Motore Wankel. Il motore a pistoni rotanti di Felix Wankel

I principali tipi di motori a combustione interna e motori a vapore hanno un unico inconveniente. Consiste nel fatto che il movimento alternativo richiede la conversione in movimento rotatorio. Ciò, a sua volta, causa una bassa produttività e un'usura piuttosto elevata delle parti del meccanismo incluse in vari tipi di motori. Un sacco di persone pensavano di creare un motore in cui le parti mobili ruotavano solo. Tuttavia, solo una persona è riuscita a risolvere questo problema. Felix Wankel - un meccanico autodidatta - è diventato l'inventore motore a pistone rotante. Durante la sua vita, quest'uomo non ha ricevuto alcuna specializzazione o istruzione superiore. Consideriamo ulteriormente il motore a pistone rotante Wankel.

Breve biografia dell'inventore

Felix G. Wankel è nato nel 1902, il 13 agosto, nella piccola città di Lahr (Germania). Nel primo mondo morì il padre del futuro inventore. Per questo motivo, Wankel ha dovuto lasciare i suoi studi in palestra e ottenere un lavoro come assistente venditore in una libreria di una casa editrice. Per questo motivo era dedito alla lettura. Felix ha studiato le caratteristiche tecniche di motori, automobili, meccanici in modo indipendente. La conoscenza che ha tratto dai libri che sono stati venduti nel negozio. Si ritiene che il motore Wankel successivamente implementato (più precisamente l'idea della sua creazione) sia stato visitato in un sogno. Non è noto se questo sia vero o meno, ma si può affermare con certezza che l'inventore aveva capacità non comuni, un peso per la meccanica e uno sguardo particolare su molte cose.

I primi tipi di motori

L'inventore, realizzando come implementare tutti e 4 i cicli di un motore convenzionale durante la rotazione, procedette alla progettazione. Nel 1924 Wankel creò un piccolo laboratorio. Ha anche lavorato come laboratorio. Fu qui che Felix Wankel iniziò a studiare sistemi a pistone rotante. Nel 1936, il modello assemblato dall'inventore interessò la società "BMW". Wankel ha ricevuto il denaro, gli è stato dato il suo laboratorio a Lindau. Lì dovette sviluppare prototipi di motori aeronautici. Tuttavia, fino alla fine della seconda guerra mondiale, non un singolo motore rotativo Wankel fu inviato alla produzione di massa. Ciò è probabilmente dovuto al fatto che ci è voluto parecchio tempo per portare il design in condizioni utili e avviare una produzione di massa.

Anni del dopoguerra

Dopo la sconfitta del fascismo, il laboratorio fu chiuso e tutta l'attrezzatura che era lì fu inoltrata in Francia. Di conseguenza, Wankel è rimasto senza lavoro. Ciò era dovuto alla sua precedente appartenenza al Partito Nazionalsocialista. Ma dopo un breve periodo di tempo, Felix è stato invitato alla società NSU come ingegnere progettista. L'azienda in quel momento era considerata la più antica casa automobilistica e motociclistica.

prototipo

Nel 1957, grazie al supporto di Walter Frede (ingegnere capo della NSU), il motore a pistoni rotanti fu messo per la prima volta sull'auto. Il motore è stato installato su NSU Prinz. Tuttavia, il design originale era molto lontano dall'essere perfetto. Era così complicato che anche per sostituire la candela era necessario smontare quasi tutto il motore. Inoltre, il design era molto inaffidabile, antieconomico e aveva un'efficienza molto bassa. Il motore Wankel in relazione a questo non è andato alla serie. Le auto sono andate al trasportatore con un motore tradizionale. Ciononostante, il motore a pistone rotante non solo dimostrava il diritto di esistere, ma dimostrò anche un enorme potenziale per quel tempo. Le prospettive per il suo utilizzo erano così attraenti che i progettisti non potevano fermare nulla. Lo stesso inventore capì che la sua progenie aveva bisogno di miglioramenti, si sforzò di assicurare che sia l'operazione sia la riparazione del motore causassero il minor numero possibile di difficoltà. Da quel momento sono iniziati i lavori attivi per portare il motore all'eccellenza operativa.

Motore Wankel: design

Cos'è un motore? C'è un buco rotondo al centro del rotore. È coperto internamente con i denti, come su una marcia. Un foro con un diametro più piccolo viene inserito nel foro. Ha anche i denti. Impediscono che l'albero scivoli. La relazione dei diametri è scelta in modo tale che il movimento dei vertici dei triangoli sia effettuato lungo una curva chiusa. Si chiama "epitrocoide". Il compito di Wankel era cominciare a capire che il lavoro di un tale meccanismo era possibile. Poi ha avuto bisogno di calcolare tutto in modo accurato e corretto. Di conseguenza, il pistone, realizzato sotto forma di triangolo Relo, taglia tre camere di posizione e volume variabili.

Caratteristiche speciali

Le caratteristiche costruttive del motore offrono vantaggi significativi rispetto ai motori tradizionali. In particolare, la tenuta delle camere è assicurata da piastre di tenuta radiali e terminali. Sono premuti sul "cilindro" per mezzo di molle a nastro, pressione del gas e forza centrifuga. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata alle prestazioni del motore in termini di prestazioni. Per l'intero ciclo, l'albero fa 3 giri completi. In un motore a pistoni convenzionale, questo risultato può essere ottenuto utilizzando sei cilindri.

Introduzione al settore

Dopo la prima dimostrazione di successo nel 1957, il motore Wankel interessò i più grandi giganti dell'auto del tempo. Quindi, la prima compagnia ad acquistare la licenza era Curtiss-Wright. Un anno dopo, aziende famose come Mazda, Friedrich Krupp, MAN e Daimler-Benz iniziarono a usare l'invenzione. Per un periodo di tempo abbastanza breve, la licenza ha acquisito circa un centinaio di aziende, tra cui quelle famose in tutto il mondo: Ford, BMW, Porsche, Rolls-Royce.

vantaggi

Quali sono i vantaggi di un motore Wankel? Il principio di funzionamento del motore è che l'implementazione di qualsiasi ciclo a quattro cicli viene eseguita senza l'uso del meccanismo di temporizzazione. Questo semplifica enormemente il design del motore. In un tipico motore a pistone a 4 tempi, circa mille elementi in più. L'enorme interesse delle più grandi imprese automobilistiche è stato causato dal potenziale della struttura. I vantaggi indiscussi sono la facilità di produzione, la semplice riparazione del motore, la compattezza e il peso ridotto. Tutto ciò aiuta a migliorare la maneggevolezza della macchina, facilita la posizione della trasmissione. La compattezza del motore consente di creare un interno confortevole e abbastanza spazioso. I modelli di motore migliorati sono capaci di potenza elevata con un consumo di carburante sufficientemente economico. Ad esempio, un motore moderno con un volume di 1300 cm ³ ha 220 litri. a. Se equipaggia il motore Wankel con un turbocompressore, puoi ottenere una potenza fino a 350 litri. a. Un altro vantaggio del design è un livello molto basso di vibrazioni e rumore. Il motore Wankel è meccanicamente bilanciato. La riduzione del rumore e delle vibrazioni è ottenuta da un piccolo numero di parti (sono il 40% in meno rispetto ai motori tradizionali). Vale anche la pena notare le caratteristiche dinamiche del motore. In marcia bassa senza carico speciale, è possibile accelerare l'auto a 100 km / h ad alti regimi. Nella progettazione del motore non esiste alcun meccanismo che converta il movimento alternativo in rotazione. A causa di ciò, il motore Wankel è in grado di resistere all'alta velocità rispetto ai tradizionali motori a combustione interna.

Termina l'euforia

Nel 1964, la NSU Spyder fu rilasciata, e dopo che fu rilasciato il modello leggendario Ro 80. E adesso ci sono molti fan di queste macchine nel mondo. Quindi modelli come Corvette XP, Mercedes C-111, Citroen M35 uscirono dalla catena di montaggio. Tuttavia, l'unica società che ha iniziato la produzione di massa, è diventata Mazda. Dal 1967, ha prodotto 2-3 nuove auto con RPD. Il motore Wankel è stato messo su aerei leggeri, motoslitte, barche. Nel 1973, la fine dell'euforia. A quel tempo, la crisi petrolifera era in pieno fermento. Fu durante questo periodo che si manifestò il principale svantaggio del DUR - inefficienza. Oltre a Mazda, tutti i produttori hanno ridotto i programmi per la produzione di auto con motori rotanti. Tuttavia, solo Mazda ha continuato a produrre tali auto. L'azienda ha ridotto significativamente le vendite in America.

Svantaggi dell'RPD: fragilità e inaffidabilità

Insieme con i vantaggi, i motori rotanti avevano notevoli inconvenienti. Prima di tutto, erano molto di breve durata. Pertanto, uno dei primi modelli di RPD durante i test ha sviluppato l'intera risorsa in 2 ore. Un prototipo di maggior successo potrebbe resistere a 100 ore. Tuttavia, ciò non garantiva il normale funzionamento della macchina. Il problema principale era l'usura irregolare della superficie interna della camera. Durante il lavoro su di esso ha formato solchi trasversali. Hanno ricevuto un nome molto eloquente: "tag del diavolo". Dopo aver ottenuto una licenza, Mazda formò un reparto speciale, che era impegnato nel miglioramento del motore. Divenne presto chiaro che nel processo di rotazione dei tappi del rotore situati sulla sua sommità, iniziano a vibrare. Per questo motivo, appaiono questi solchi. Oggi, il problema della durata e dell'affidabilità è risolto. Per fare questo, la produzione utilizza un rivestimento di alta qualità, compresa la ceramica.

Elevate emissioni di scarico

Questo è un altro svantaggio del RAP. Rispetto ai motori tradizionali, il motore Wankel emette meno ossidi di azoto, ma molte volte più idrocarburi, a causa della combustione incompleta del carburante. I tecnici Mazda hanno rapidamente trovato una soluzione efficace al problema. Gli esperti hanno creato un "reattore termico". In esso si verifica la "postcombustione" degli idrocarburi. Mazda R 100 è stata la prima vettura in cui questo elemento è stato applicato. Nel 1968, fu rilasciato un altro modello con un "reattore termico": il Familia Presto Rotary. Questa vettura, una delle poche, ha subito superato un test ambientale abbastanza rigoroso, proposto dagli Stati Uniti nel 1970 per i veicoli importati.

economia

Questo è un altro problema di RPD. Parzialmente, segue da quanto sopra. Il consumo di carburante nell'RPD standard è significativamente superiore a quello del motore a combustione interna. Questo problema è stato nuovamente risolto dagli esperti Mazda. Implementando una serie di misure, tra cui il riciclaggio del carburatore e del termoreattore, l'aggiunta di uno scambiatore di calore all'impianto di scarico, la creazione di una nuova accensione e lo sviluppo di un convettore catalitico, gli ingegneri hanno ottenuto una riduzione del 40% del consumo. Ciò ha permesso l'uscita nel 1978 del modello RX-7.

Produzione nazionale

Oltre a Mazda, AvtoVAZ ha anche prodotto auto con RPD. Nel 1974, fu creato uno speciale ufficio di progettazione nello stabilimento. A Tolyatti è iniziata la costruzione di laboratori per la produzione seriale di RPD. A causa del fatto che inizialmente si supponeva che VAZ avrebbe semplicemente copiato la tecnologia occidentale, fu deciso di regolare la riproduzione del motore Mazda. Allo stesso tempo, gli sviluppi a lungo termine degli istituti nazionali di costruzione di motori non sono stati presi in considerazione.

Per molto tempo i negoziati tra Wankel e funzionari sovietici si sono svolti. Alcuni incontri si sono svolti direttamente a Mosca. Tuttavia, i soldi non erano sufficienti, quindi alcune tecnologie non sono state utilizzate. Nel 1976 fu lanciato il primo motore a sezione singola VAZ-311. La sua capacità era di 65 litri. a. Nel corso dei cinque anni successivi, è stato effettuato il perfezionamento strutturale. Successivamente, l'impianto ha prodotto 50 auto sperimentali Wankel. Si dispersero all'istante tra i dipendenti dell'azienda. Tuttavia, presto divenne chiaro che il motore delle auto era solo esternamente simile al giapponese. Il suo design era estremamente inaffidabile. In sei mesi, tutti i motori sono stati sostituiti e il personale dell'ufficio di progettazione è stato ridotto.

Tuttavia, la produzione nazionale del motore è stata salvata dai servizi segreti. Non sono troppo preoccupati per la vita di progettazione e il consumo di carburante. Più sono stati attratti dalle caratteristiche dinamiche del motore. In breve tempo, uno a due sezioni è stato assemblato da due motori VAZ-311. La sua capacità è quasi raddoppiata - fino a 120 litri. a. Il motore ha iniziato a montare un'unità speciale - VAZ-21019. Questo modello ha ricevuto il nome non ufficiale "Arkan".

conversione

Gli ordini speciali hanno dato nuova vita all'ufficio di progettazione. VAZ ha iniziato a produrre motori per auto e sport acquatici. Le auto hanno cominciato a vincere spesso il primo posto. I funzionari dello sport, a loro volta, furono costretti a vietare l'uso di RPD. Nel 1987, Shnyakin sostituì Pospelov (il capo dell'ufficio di progettazione). Non gli piaceva il trasporto via terra, più per l'aviazione. Sin dall'inizio della sua leadership, SKB ha riassegnato le sue attività alla produzione di motori per macchine ad aria. Questa era la strategia sbagliata, dal momento che ci sono molti meno aeromobili prodotti nel paese rispetto alle automobili. L'impianto ha anche realizzato un profitto principalmente dalla vendita di autoveicoli. L'errore successivo fu il riorientamento ai motori a bassa potenza. I giapponesi hanno impostato l'RPD sulle auto sportive. E il VAZ ha prodotto i modelli Oka mololitrazhnye, nonostante il fatto che sarebbe stato più opportuno mettere motori dinamici su più macchine ad alta velocità. Ad ogni modo, c'erano diverse minivan Oka con RPD sulle strade nazionali. Nel 1998, infine, fu completata la preparazione della versione civile del motore rotativo a due cilindri da 1,3 litri. È stato installato sul modello VAZ 2107-2109 e 2105.

In conclusione

Perché i principali produttori del mondo non sono ancora passati alla produzione di automobili con RAP? Il fatto è che per la fabbricazione di tali motori è necessaria, prima di tutto, una tecnologia molto accurata, che include molte sfumature diverse. Non tutte, anche una grande azienda, possono fare la fine di Mazda. Inoltre, il caso nell'attrezzatura. Per la produzione del motore Wankel sono necessarie macchine ad alta precisione per la levigatura di superfici con epitrocoidi. Per le attrezzature utilizzate oggi nelle fabbriche, questo lavoro è abbastanza fattibile. Oggi, solo Mazda è impegnata in seri studi sull'RPD. Gli ingegneri dell'azienda stanno migliorando costantemente il design, risolvendo molti problemi diversi. I motori a rotore fabbricati in Giappone sono conformi agli standard accettati a livello internazionale in termini di affidabilità, consumo di carburante e rispetto dell'ambiente.