محرك وانكل: الجهاز ، مبدأ التشغيل

2024 مؤلف: Erin Ralphs | [email protected]. آخر تعديل: 2024-02-19 11:53

محرك الاحتراق الداخلي هو اختراع لامع للبشرية. بفضل محرك الاحتراق الداخلي ، بدأ التقدم التقني في التطور بشكل ملحوظ. هناك عدة أنواع من هذه الإعدادات. لكن أشهرها هي ربط قضيب ومكبس ومكبس دوار. اخترع المهندس الألماني وانكل هذا الأخير بالتعاون مع والتر فرويد. تحتوي وحدة الطاقة هذه على جهاز مختلف ومبدأ تشغيل مختلف ، عند مقارنتها بمحرك الاحتراق الداخلي التقليدي المتصل بمكبس قضيب. ما هو مبدأ تشغيل محرك وانكل ولماذا لم يحظى محرك الاحتراق الداخلي هذا بشعبية كبيرة؟ سننظر في كل هذا في مقالنا اليوم.

مميزة

إذن ، ما هذا المحرك؟ هذا محرك احتراق داخلي تم تطويره بواسطة Felix Wankel في عام 1957. تم تنفيذ وظيفة المكبس في هذه الوحدة بواسطة دوار ثلاثي الرؤوس. تدور داخل تجويف على شكل خاص.

بعد عدد من النماذج التجريبية للدراجات النارية والسيارات التي حدثت في السبعينيات من القرن الماضي ، انخفض الطلب على محرك وانكل بشكل كبير. على الرغم من أن عددًا من الشركات لا يزال يعمل حتى اليومتحسين هذا المحرك. لذلك ، يمكنك التعرف على محرك Wankel في سلسلة Mazda PX. أيضا ، وجدت هذه الوحدة تطبيقاتها في النمذجة.

جهاز محرك وانكل

تتكون وحدة الطاقة هذه من عدة مكونات:

• حالات (ثابتة).
• غرف الاحتراق
• منافذ مدخل ومخرج.
• معدات ثابتة.
• عجلة التروس.
• الدوار.
• فالا.
• شمعات الإشعال.

ما هو مبدأ عمل محرك وانكل؟ سننظر إلى هذا أدناه.

مبدأ العمل

يعمل ICE على النحو التالي. يتم تحريك الجزء المتحرك ، المثبت على عمود غريب الأطوار من خلال المحامل ، بواسطة قوة ضغط الغاز ، والتي تكونت نتيجة احتراق خليط وقود الهواء. الجزء المتحرك للمحرك نسبة إلى الجزء الثابت من خلال زوج من التروس. واحد منهم (كبير) يقع على السطح الداخلي للدوار. الثاني (الدعم) أصغر ويتم ربطه بإحكام بالغطاء الجانبي للمحرك. من خلال تفاعل التروس ، ينتج الدوار حركات دائرية غريبة الأطوار. وبالتالي ، فإن حوافه على اتصال مع السطح الداخلي لغرفة الاحتراق.

نتيجة لذلك ، يتم تشكيل عدة غرف معزولة ذات حجم متغير بين مبيت المحرك والدوار. عددهم دائمًا هو 3. في هذه الغرف ، تتم عملية ضغط الخليط واحتراقه وتمدد الغازات (التي تضغط لاحقًا على سطح العمل للدوار) وإزالتها. نتيجة لاشتعال الوقود ، يتم تشغيل الدوار ، ونقل عزم الدوران إلى العمود اللامتراكز. يتم تثبيت الأخير على محامل ثم ينقل الطاقة إلى وحدات النقل. وعندها فقط تنتقل لحظة قوى محرك Wankel إلى العجلات وفقًا للمخطط الكلاسيكي - من خلال محرك كاردان وأعمدة المحور إلى المحاور. وبالتالي ، تعمل عدة أزواج ميكانيكية في نفس الوقت في محرك دوار. الأول مسؤول عن حركة الدوار ويتكون من عدة تروس. الثاني de يحول حركة الدوار إلى ثورات للعمود اللامتراكز.

نسبة التروس للجزء الثابت (السكن) والتروس ثابتة دائمًا وهي 3: 2. وبالتالي ، فإن الجزء المتحرك لديه وقت للدوران من أجل ثورة كاملة في العمود بمقدار 120 درجة. في المقابل ، من أجل ثورة كاملة في الدوار ، يتم تنفيذ دورة تشغيل رباعية الأشواط لمحرك الاحتراق الداخلي في كل غرفة من الغرف الثلاث التي تشكلها الوجوه.

الفوائد

ما هي مزايا محرك الاحتراق الداخلي هذا؟ يتميز محرك المكبس الدوار Wankel بتصميم أبسط من محرك قضيب المكبس. لذا ، فإن عدد الأجزاء فيه أقل بنسبة 40 في المائة من محرك الاحتراق الداخلي ذي المكبس رباعي الأشواط. لكن مع ذلك ، لا يمكن إنشاء محرك Wankel بيديك بدون معدات متطورة. بعد كل شيء ، الدوار له شكل معقد للغاية. أولئك الذين حاولوا صنع محرك Wankel محلي الصنع بأيديهم عانوا من إخفاقات عديدة.

لكن دعنا نستمر في الفوائد. في تصميم الوحدة الدوارة لا يوجد عمود مرفقي وآلية لتوزيع الغاز. أيضا لا توجد قضبان توصيل والمكابس. يدخل الخليط القابل للاشتعال إلى الحجرة من خلال نافذة المدخل التي تفتح بواسطة حافة الدوار. وتنطلق غازات العادم في نهاية دورة العمل من الجسم عبر منفذ العادم. مرة أخرى ، يتم تنفيذ دور الصمام هنا بواسطة حافة الدوار نفسه. أيضًا ، لا يوجد عمود كامات في التصميم (يستخدم العديد منها الآن في توصيل وحدات قضيب). يشبه محرك المكبس الدوار Wankel المحرك ثنائي الأشواط من حيث مبدأ تشغيل آلية توزيع الغاز.

بشكل منفصل ، تجدر الإشارة إلى نظام التشحيم. في الواقع ، إنه غائب في محرك وانكل الدوار. ولكن كيف تعمل أزواج الاحتكاك إذن؟ الأمر بسيط: يضاف الزيت إلى الخليط القابل للاحتراق نفسه (كما في محركات الدراجات النارية البدائية). وبالتالي ، يتم تزييت أجزاء الاحتكاك بواسطة خليط الهواء والوقود نفسه. يفتقر التصميم إلى مضخة الزيت المألوفة للجميع ، والتي تأخذ مادة التشحيم من الحوض وترشها تحت ضغط خاص.

ميزة أخرى لمحرك Wankel هي وزنه وحجمه الخفيف. نظرًا لأن ما يقرب من نصف الأجزاء الإلزامية في المحركات المكبسية مفقودة هنا ، فإن الوحدة الدوارة تكون أكثر إحكاما ويمكن وضعها في أي حجرة محرك. تسمح لك الأبعاد المدمجة باستخدام مساحة حجرة المحرك بشكل أكثر منطقية ، فضلاً عن توفير حمل أكثر اتساقًا على المحاور الأمامية والخلفية (بعد كل شيء ، في السيارات ذات المحركات التقليدية ، يقع أكثر من 70 في المائة من الحمولة في المقدمة جزء). وبسبب الوزن المنخفض ، يتحقق الاستقرار العالي. نعم ، المحرك لديهأدنى مستوى للاهتزاز ، والذي له تأثير إيجابي على راحة الآلة.

الإضافة التالية لهذه الوحدة هي القوة النوعية العالية ، والتي تتحقق بسرعات عالية للمحور. تتيح لك هذه الميزة تحقيق خصائص تقنية جيدة. هذا هو سبب استخدام محرك وانكل في سيارات مازدا الرياضية. يدور المحرك بسهولة حتى سبعة آلاف دورة أو أكثر. في الوقت نفسه ، يوفر عزمًا وقوة أكبر بكثير بحجم صغير. كل هذا له تأثير إيجابي على ديناميكيات السيارة المتسارعة. على سبيل المثال ، يمكنك أن تأخذ السيارة "Mazda RX-8". بسعة 1.3 لتر المحرك ينتج 210 حصان.

عيوب التصميم

بالنظر إلى الجهاز ومبدأ تشغيل محرك وانكل الدوار ، تجدر الإشارة إلى عيب التصميم الرئيسي. هذه هي الكفاءة المنخفضة لسدادات الفجوة بين غرفة الاحتراق والدوار. هذا الأخير له شكل معقد نوعًا ما ، والذي يتطلب إحكامًا موثوقًا ليس فقط على طول الحواف (التي يوجد منها أربعة في المجموع) ، ولكن أيضًا على طول السطح الجانبي (الذي يكون على اتصال بغطاء المحرك). في الوقت نفسه ، يتم تصنيعها على شكل شرائح فولاذية محملة بنابض مع معالجة دقيقة بشكل خاص من الأطراف ومن أسطح العمل. جميع بدلات التمدد أثناء التسخين ، المدرجة في التصميم ، تحط من هذه الخصائص. لهذا السبب ، من المستحيل تجنب اختراق الغازات في الأماكن النهائية لألواح الختم. في المحركات المكبسية ، يتم تطبيق تأثير المتاهة. لذلك ، يستخدم التصميم ثلاث حلقات مانعة للتسرب مع فجوات في اتجاهات مختلفة.

لكن من الجدير بالذكر أنه في السنوات الأخيرة زادت جودة الأختام. قام المصممون بتحسين محرك Wankel باستخدام مواد جديدة للأختام. لكن مع ذلك ، يعتبر اختراق الغاز أضعف نقطة في محرك الاحتراق الداخلي الدوار.

استهلاك النفط

كما قلنا سابقًا ، لا يوجد نظام تزييت على هذا النحو في هذا المحرك. نظرًا لحقيقة أن الزيت يدخل مع الخليط القابل للاحتراق ، يزداد استهلاكه بشكل كبير. وإذا تم استبعاد الفقد الطبيعي لزيوت التشحيم عند توصيل محركات القضيب أو لم يكن أكثر من 100 جرام لكل ألف كيلومتر ، فإن هذه المعلمة في المحركات الدوارة تتراوح من 0.4 إلى 1 لتر لكل ألف كيلومتر. وذلك لأن نظام الختم المعقد يتطلب تزييتًا أكثر فعالية للأسطح. أيضًا ، نظرًا لارتفاع استهلاك الزيت ، لا تستطيع هذه المحركات تلبية المعايير البيئية الحديثة. غازات عوادم السيارات بمحرك وانكل تحتوي على العديد من المواد الخطرة على الجسم والبيئة.

علاوة على ذلك ، لا يمكن تشغيل المحرك الدوار إلا بزيوت عالية الجودة وباهظة الثمن. هذا بسبب عدة عوامل:

• ميل ملامسة أجزاء من حجرة المحرك والدوار إلى التآكل العالي.
• ميل أزواج الاحتكاك للسخونة الزائدة.

مشاكل أخرى

تغيرات الزيت غير المنتظمة تهدد بتقليل عمر محرك الاحتراق الداخلي ، حيث كانت جزيئات زيت التشحيم القديم بمثابة مادة كاشطة ، مما يزيد من الفجوات واحتمال اختراق غاز العادم في الغرفة. هذه الوحدة أسافين أيضًا عند ارتفاع درجة حرارتها. وعند القيادة في الطقس البارد ،ربما كان التبريد مفرط

تتميز RPD نفسها بدرجة حرارة تشغيل أعلى من أي محرك مكبس. تعتبر غرفة الاحتراق الأكثر تحميلًا. لها حجم صغير. وبسبب الشكل الممتد ، تكون الغرفة عرضة للانفجار. بالإضافة إلى الزيت ، يطالب محرك Wankel بجودة الشموع. يتم تثبيتها في أزواج ويتم تغييرها بدقة وفقًا للوائح الفنية. من بين النقاط الأخرى ، تجدر الإشارة إلى عدم كفاية مرونة المحرك الدوار. لذلك ، يمكن لمحركات الاحتراق الداخلي هذه أن تنتج خصائص قوة وسرعة ممتازة فقط عند سرعات دوران عالية - من 6 إلى 10 آلاف أو أكثر في الدقيقة. تجبر هذه الميزة المصممين على تحسين تصميم علب التروس ، مما يجعلها متعددة المراحل.

عيب آخر هو ارتفاع استهلاك الوقود. على سبيل المثال ، إذا كنت تأخذ محرك مكبس Mazda RX-8 سعة 1.3 لترًا ، وفقًا لبيانات جواز السفر ، فإنه يستهلك من 14 إلى 18 لترًا من الوقود. علاوة على ذلك ، يوصى باستخدام البنزين عالي الأوكتان فقط.

حول تطبيق RPD في صناعة السيارات

كان هذا المحرك أكثر شهرة في أواخر الستينيات وأوائل السبعينيات من القرن الماضي. حصلت 11 شركة صناعة سيارات رائدة على براءة اختراع Wankel RPD. لذلك ، في العام 67 ، طورت NSU أول سيارة من فئة رجال الأعمال بمحرك دوار ، والتي كانت تسمى NSU RO 80. تم إنتاج هذا النموذج بكميات كبيرة لمدة 10 سنوات. في المجموع ، تم إصدار أكثر من 37 ألف نسخة. كانت السيارة شائعة ، لكن عيوب المحرك الدوار شوهت في النهاية سمعة هذه السيارة. على خلفية الآخرينطرازات NSU ، كانت NSU RO 80 سيدان الأكثر موثوقية. كان عدد الكيلومترات قبل الإصلاح 50 ألفًا فقط مع 100 المعلن.

أيضًا ، جرب اهتمام Peugeot-Citroen وشركة Mazda ومصنع VAZ محركات دوارة (سنتحدث عن هذه الحالة بشكل منفصل أدناه). حقق اليابانيون أكبر نجاح بإطلاق سيارة ركاب بمحرك دوار في العام 63. في الوقت الحالي ، لا يزال اليابانيون يجهزون RPD على سياراتهم الرياضية من سلسلة RX. حتى يومنا هذا ، هم خالون من العديد من "أمراض الطفولة" التي كانت متأصلة في خطة عمل إعادة التوطين في ذلك الوقت.

Wankel RPD وصناعة الدراجات النارية

في السبعينيات والثمانينيات من القرن الماضي ، جرب بعض مصنعي الدراجات النارية المحركات الدوارة. هؤلاء هم هرقل وسوزوكي. الآن تم إنشاء الإنتاج الضخم للدراجات النارية الدوارة في Norton فقط. تنتج هذه العلامة التجارية دراجات رياضية NRV588 مزودة بمحركات ثنائية الدوار بحجم إجمالي يبلغ 588 سم مكعب. قوة دراجة نورتون 170 حصان. مع وزن يصل إلى 130 كجم ، تتمتع هذه الدراجة النارية بأداء ديناميكي ممتاز. بالإضافة إلى ذلك ، تم تجهيز RPDs بنظام حقن الوقود الإلكتروني ومسلك سحب متغير.

حقائق مثيرة للاهتمام

وحدات الطاقة هذه تستخدم على نطاق واسع بين صانعي نماذج الطائرات. نظرًا لعدم وجود متطلبات للكفاءة والموثوقية في نموذج محرك الاحتراق الداخلي ، فقد تبين أن إنتاج هذه المحركات غير مكلف. في مثل هذه المحركات الاحتراق الداخلي ، لا توجد أختام دوارة على الإطلاق ، أو أنها تمتلك التصميم الأكثر بدائية. الميزة الرئيسية لهذاوحدة نموذج الطائرة هي أنه من السهل تثبيتها في نموذج مقياس الطيران. الجليد خفيف ومضغوط.

حقيقة أخرى: فيليكس وانكل ، بعد حصوله على براءة اختراع لـ RPD في عام 1936 ، أصبح مخترعًا ليس فقط للمحركات الدوارة ، ولكن أيضًا للضواغط ، وكذلك المضخات التي تعمل وفقًا لنفس المخطط. يمكن العثور على هذه الوحدات في ورش الإصلاح وفي الإنتاج. بالمناسبة ، مضخات نفخ الإطارات الكهربائية المحمولة مصممة تمامًا وفقًا لهذا المبدأ.

سيارات RPD و VAZ

في الحقبة السوفيتية ، كانوا يشاركون أيضًا في إنشاء محرك مكبس دوار وتركيبه على سيارات VAZ المحلية. لذلك ، كان أول محرك RPD في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية هو محرك VAZ-311 بسعة 70 حصانًا. تم إنشاؤه على أساس الوحدة اليابانية 13V. ولكن منذ أن تم إنشاء المحرك وفقًا لخطط غير واقعية ، تبين أن الوحدة غير موثوقة بعد وضعها في الإنتاج الضخم. كانت السيارة الأولى بهذا المحرك هي VAZ-21018.

لكن قصة تثبيت محرك Wankel على VAZ لا تنتهي عند هذا الحد. الثانية على التوالي كانت وحدة الطاقة VAZ-415 ، والتي تم استخدامها على دفعات صغيرة على G8 في الثمانينيات. تتميز وحدة الطاقة هذه بخصائص تقنية أفضل. زادت القوة بحجم 1308 سم مكعب إلى 150 حصانًا. بفضل هذا ، تسارعت السوفيتي VAZ-2108 بمحرك دوار إلى مئات في 9 ثوان. واقتصرت السرعة القصوى على 190 كيلومترًا في الساعة. لكن هذا المحرك لم يكن خالي من العيوب. على وجه الخصوص ، هو مورد صغير. بالكاد وصل إلى 80 ألفكيلومترات. من بين السلبيات أيضًا ، تجدر الإشارة إلى التكلفة العالية لإنشاء مثل هذه السيارة. كان استهلاك الزيت 700 جرام لكل ألف كيلومتر. استهلاك الوقود حوالي 20 لترًا لكل مائة. لذلك ، تم استخدام الوحدة الدوارة فقط في مركبات الخدمات الخاصة ، على دفعات صغيرة.

الخلاصة

لذلك اكتشفنا ما هو محرك وانكل. تستخدم هذه الوحدة الدوارة الآن في سلسلة فقط في سيارات Mazda ، وعلى طراز واحد فقط. على الرغم من التحسينات العديدة والمحاولات التي قام بها المهندسون اليابانيون لتحسين تصميم RPD ، لا يزال لديها مورد صغير إلى حد ما وتتميز باستهلاك مرتفع للزيت. أيضا ، مازدا 1.3 لتر الجديدة لا تختلف في كفاءة الوقود. كل هذه العيوب في المحرك الدوار تجعله غير عملي وقليل الاستخدام في صناعة السيارات.