Rotora dzinējs

Rotora dzinējs, bieži saukts arī par Vankeļa tipa dzinēju. Šis ir netipisks iekšdedzes dzinēja veids, kurā nav ierasto virzuļu un cilindru, bet gan rotējošs trijstūris, kas kustību veic pa ovālu degkameru.

Šāds dzinējs tiek izmantots Mazda RX-8. Šāds risinājums aizņem daudz mazāk vietas un ir arī vieglāks par ierastajiem iekšdedzes dzinējiem. Rotora tipa dzinēji rada arī mazāk vibrāciju, taču tie no ierastiem dzinējiem atpaliek degvielas ekonomijas un kaitīgo izmešu ziņā.

Rotora dzinējs

Mazliet no vēstures

Rotācijas virzuļu tipa iekšdedzes dzinējs, kura uzbūvi izstrādāja 1957 gadā  NSU inženieris Valters Froids , viņam arī piederēja ideja par šāda dzinēja būvniecību. Dzinējs tika izstrādāts sadarbībā ar Fēliksu Vankeli, kas strādāja pie cita rotora tipa dzinēja izveides.

Motora īpatnības :

Trīs malu rotors (virzulis) ar trīsstūra formas izskatu, kas iekšpusē griežas uz  īpaša profila cilindra virsmas plakni, ko veido punkts stingri pieguļošs virsmai, kas rotē ap citu virsmu.

Uzbūve:

Uzmontēts uz vārpstas, rotors stingri pieguļ zobratam, kas ir ciešā kontaktā ar nekustīgu zobratu – statoru. Rotora diametrs ir daudz lielāks par statora diametru, kur rotors ar zobratu virzās apkārt motora mehānismam. Katra no trim rotora ārējām virsmām virzas pa virsmas plakni, ko veido punkts stingri pieguļošs virsmai, kas rotē ap citu virsmas cilindru un maina kameru tilpumu cilindrā ar trīs vārstiem.

Vankeļa dzinēja darba cikls: ieplūde (zilā krāsā), kompresija (zaļa), aizdegšanās(sarkans), izplūde (dzeltena)

 

Šo konstrukciju var izmantot jebkuram 4-taktu cikla dzinējam – Diesel, Stirling vai Otto neizmantojot īpašu mehānismu gāzes sadalei. Kameras hermētiskumu nodrošina radiālās un gala noslēgšanas blombas plāksnes, kuras piespiežas pie cilindra ar centrbēdzes spēku, gāzes spiedienu un atsperēm. Dzinējs bez „saprotamā” gāzes sadales mehānisma padara motoru daudz vienkāršāku nekā četrtaktnieku (ietaupījums ap tūkstoš detaļu vienībām), kā arī konjugācijas trūkums (kartera telpas, kloķvārpsta un savienojuma stieņi) ļauj ietaupīt lielu darba telpu starp mehānismiem nodrošinot  lielu jaudu. Vienā apgriezienā Vankelim ir trīs pilni darba cikli, kas ir ekvivalents darba cikls sešu cilindru virzuļu dzinējam.
Maisījuma attiecību, aizdedzes, eļļošanas, dzesēšanas, darbības būtībā ir tādas pašas kā parastajiem iekšdedzes motoriem.
Praktisku pielietojumu šie dzinēji, kas uzstādīti automašīnām, laivām u.c. agregātiem, ieguva ar trīsstūrveida rotoru, ar attiecību starp mehānisma rādiusu un zobratu:  R:r = 2:3.

Vizuāls darbības princips

Priekšrocības, trūkumi un to novēršana

Priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālajiem benzīna dzinējiem
• zems vibrācijas līmenis. Šis motors pilnībā mehāniski līdzsvarots, tādējādi palielinot komfortu vieglajiem transporta līdzekļiem;

• galvenā priekšrocība rotācijas virzuļu motoram ir lieliskas dinamiskās īpašības: ar zemu pārnesumu ir iespējama bez pārmērīga slodzes motorā, ieskrieties virs 100 km / h ar lieliem motora apgriezieniem (8000 apgr. / min vai lielāks), to nespēj tradicionālie iekšdedzes dzinēji.
• Īpaši augsta jauda (zs / kg):

1. Masa un pašu kustīgo detaļu Vankeļa motorā ir daudz mazāk nekā līdzīgas jaudas “normāliem” virzuļdzinējiem, jo tā konstrukcijā nav kloķvārpstu un savienojuma stieņi.
   2. Viena rotora dzinējs nodrošina jaudu trīs ceturtdaļas no katras vārpstas apgrieziena. Atšķirībā no viencilindra virzuļmotora, kas nodrošina jaudu tikai vienā ceturdaļā pie katra izplūdes vārpstu apgrieziena. (Rotora tipa motoram ar tilpumu 1300 cm ³ darba kameras ražošanas jauda ir 220 ZS un turbo – 350 ZS)

• 1,5-2 reizes mazāks izmērs.
• 35-40% mazāka detaļu

Turp/atpakaļ kustība un rotācijas trūkuma dēļ, Vankeļa dzinēji spēj izturēt daudz lielākus apgriezienus, bet ar mazāku vibrāciju, salīdzinot ar parasto motoru. Šiem ir lielāka jauda kaut ir mazāka sadegšanas kamera nekā parastajiem dzinējiem, pats  motors ir salīdzinoši neliels, un satur mazāk detaļu. Maza izmēra dzinējs uzlabo auto vadāmību, optimālāks transmisijas svaru sadalījums, kas ļauj padarīt auto plašāku vadītājam un pasažieriem.

Rotora savienojumu ar izplūdes vārpstu izmantojot ekscentrisku mehānismu, tā ir raksturīgākā šī motora iezīme,tas rada spiedienu starp berzes virsmām, kas apvienojumā ar augstu temperatūru, rada papildu nodilumu un karsē dzinēju.

Šajā sakarā ir paaugstināta nepieciešamība periodiski mainīt eļļu. Arī pareizas motora ekspluatācijas laikā nepieciešams motora kapitālais remonts, kas  sevī ietver blīvējumu nomaiņu. Resursa pareizas darbības laiks ir pietiekami liels, bet laikā nenomainīta eļļa neizbēgami novedīs pie neatgriezeniskām sekām – dzinējs vairs nevarēs pilnīgi pildīt savas sākotnējās funkcijas.

Vissvarīgākā  no problēmām ir blīvējuma stāvoklis. Virsmas kontakts ir ļoti mazs, savukārt spiediena kritums ir ļoti augsts. Šī neatrisinātā Vankeļa dzinēja problēma rada nopietnas pretrunas – liela noplūde starp atsevišķām kamerām, un, tātad, jaudas efektivitātes krišana un izmešus palielināšanās.

Ātrais un lielais blīvējuma nodilums pie augstiem vārpstas apgriezieniem tika atrisināta, izmantojot augstvērtīgu sakausējuma tēraudu.

Ar visām priekšrocībām (liels jaudas koeficents, dzinēja vienkāršā uzbūve,  viegls remonts pie pareizas ekspluatācijas), kā vienu no svarīgākajām problēmām var minēt mazo degvielas ekonomiju pie zemiem dzinēja apgriezieniem, salīdzinot ar parasto iekšdedzes motoru.

Vēl viena rotora motora iezīme ir tā tendence pārkarst. Sadegšanas kamerai ir lēcas forma, tas ir, pie neliela dzinēja lieluma tai ir salīdzinoši liela sadegšanas platība. Degvielas maisījuma sadegšanas temperatūra izstaro rotējot vārpstai, kas ir galvenais enerģijas zudums. Starojuma intensitāte ir proporcionāla ceturtā pakāpes temperatūrai, tādējādi šī ir ideāla forma (sfēriska) sadegšanas kamerai . Starojuma enerģija ne tikai bezjēdzīgi atstāj sadegšanas kameru, bet arī noved pie darba cilindru pārkaršanas. Šie zaudējumi ne tikai samazina efektivitāti pārvēršot ķīmisko enerģiju mehāniskajā enerģijā, bet arī rada problēmas ar degvielas maisījuma aizdegšanos, tādēļ motora konstrukcijā bieži vien ir paredzētas divas sveces.
Augstas prasības pret dzinēja tehniskajiem parametriem padara to sarežģītu tā ražošanā – jāizmanto augsto tehnoloģiju un augstas precizitātes iekārtas: mašīnas, kuras var pārvietot instrumentu pa sarežģītu trajektoriju  – plakne, ko veido punkts stingri saistīts ar apli rotējošu citā aplī.

Pielietojums

Motors sākotnēji tika ražots lai to izmantotu automašīnās. Pirmais sērijveida ražotais auto ar  rotācijas dzinēju – vācu sporta auto NSU Wankelspider.

Pirmais masu auto(37204 eksemplāri) ar Vankeļa dzinēju – Vācijas biznesa klases sedans NSU Ro 80. Auto bija pietiekami daudz jauninājumu, neskaitot dzinēju,  jo īpaši virsbūve ar ļoti zemu aerodinamiskās pretestības, pusautomātiskās pārnesumkārbas ar griezes momenta pārveidotāju, bloku gaismas u.t.t. Ro80 atšķīrās ne tikai ar unikālo konstrukciju, bet arī dizainu, kas bija nesaprotams sabiedrībai sešdesmito gadu vidū. Desmit gadus vēlāk tieši šis modelis bija ņemts par pamatu C2 paaudzes Audi 100 un 200.

Diemžēl motora dzīves cikls bija ļoti mazs (remonts nepieciešams pēc aptuveni 50000 km), tādēļ šim auto ir slikta slava un ir maz zināmi. Daudziem Vankeļa motors tika nomainīts pret Ford V4 «Essex» virzuļu.

Citroën arī eksperimentēja ar Vankeļa dzinēju – Citroën M35.

Pēc šiem modeļiem Vankeļa sērijveida ražošanu veica tikai Mazda (Japāna) un VAZ (Krievija).

Mūsdienu dzineji

Mazda inženieriem izdevies atrisināt visas galvenās Vankeļa motora problēmas – samazinājuši izplūdes gāzu izmešus un padarījuši ekonomiskāku. Salīdzinot ar iepriekšējo dzinēju «Renesis», izdevās samazināt eļļas patēriņu par 50%, benzīna par 40% un panākt kaitīgo izmēšu rādītājus atbilstoši Euro IV noteikumiem. Divkameru dzinējs «Renesis» ar darba tilpumu 1,3 litri nodrošina 250 ZS jaudu, kas aizņem maz vietas motora telpā. Nākamais motora modelis Renesis 16X 2 ir ar 1,6 darba tilpumu, kuram ir vairāk jaudas un mazāk uzkarst.

Mazda ar burtu kombināciju RE  kā degvielu var izmantot gan benzīnu, gan ūdeņradi. Tas bija otrais izaugsmes uzrāviens un kas izraisīja uzmanību Vankeļa motoriem. Motors var veiksmīgi izmantot ūdeņradi kā degvielu, tas ir mazāk jutīgs pret detonāciju, nekā parastais dzinējs, kurš izmanto taisnvirziena virzuļa kustības.

Rotora dzinējs patērē 7-20 litrus degvielas uz 100 km, atkarībā no braukšanas stila un degvielas kvalitātes, savukārt eļļu no 0,4 litriem līdz 1 litram uz 1000 km (Mazda 0,4 – 0,6 l). Pašlaik aktīvi šī tipa dzinēja pētijumus veici japāņu autoražotājs Mazda, ieviešot modificētu modeli ar rotācijas dzinēju automašīnām ar sēriju – RX.

Rotora (Vankeļa) dzinēja darbības vizualizācija:

Publikācija no interneta un gudrām grāmatām.

Reklāma