Motor Wankel: dispositivo, princípio de funcionamento

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Última modificação: 2024-02-19 18:18

O motor de combustão interna é uma brilhante invenção da humanidade. Graças ao motor de combustão interna, o progresso técnico começou a se desenvolver significativamente. Existem vários tipos dessas configurações. Mas os mais famosos são biela e pistão e pistão rotativo. Este último foi inventado pelo engenheiro alemão Wankel em colaboração com W alter Freude. Esta unidade de potência tem um dispositivo e princípio de funcionamento diferente, quando comparado com o clássico motor de combustão interna biela-pistão. Qual é o princípio de funcionamento do motor Wankel e por que esse motor de combustão interna não se tornou tão popular? Vamos considerar tudo isso no artigo de hoje.

Característica

Então, o que é esse motor? Este é um motor de combustão interna que foi desenvolvido por Felix Wankel em 1957. A função do pistão nesta unidade foi realizada por um rotor de três vértices. Ele girou dentro de uma cavidade de formato especial.

Após vários modelos experimentais de motocicletas e carros ocorridos na década de 70 do século passado, a demanda pelo motor Wankel diminuiu significativamente. Embora hoje várias empresas ainda estejam trabalhando emaperfeiçoamento deste motor. Assim, você pode conhecer o motor Wankel na série Mazda PX. Além disso, esta unidade encontrou sua aplicação na modelagem.

Dispositivo motor Wankel

Esta unidade de potência consiste em vários componentes:

• Caixas (estators).
• Câmaras de combustão.
• Portas de entrada e saída.
• Equipamento estacionário.
• Roda de engrenagem.
• Rotor.
• Vala.
• Velas de ignição.

Qual é o princípio de funcionamento do motor Wankel? Veremos isso abaixo.

Princípio de funcionamento

Este ICE funciona da seguinte forma. O rotor, montado em um eixo excêntrico através de mancais, é acionado pela força da pressão do gás, que se formou como resultado da combustão da mistura ar-combustível. O rotor do motor em relação ao estator através de um par de engrenagens. Um deles (grande) está localizado na superfície interna do rotor. O segundo (suporte) é menor e está firmemente preso à tampa lateral do motor. Através da interação das engrenagens, o rotor produz movimentos circulares excêntricos. Assim, suas bordas ficam em contato com a superfície interna da câmara de combustão.

Como resultado, várias câmaras isoladas de volume variável são formadas entre a carcaça do motor e o rotor. Seu número é sempre 3. Nessas câmaras, ocorre o processo de compressão da mistura, sua combustão, expansão dos gases (que posteriormente pressionam a superfície de trabalho do rotor) e sua remoção. Como resultadoignição do combustível, o rotor é acionado, transferindo o torque para o eixo excêntrico. Este último é montado em rolamentos e, em seguida, transfere potência para as unidades de transmissão. E só então o momento das forças do motor Wankel vai para as rodas de acordo com o esquema clássico - através de um cardan e eixos para os cubos. Assim, vários pares mecânicos trabalham simultaneamente em um motor rotativo. A primeira é responsável pelo movimento do rotor e é composta por várias engrenagens. O segundo de converte o movimento do rotor em rotações do eixo excêntrico.

A relação de transmissão do estator (carcaça) e das engrenagens é sempre estável e é de 3:2. Assim, o rotor tem tempo para girar para uma revolução completa do eixo em 120 graus. Por sua vez, para uma rotação completa do rotor, é realizado um ciclo de quatro tempos de operação do motor de combustão interna em cada uma das três câmaras formadas pelas faces.

Benefícios

Quais são as vantagens deste motor de combustão interna? O motor de pistão rotativo Wankel tem um design mais simples do que o motor de haste de pistão. Portanto, o número de peças nele é 40% menor do que em um motor de combustão interna de pistão de quatro tempos. Mas ainda assim, não é possível criar um motor Wankel com suas próprias mãos sem equipamentos sofisticados. Afinal, o rotor tem uma forma muito complexa. Aqueles que tentaram fazer um motor Wankel caseiro com suas próprias mãos sofreram inúmeras falhas.

Mas vamos aos benefícios. No projeto da unidade rotativa não há virabrequim, mecanismo de distribuição de gás. Também não há bielas epistões. A mistura combustível entra na câmara através da janela de entrada, que é aberta pela borda do rotor. E os gases de escape no final do ciclo de trabalho são liberados do corpo através da porta de escape. Novamente, o papel da válvula aqui é desempenhado pela própria borda do rotor. Além disso, não há árvore de cames no projeto (dos quais vários são agora usados em unidades de biela). O motor de pistão rotativo Wankel é semelhante a um de dois tempos em termos do princípio de funcionamento do mecanismo de distribuição de gás.

Separadamente, vale mencionar o sistema de lubrificação. De fato, está ausente no motor rotativo Wankel. Mas como então funcionam os pares de atrito? É simples: o óleo é adicionado à própria mistura combustível (como nos motores primitivos das motocicletas). Assim, a lubrificação das peças em atrito é realizada pela própria mistura ar-combustível. O projeto não possui a bomba de óleo familiar a todos, que retira o lubrificante do cárter e o pulveriza sob pressão especial.

Outra vantagem do motor Wankel é sua leveza e tamanho. Como aqui f alta quase metade das peças obrigatórias nos motores a pistão, a unidade rotativa é mais compacta e cabe em qualquer compartimento do motor. dimensões compactas permitem usar o espaço do compartimento do motor de forma mais racional, além de proporcionar uma carga mais uniforme nos eixos dianteiro e traseiro (afinal, em carros com motores convencionais, mais de 70% da carga recai na frente papel). E devido ao baixo peso, alta estabilidade é alcançada. Sim, o motor temnível mínimo de vibração, que tem um efeito positivo no conforto da máquina.

A próxima vantagem desta unidade é a alta potência específica, que é alcançada em altas velocidades do eixo. Este recurso permite obter boas características técnicas. É por isso que o motor Wankel é usado nos carros esportivos Mazda. O motor gira facilmente até sete ou mais mil revoluções. Ao mesmo tempo, fornece muito mais torque e potência em um volume pequeno. Tudo isso tem um efeito positivo na dinâmica acelerada do carro. Por exemplo, você pode levar o carro "Mazda RX-8". Com um volume de 1,3 litros, o motor produz 210 cavalos de potência.

Falhas de design

Considerando o dispositivo e o princípio de funcionamento do motor rotativo Wankel, vale destacar a principal falha de projeto. Esta é a baixa eficiência das vedações de folga entre a câmara de combustão e o rotor. Este último tem uma forma bastante complexa, que requer uma vedação confiável não apenas nas bordas (das quais são quatro no total), mas também na superfície lateral (que está em contato com a tampa do motor). Ao mesmo tempo, eles são feitos na forma de tiras de aço com mola com processamento particularmente preciso tanto nas extremidades quanto nas superfícies de trabalho. Todas as tolerâncias para expansão durante o aquecimento, incorporadas no projeto, degradam essas características. Devido a isso, é impossível evitar a penetração de gases nos locais finais das placas de vedação. Nos motores a pistão, o efeito labirinto é aplicado. Assim, o projeto usa três anéis de vedação com aberturas em diferentes direções.

Mas vale ress altar que nos últimos anos a qualidade dos lacres aumentou. Os designers melhoraram o motor Wankel, usando novos materiais para vedações. Mas ainda assim, o avanço do gás é considerado o ponto mais fraco em um motor rotativo de combustão interna.

Consumo de óleo

Como dissemos anteriormente, não há sistema de lubrificação como tal neste motor. Devido ao fato de o óleo entrar junto com a mistura combustível, seu consumo aumenta significativamente. E se nos motores de biela a perda natural de lubrificante for excluída ou não for superior a 100 gramas por mil quilômetros, nos motores rotativos esse parâmetro varia de 0,4 a 1 litro por mil quilômetros. Isso ocorre porque o complexo sistema de vedação exige uma lubrificação mais eficaz das superfícies. Além disso, devido ao alto consumo de óleo, esses motores não podem atender aos padrões ambientais modernos. Os gases de escape dos carros com motor Wankel contêm muitas substâncias perigosas para o corpo e o meio ambiente.

Além disso, o motor rotativo só podia funcionar com óleos caros e de alta qualidade. Isso se deve a vários fatores:

• Tendência de peças de contato da câmara do motor e rotor para alto desgaste.
• A tendência dos pares de atrito de superaquecer.

Outros problemas

As trocas irregulares de óleo ameaçavam reduzir a vida útil do motor de combustão interna, pois as partículas do lubrificante antigo atuavam como abrasivos, aumentando as folgas e a probabilidade de saída dos gases de escape na câmara. Esta unidade também trava quando superaquecida. E ao dirigir em clima frio,o resfriamento pode ter sido excessivo.

O próprio RPD tem uma temperatura de operação mais alta do que qualquer motor a pistão. A câmara de combustão é considerada a mais carregada. tem um volume pequeno. E por causa da forma estendida, a câmara é propensa à detonação. Além do óleo, o motor Wankel é exigente quanto à qualidade das velas. Eles são instalados em pares e alterados estritamente de acordo com os regulamentos técnicos. Entre outros pontos, vale ress altar a elasticidade insuficiente do motor rotativo. Portanto, esses motores de combustão interna podem produzir excelentes características de velocidade e potência apenas em altas velocidades do rotor - de 6 a 10 ou mais mil por minuto. Esse recurso força os projetistas a refinar o design das caixas de engrenagens, tornando-as multiestágio.

Outra desvantagem é o alto consumo de combustível. Por exemplo, se você pegar um motor de pistão rotativo Mazda RX-8 de 1,3 litro, de acordo com os dados do passaporte, ele consome de 14 a 18 litros de combustível. Além disso, apenas gasolina de alta octanagem é recomendada para uso.

Sobre a aplicação do RPD na indústria automotiva

Este motor foi mais popular no final dos anos 60 e início dos anos 70 do século passado. A patente Wankel RPD foi adquirida por 11 fabricantes de automóveis líderes. Assim, no 67º ano, a NSU desenvolveu o primeiro carro de classe executiva com motor rotativo, chamado NSU RO 80. Este modelo foi produzido em massa por 10 anos. No total, mais de 37 mil cópias foram lançadas. O carro era popular, mas as deficiências do motor rotativo acabaram por manchar a reputação deste carro. Contra o pano de fundo dos outrosModelos NSU, o sedã NSU RO 80 foi o mais confiável. A quilometragem antes da revisão era de apenas 50 mil com os 100 declarados.

Além disso, a empresa Peugeot-Citroen, a empresa Mazda e a fábrica VAZ experimentaram motores rotativos (falaremos sobre este caso separadamente abaixo). Os japoneses alcançaram o maior sucesso ao lançar um carro de passeio com motor rotativo no 63º ano. No momento, os japoneses ainda estão equipando RPDs em seus carros esportivos da série RX. Até hoje, eles estão livres de muitas das "doenças da infância" que eram inerentes ao RAP da época.

Wankel RPD e indústria de motocicletas

Nas décadas de 70 e 80 do século passado, alguns fabricantes de motocicletas experimentaram motores rotativos. Estes são Hércules e Suzuki. Agora, a produção em massa de motocicletas rotativas foi estabelecida apenas em Norton. Esta marca produz motos esportivas NRV588 equipadas com motores de rotor duplo com um volume total de 588 centímetros cúbicos. A potência da bicicleta Norton é de 170 cavalos. com uma tara de 130 kg, esta moto tem um excelente desempenho dinâmico. Além disso, esses RPDs são equipados com um sistema de injeção eletrônica de combustível e um trato de admissão variável.

Fatos interessantes

Estas unidades de potência são amplamente utilizadas entre os modeladores de aeronaves. Como não há requisitos de eficiência e confiabilidade no modelo de motor de combustão interna, a produção de tais motores acabou sendo barata. Em tais motores de combustão interna, não há selos de rotor, ou eles têm o design mais primitivo. A principal vantagem desteunidade de modelo de aeronave é que é fácil de instalar em um modelo em escala voadora. O ICE é leve e compacto.

Mais um fato: Felix Wankel, tendo recebido uma patente para RPD em 1936, tornou-se o inventor não apenas de motores rotativos, mas também de compressores, bem como de bombas que operavam de acordo com o mesmo esquema. Essas unidades podem ser encontradas em oficinas e na produção. A propósito, as bombas elétricas portáteis para enchimento de pneus são projetadas exatamente de acordo com esse princípio.

Carros RPD e VAZ

Nos tempos soviéticos, eles também estavam envolvidos na criação de um motor de pistão rotativo e sua instalação em carros VAZ domésticos. Assim, o primeiro RPD na URSS foi o motor VAZ-311 com capacidade de 70 cavalos de potência. Foi criado com base na unidade japonesa 13V. Mas como a criação do motor foi realizada de acordo com planos irreais, a unidade acabou não sendo confiável depois de ser colocada em produção em massa. O primeiro carro com este motor foi o VAZ-21018.

Mas a história da instalação do motor Wankel no VAZ não termina aí. A segunda consecutiva foi a unidade de potência VAZ-415, usada em pequenos lotes no G8 nos anos 80. Esta unidade de potência tinha melhores características técnicas. A potência com um volume de 1308 centímetros cúbicos aumentou para 150 cavalos de potência. Graças a isso, o VAZ-2108 soviético com motor rotativo acelerou para centenas em 9 segundos. E a velocidade máxima foi limitada a 190 quilômetros por hora. Mas este motor não estava isento de falhas. Em particular, é um pequeno recurso. Ele mal chegou a 80 milquilômetros. Também entre as desvantagens, vale a pena notar o alto custo de criar um carro desse tipo. O consumo de óleo era de 700 gramas para cada mil quilômetros. O consumo de combustível é de cerca de 20 litros por cem. Portanto, a unidade rotativa foi utilizada apenas em veículos de serviços especiais, em pequenos lotes.

Conclusão

Então descobrimos o que é o motor Wankel. Esta unidade rotativa agora é usada em série apenas em carros Mazda e apenas em um modelo. Apesar de inúmeras melhorias e tentativas de engenheiros japoneses para melhorar o design do RPD, ele ainda possui um recurso bastante pequeno e é caracterizado pelo alto consumo de óleo. Além disso, os novos Mazdas de 1,3 litros não diferem em eficiência de combustível. Todas essas deficiências do motor rotativo o tornam impraticável e subutilizado na indústria automotiva.