պահանջում է մոմերի որակը: Դրանք տեղադրվում են զույգերով և փոխվում են խիստ տեխնիկական կանոնակարգի համաձայն։ Ի թիվս այլ կետերի, հարկ է նշել պտտվող շարժիչի անբավարար առաձգականությունը: Այսպիսով, այս ներքին այրման շարժիչները կարող են արտադրել գերազանց արագություն և հզորության բնութագրեր միայն ռոտորի բարձր արագության դեպքում՝ րոպեում 6-ից 10 կամ ավելի հազար: Այս հատկությունը դիզայներներին ստիպում է կատարելագործել փոխանցման տուփերի դիզայնը՝ դրանք դարձնելով բազմաստիճան։

Մյուս թերությունը վառելիքի բարձր սպառումն է: Օրինակ, եթե դուք վերցնում եք 1,3 լիտրանոց Mazda RX-8 պտտվող մխոցային շարժիչ, ըստ անձնագրային տվյալների, այն սպառում է 14-ից 18 լիտր վառելիք: Ավելին, խորհուրդ է տրվում օգտագործել միայն բարձր օկտանային բենզին։

Ավտոմոբիլային արդյունաբերությունում RPD-ի կիրառման մասին

Այս շարժիչը ամենատարածվածն էր անցյալ դարի 60-ականների վերջին և 70-ականների սկզբին: Wankel RPD արտոնագիրը ձեռք է բերվել 11 առաջատար ավտոարտադրողների կողմից: Այսպիսով, 67-րդ տարում NSU-ն ստեղծեց առաջին բիզնես դասի մեքենան պտտվող շարժիչով, որը կոչվում էր NSU RO 80: Այս մոդելը զանգվածային արտադրության էր 10 տարի: Ընդհանուր առմամբ թողարկվել է ավելի քան 37 հազար օրինակ։ Մեքենան հայտնի էր, բայց պտտվող շարժիչի թերությունները ի վերջո արատավորեցին այս մեքենայի համբավը: Ուրիշների ֆոնինNSU մոդելները, NSU RO 80 սեդանը ամենաանհուսալին էր։ Վազքը մինչև կապիտալ վերանորոգումը հայտարարագրված 100-ով ընդամենը 50 հազար էր։

Նաև Peugeot-Citroen կոնցեռնը, Mazda ընկերությունը և VAZ գործարանը փորձեր են կատարել պտտվող շարժիչների հետ (այս դեպքի մասին կխոսենք առանձին ստորև): Ճապոնացիները ամենամեծ հաջողությանը հասան՝ 63-րդ տարում թողարկելով պտտվող շարժիչով մարդատար ավտոմեքենա։ Այս պահին ճապոնացիները դեռևս սարքավորում են RPD-ներ իրենց RX սերիայի սպորտային մեքենաների վրա: Մինչ օրս նրանք զերծ են բազմաթիվ «մանկական հիվանդություններից», որոնք բնորոշ էին այն ժամանակվա RAP-ին:

Wankel RPD և մոտոցիկլետների արդյունաբերություն

Անցյալ դարի 70-ական և 80-ական թվականներին մոտոցիկլետների որոշ արտադրողներ փորձարկումներ կատարեցին պտտվող շարժիչներով: Սրանք Հերկուլեսն ու Սուզուկին են: Այժմ պտտվող մոտոցիկլետների զանգվածային արտադրություն է հաստատվել միայն Norton-ում։ Այս ապրանքանիշը արտադրում է NRV588 սպորտային հեծանիվներ, որոնք հագեցած են երկու ռոտորային շարժիչներով՝ 588 խորանարդ սանտիմետր ընդհանուր ծավալով: Norton հեծանիվի հզորությունը 170 ձիաուժ է։ 130 կիլոգրամ քաշով այս մոտոցիկլետն ունի հիանալի դինամիկ կատարում: Բացի այդ, այս RPD-ները հագեցված են վառելիքի ներարկման էլեկտրոնային համակարգով և փոփոխական ընդունման տրակտով:

Հետաքրքիր փաստեր

Այս էներգաբլոկները լայնորեն կիրառվում են ինքնաթիռների մոդելավորողների շրջանում: Քանի որ մոդելի ներքին այրման շարժիչի արդյունավետության և հուսալիության պահանջներ չկան, նման շարժիչների արտադրությունը պարզվեց, որ էժան է: Նման ներքին այրման շարժիչներում ընդհանրապես չկան ռոտորային կնիքներ, կամ դրանք ունեն ամենապրիմիտիվ դիզայնը։ Սրա հիմնական առավելությունըԻնքնաթիռի մոդելային միավորն այն է, որ այն հեշտ է տեղադրել թռչող մասշտաբի մոդելում: ICE-ը թեթև է և կոմպակտ:

Եվս մեկ փաստ. Ֆելիքս Վանկելը, ստանալով RPD-ի արտոնագիր 1936 թվականին, դարձավ ոչ միայն պտտվող շարժիչների, այլև կոմպրեսորների, ինչպես նաև նույն սխեմայով աշխատող պոմպերի գյուտարարը: Նման ագրեգատները կարելի է գտնել վերանորոգման խանութներում և արտադրությունում: Ի դեպ, դյուրակիր էլեկտրական անվադողերի փչման պոմպերը նախագծված են հենց այս սկզբունքով։

RPD և VAZ մեքենաներ

Խորհրդային տարիներին զբաղվել են նաև պտտվող մխոցային շարժիչի ստեղծմամբ և կենցաղային VAZ մեքենաների վրա դրա տեղադրմամբ։ Այսպիսով, ԽՍՀՄ-ում առաջին RPD-ն 70 ձիաուժ հզորությամբ VAZ-311 շարժիչն էր: Այն ստեղծվել է ճապոնական 13V միավորի հիման վրա։ Բայց քանի որ շարժիչի ստեղծումն իրականացվել է անիրատեսական պլանների համաձայն, զանգվածային արտադրության մեջ մտցնելուց հետո միավորը պարզվել է, որ անվստահելի է։ Այս շարժիչով առաջին մեքենան VAZ-21018-ն էր:

Բայց ՎԱԶ-ի վրա Wankel շարժիչի տեղադրման պատմությունը այսքանով չի ավարտվում։ Երկրորդն անընդմեջ ՎԱԶ-415 էներգաբլոկն էր, որը փոքր խմբաքանակներով օգտագործվում էր G8-ի վրա 80-ականներին։ Այս էներգաբլոկը ավելի լավ տեխնիկական բնութագրեր ուներ։ 1308 խորանարդ սանտիմետր ծավալով հզորությունը հասել է 150 ձիաուժի։ Դրա շնորհիվ սովետական VAZ-2108-ը պտտվող շարժիչով 9 վայրկյանում արագացել է հարյուրների: Իսկ առավելագույն արագությունը սահմանափակվել է ժամում 190 կիլոմետրով։ Բայց այս շարժիչն առանց թերությունների չէր։ Մասնավորապես, դա փոքր ռեսուրս է։ Նա հազիվ հասավ 80 հազարիկիլոմետր։ Նաև մինուսների շարքում հարկ է նշել նման մեքենայի ստեղծման բարձր արժեքը: Նավթի սպառումը կազմում էր 700 գրամ յուրաքանչյուր հազար կիլոմետրի համար։ Վառելիքի սպառումը հարյուրից մոտ 20 լիտր է: Հետևաբար, պտտվող ագրեգատը օգտագործվել է միայն հատուկ ծառայությունների մեքենաների վրա՝ փոքր խմբաքանակներով։

Եզրակացություն

Այսպիսով մենք պարզեցինք, թե որն է Wankel շարժիչը: Այս պտտվող ագրեգատն այժմ սերիական օգտագործվում է միայն Mazda մեքենաների վրա և միայն մեկ մոդելի վրա: Չնայած RPD-ի դիզայնը բարելավելու ճապոնացի ինժեներների բազմաթիվ բարելավումներին և փորձերին, այն դեռևս բավականին փոքր ռեսուրս ունի և բնութագրվում է նավթի բարձր սպառմամբ: Բացի այդ, նոր 1,3 լիտրանոց Mazdas-ները չեն տարբերվում վառելիքի խնայողությամբ։ Պտտվող շարժիչի այս բոլոր թերությունները դարձնում են այն անիրագործելի և թերօգտագործված ավտոմոբիլային արդյունաբերության մեջ: