محرك Wankel - الجهاز ومبدأ تشغيل سيارة RPD
مقالات,  جهاز السيارة,  وحدة المحرك

محرك Wankel - الجهاز ومبدأ تشغيل سيارة RPD

على مدار تاريخ صناعة السيارات ، كان هناك العديد من الحلول المتقدمة ، وقد تغيرت تصاميم المكونات والتجمعات. منذ أكثر من 30 عامًا ، بدأت المحاولات النشطة لتحويل محرك المكبس إلى الجانب ، مما أعطى ميزة لمحرك Wankel ذو المكبس الدوار. ومع ذلك ، وبسبب العديد من الظروف ، لم تحصل المحركات الدوارة على حقها في الحياة. اقرأ عن كل هذا أدناه.

محرك Wankel - الجهاز ومبدأ تشغيل سيارة RPD

كيف يعمل

الجزء المتحرك له شكل مثلث ، على كل جانب شكل محدب يعمل كمكبس. يحتوي كل جانب من الدوار على فترات استراحة خاصة توفر مساحة أكبر لمزيج الوقود والهواء ، وبالتالي زيادة سرعة تشغيل المحرك. الجزء العلوي من الحواف مزود بحاجز إحكام صغير يسهل تنفيذ كل نبضة. تم تجهيز الدوار على كلا الجانبين بحلقات مانعة للتسرب تشكل جدار الغرف. تم تجهيز منتصف الدوار بأسنان ، بمساعدة الآلية التي تدور.

يختلف مبدأ تشغيل محرك Wankel تمامًا عن المبدأ الكلاسيكي ، ومع ذلك ، يتم توحيدهما من خلال عملية واحدة تتكون من 4 أشواط (سحب - ضغط - عادم شوط). يدخل الوقود إلى الحجرة المشكلة الأولى ، ويتم ضغطه في الثانية ، ثم يدور الدوار ويتم إشعال الخليط المضغوط بواسطة شمعة الإشعال ، وبعد ذلك يقوم خليط العمل بتدوير الدوار ويخرج إلى مجمع العادم. المبدأ المميز الرئيسي هو أن غرفة العمل في محرك المكبس الدوار ليست ثابتة ، ولكنها تتكون من حركة الدوار.

محرك Wankel - الجهاز ومبدأ تشغيل سيارة RPD

الجهاز

قبل فهم الجهاز ، يجب أن تعرف المكونات الرئيسية لمحرك المكبس الدوار. يتكون محرك وانكل من:

  • إسكان الجزء الثابت
  • الدوار.
  • مجموعة من التروس
  • رمح غريب؛
  • شمعات الإشعال (الاشتعال والحرق اللاحق).

المحرك الدوار هو وحدة احتراق داخلي. في هذا المحرك ، تحدث جميع الأشواط الأربعة للعمل بالكامل ، ولكن لكل مرحلة توجد حجرة خاصة بها ، والتي يتم تشكيلها بواسطة الدوار عن طريق الحركة الدورانية. 

عند تشغيل الإشعال ، يقوم المبدئ بتشغيل دولاب الموازنة ويبدأ المحرك. بالدوران ، الدوار ، من خلال تاج الترس ، ينقل عزم الدوران إلى العمود اللامتراكز (لمحرك المكبس ، هذا عمود كامات). 

يجب أن تكون نتيجة عمل محرك وانكل هو تشكيل ضغط خليط العمل ، مما يجبر حركات الدوران للدوار على التكرار مرارًا وتكرارًا ، مما يؤدي إلى نقل عزم الدوران إلى ناقل الحركة. 

في هذا المحرك ، تستبدل الأسطوانات والمكابس والعمود المرفقي مع قضبان التوصيل غلاف الجزء الثابت بالكامل بدوار. بفضل هذا ، يتم تقليل حجم المحرك بشكل كبير ، في حين أن الطاقة أعلى بعدة مرات من قوة المحرك الكلاسيكي بآلية كرنك ، بنفس الحجم. يحتوي هذا التصميم على علبة تروس عالية أيضًا بسبب خسائر الاحتكاك المنخفضة.

بالمناسبة ، يمكن أن تتجاوز سرعة تشغيل المحرك 7000 دورة في الدقيقة ، في حين أن محركات Mazda Wankel (للأحداث الرياضية) لها ثورات تتجاوز 10000 دورة في الدقيقة. 

تصميم

تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لهذه الوحدة في صغر حجمها وخفة وزنها مقارنة بالمحركات الكلاسيكية ذات الحجم المتساوي. يسمح لك التصميم بتقليل مركز الثقل بشكل كبير ، وهذا يؤثر بشكل إيجابي على ثبات التحكم وحدته. استخدمت الطائرات الصغيرة والسيارات الرياضية والسيارات هذه الميزة ولا تزال تستخدم. 

محرك Wankel - الجهاز ومبدأ تشغيل سيارة RPD

قصة

سيسمح لك تاريخ أصل وانتشار محرك Wankel بفهم أفضل لسبب كونه أفضل محرك في يومه ، ولماذا تم التخلي عنه اليوم.

التطورات المبكرة

في عام 1951 ، طورت الشركة الألمانية NSU Motorenwerke محركين: الأول - بواسطة Felix Wankel ، تحت اسم DKM ، والثاني - Hans Paschke's KKM (بناءً على تطوير Wankel). 

كان أساس تشغيل وحدة Wankel هو الدوران المنفصل للجسم والدوار ، حيث وصلت الثورات التشغيلية إلى 17000 في الدقيقة. كان الإزعاج هو أنه كان لابد من تفكيك المحرك لاستبدال شمعات الإشعال. لكن محرك KKM كان له جسم ثابت وكان تصميمه أبسط بكثير من النموذج الأولي الرئيسي.

محرك Wankel - الجهاز ومبدأ تشغيل سيارة RPD

التراخيص الصادرة

في عام 1960 ، وقعت NSU Motorenwerke اتفاقية مع شركة التصنيع الأمريكية Curtiss-Wright Corporation. كان العقد مخصصًا للمهندسين الألمان للتركيز على تطوير محركات مكبس دوارة صغيرة للمركبات الخفيفة ، بينما كانت شركة كيرتس رايت الأمريكية تعمل في تطوير محركات الطائرات. كما تم التعاقد مع المهندس الميكانيكي الألماني Max Bentele كمصمم. 

الغالبية العظمى من مصنعي السيارات العالميين ، بما في ذلك Citroen و Porsche و Ford و Nissan و GM و Mazda وغيرها الكثير. في عام 1959 ، قدمت الشركة الأمريكية نسخة محسّنة من محرك وانكل ، وبعد ذلك بعام ، أظهرت رولز رويس البريطانية محرك ديزل ذو مرحلتين بمكبس دوار.

في غضون ذلك ، بدأ بعض صانعي السيارات الأوروبيين في محاولة تزويد السيارات بمحركات جديدة ، ولكن لم يجدوا جميعًا تطبيقاتهم: رفضت شركة جنرال موتورز ، وركزت سيتروين على تطوير محرك بمكابس مضادة للطائرات ، وركبت مرسيدس بنز محرك مكبس دوار في النموذج التجريبي C 111. 

في عام 1961 ، في الاتحاد السوفيتي ، بدأت NAMI ، مع معاهد بحثية أخرى ، في تطوير محرك Wankel. تم تصميم العديد من الخيارات ، وجد أحدها تطبيقه في سيارة VAZ-2105 لجهاز KGB. العدد الدقيق للمحركات المجمعة غير معروف ، لكنه لا يتجاوز العشرات. 

بالمناسبة ، بعد سنوات ، فقط شركة السيارات Mazda هي التي وجدت حقًا استخدامًا لمحرك مكبس دوار. وخير مثال على ذلك هو طراز RX-8.

تطوير الدراجات النارية

في بريطانيا ، قامت شركة Norton Motorcycles المصنعة للدراجات النارية بتطوير محرك مكبس دوار مبرد بالهواء من Sachs للسيارات. يمكنك معرفة المزيد عن التطوير من خلال القراءة عن دراجة نارية Hercules W-2000.

لم تقف سوزوكي جانبًا ، وأطلقت أيضًا دراجتها النارية الخاصة. ومع ذلك ، فقد عمل المهندسون بعناية على تصميم المحرك ، واستخدموا السبائك الحديدية ، مما زاد بشكل كبير من موثوقية الوحدة وعمرها التشغيلي.

محرك Wankel - الجهاز ومبدأ تشغيل سيارة RPD

تطورات السيارات

بعد توقيع عقد بحث بين Mazda و NSU ، بدأت الشركات في التنافس على البطولة في إنتاج أول سيارة مع وحدة Wankel. نتيجة لذلك ، في عام 1964 ، قدمت NSU أول سيارة لها ، NSU Spider ، رداً على ذلك ، قدمت Mazda نموذجًا أوليًا لمحركين 2 و 4 دوار. بعد 3 سنوات ، أصدرت NSU Motorenwerke نموذج Ro 80 ، لكنها تلقت الكثير من المراجعات السلبية بسبب العديد من الإخفاقات على خلفية التصميم غير الكامل. لم يتم حل هذه المشكلة حتى عام 1972 واستوعبت أودي الشركة بعد 7 سنوات ، وأصبحت محركات Wankel بالفعل سيئة السمعة.

أعلنت شركة Mazda اليابانية أن مهندسيها حلوا مشكلة إغلاق الجزء العلوي (من أجل إحكام الربط بين الغرف) ، وبدأوا في استخدام المحركات ليس فقط في السيارات الرياضية ، ولكن أيضًا في المركبات التجارية. بالمناسبة ، لاحظ مالكو سيارات Mazda ذات المحرك الدوار استجابة الخانق العالية ومرونة المحرك.

تخلت Mazda لاحقًا عن التقديم الهائل للمحرك المتقدم ، وتثبيته فقط على طرازي RX-7 و RX-8. بالنسبة لـ RX-8 ، تم تصميم محرك Renesis ، والذي تم تحسينه بعدة طرق ، وهي:

  • تنفيس فتحات العادم لتحسين التفريغ ، مما زاد بشكل كبير من القوة ؛
  • إضافة بعض الأجزاء الخزفية لمنع التشويه الحراري ؛
  • نظام إدارة المحرك الإلكتروني المدروس جيدًا ؛
  • وجود اثنين من شمعات الإشعال (الرئيسية والحارق اللاحق) ؛
  • إضافة سترة مائية للتخلص من رواسب الكربون في المخرج.

نتيجة لذلك ، تم الحصول على محرك مضغوط بحجم 1.3 لتر وقوة ناتجة تبلغ حوالي 231 حصان.

محرك Wankel - الجهاز ومبدأ تشغيل سيارة RPD

المزايا

المزايا الرئيسية لمحرك المكبس الدوار:

  1. خفة وزنها وأبعادها مما يؤثر بشكل مباشر على أساس تصميم المركبة. هذا العامل مهم عند تصميم سيارة رياضية ذات مركز ثقل منخفض.
  2. تفاصيل أقل. هذا لا يسمح لك فقط بتقليل تكلفة صيانة المحرك ، ولكن أيضًا لتقليل فقد الطاقة للحركة أو دوران الأجزاء ذات الصلة. هذا العامل أثر بشكل مباشر على الكفاءة العالية.
  3. مع نفس حجم محرك المكبس الكلاسيكي ، تكون قوة محرك المكبس الدوار 2-3 مرات.
  4. نعومة ومرونة العمل ، وعدم وجود اهتزازات ملموسة بسبب عدم وجود حركات ترددية للوحدات الرئيسية.
  5. يمكن تشغيل المحرك ببنزين منخفض الأوكتان.
  6. يسمح نطاق سرعة التشغيل الواسع باستخدام ناقل الحركة مع تروس أقصر ، وهو مناسب للغاية لظروف المدن.
  7. يتم توفير "رف" عزم الدوران لـ من الدورة ، وليس ربعًا ، كما هو الحال في محرك Otto.
  8. زيت المحرك غير ملوث عمليًا ، فاصل التصريف أكبر بعدة مرات. هنا ، الزيت لا يخضع للاحتراق ، كما هو الحال في محركات المكبس ، تحدث هذه العملية من خلال الحلقات.
  9. لا يوجد تفجير.

بالمناسبة ، لقد ثبت أنه حتى لو كان هذا المحرك على وشك المورد ، فإنه يستهلك الكثير من الزيت ، ويعمل بضغط منخفض ، فإن قوته ستنخفض قليلاً. كانت هذه الميزة هي التي دفعتني برشوة لتركيب محرك مكبس دوار على متن الطائرة.

إلى جانب المزايا الرائعة ، هناك أيضًا عيوب حالت دون وصول محرك المكبس الدوار المتقدم إلى الجماهير.

 القيود

  1. عملية الاحتراق ليست فعالة بما فيه الكفاية ، مما يؤدي إلى زيادة استهلاك الوقود وتدهور معايير السمية. يتم حل المشكلة جزئيًا عن طريق وجود شمعة إشعال ثانية ، والتي تحرق خليط العمل.
  2. استهلاك زيت مرتفع. يفسر العيب حقيقة أن محركات Wankel مشحمة بشكل مفرط ، وفي بعض الأماكن ، يمكن أن يحترق الزيت في بعض الأحيان. يوجد فائض من الزيت في مناطق الاحتراق مما يؤدي إلى تراكم الكربون. لقد حاولوا التعامل مع هذه المشكلة عن طريق تركيب أنابيب "حرارية" تعمل على تحسين نقل الحرارة وتعادل درجة حرارة الزيت في جميع أنحاء المحرك.
  3. صعوبة في الإصلاح. ليس كل المتخصصين على استعداد للقيام بإصلاح محرك Wankel بشكل احترافي. من الناحية الهيكلية ، فإن الوحدة ليست أكثر تعقيدًا من المحرك الكلاسيكي ، ولكن هناك الكثير من الفروق الدقيقة ، والتي سيؤدي عدم الالتزام بها إلى فشل مبكر للمحرك. لهذا نضيف التكلفة العالية للإصلاحات.
  4. قلة الموارد. بالنسبة لمالكي Mazda RX-8 ، فإن المسافة المقطوعة بالأميال 80 كم تعني أن الوقت قد حان لإجراء إصلاح شامل. لسوء الحظ ، يجب دفع ثمن هذا الاكتناز والكفاءة العالية من خلال إصلاحات باهظة الثمن ومعقدة كل 000-80 ألف كيلومتر.

أسئلة وأجوبة:

ما هو الفرق بين محرك دوار ومحرك مكبس؟ لا توجد مكابس في المحرك الدوار ، مما يعني أنه لا يتم استخدام الحركات الترددية لتدوير عمود محرك الاحتراق الداخلي - حيث يدور الدوار فيه على الفور.

ما هو المحرك الدوار في السيارة؟ هذه وحدة حرارية (تعمل بسبب احتراق خليط وقود الهواء) ، فقط تستخدم دوارًا دوارًا ، يتم تثبيت العمود عليه ، والذي ينتقل إلى علبة التروس.

لماذا المحرك الدوار سيء للغاية؟ العيب الرئيسي للمحرك الدوار هو مورد عمل صغير جدًا بسبب التآكل السريع للأختام بين غرف الاحتراق في الوحدة (تتغير زاوية التشغيل باستمرار وتنخفض درجة الحرارة الثابتة).

إضافة تعليق