Mesin Wankel: perangkat, prinsip operasi

2024 Pengarang: Erin Ralphs | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-02-19 17:02

Mesin pembakaran dalam adalah penemuan brilian umat manusia. Berkat mesin pembakaran internal, kemajuan teknis mulai berkembang secara signifikan. Ada beberapa jenis pengaturan ini. Tapi yang paling terkenal adalah connecting rod and piston dan rotary piston. Yang terakhir ditemukan oleh insinyur Jerman Wankel bekerja sama dengan W alter Freude. Unit daya ini memiliki perangkat dan prinsip operasi yang berbeda, jika dibandingkan dengan mesin pembakaran internal piston batang penghubung klasik. Apa prinsip pengoperasian mesin Wankel dan mengapa mesin pembakaran internal ini tidak begitu populer? Kami akan mempertimbangkan semua ini dalam artikel kami hari ini.

Karakteristik

Jadi, motor apa ini? Ini adalah mesin pembakaran internal yang dikembangkan oleh Felix Wankel pada tahun 1957. Fungsi piston pada unit ini dilakukan oleh rotor tiga titik. Itu berputar di dalam rongga berbentuk khusus.

Setelah sejumlah model eksperimental sepeda motor dan mobil yang terjadi pada tahun 70-an abad terakhir, permintaan mesin Wankel telah menurun secara signifikan. Meskipun saat ini sejumlah perusahaan masih mengerjakanpenyempurnaan mesin ini. Jadi, mesin Wankel bisa Anda temui di seri Mazda PX. Juga, unit ini telah menemukan aplikasinya dalam pemodelan.

Perangkat mesin Wankel

Unit daya ini terdiri dari beberapa komponen:

• Kasus (stator).
• Ruang bakar.
• Port masuk dan keluar.
• Gigi stasioner.
• Gearwheel.
• Rotor.
• Vala.
• Spark busi.

Apa prinsip kerja mesin Wankel? Kita akan melihatnya di bawah ini.

Prinsip kerja

ICE ini beroperasi sebagai berikut. Rotor, dipasang pada poros eksentrik melalui bantalan, digerakkan oleh kekuatan tekanan gas, yang terbentuk sebagai hasil dari pembakaran campuran udara-bahan bakar. Rotor motor relatif terhadap stator melalui sepasang roda gigi. Salah satunya (besar) terletak di permukaan bagian dalam rotor. Yang kedua (penopang) lebih kecil dan melekat erat pada penutup samping mesin. Melalui interaksi roda gigi, rotor menghasilkan gerakan melingkar eksentrik. Dengan demikian, ujung-ujungnya bersentuhan dengan permukaan bagian dalam ruang bakar.

Akibatnya, beberapa ruang terisolasi dengan volume variabel terbentuk antara rumah motor dan rotor. Jumlahnya selalu 3. Di ruang-ruang ini, proses kompresi campuran, pembakarannya, ekspansi gas (yang kemudian memberi tekanan pada permukaan kerja rotor) dan pemindahannya terjadi. Hasil daripenyalaan bahan bakar, rotor digerakkan, mentransfer torsi ke poros eksentrik. Yang terakhir dipasang pada bantalan dan kemudian mentransfer daya ke unit transmisi. Dan hanya pada saat itulah momen gaya mesin Wankel mengalir ke roda sesuai dengan skema klasik - melalui penggerak kardan dan poros gandar ke hub. Dengan demikian, beberapa pasangan mekanis bekerja secara bersamaan dalam motor putar. Yang pertama bertanggung jawab atas pergerakan rotor dan terdiri dari beberapa roda gigi. De kedua mengubah gerakan rotor menjadi putaran poros eksentrik.

Rasio roda gigi stator (rumahan) dan roda gigi selalu stabil dan 3:2. Dengan demikian, rotor memiliki waktu untuk memutar satu putaran penuh poros sebesar 120 derajat. Pada gilirannya, untuk putaran penuh rotor, siklus empat langkah operasi mesin pembakaran internal dilakukan di masing-masing dari tiga ruang yang dibentuk oleh permukaan.

Manfaat

Apa kelebihan mesin pembakaran dalam ini? Mesin piston rotary Wankel memiliki desain yang lebih sederhana dibandingkan mesin piston rod. Jadi, jumlah suku cadang di dalamnya 40 persen lebih sedikit daripada di mesin pembakaran internal empat langkah piston. Tapi tetap saja, tidak mungkin membuat mesin Wankel dengan tangan Anda sendiri tanpa peralatan canggih. Bagaimanapun, rotor memiliki bentuk yang sangat kompleks. Mereka yang mencoba membuat mesin Wankel buatan sendiri dengan tangan mereka sendiri telah mengalami banyak kegagalan.

Tapi mari kita lanjutkan dengan manfaatnya. Dalam desain unit putar tidak ada poros engkol, mekanisme distribusi gas. Juga tidak ada batang penghubung danpiston. Campuran yang mudah terbakar memasuki ruang melalui jendela saluran masuk, yang dibuka oleh tepi rotor. Dan gas buang pada akhir siklus kerja dilepaskan dari tubuh melalui lubang pembuangan. Sekali lagi, peran katup di sini dilakukan oleh tepi rotor itu sendiri. Juga, tidak ada camshaft dalam desain (yang beberapa sekarang digunakan pada unit batang penghubung). Mesin piston putar Wankel mirip dengan mesin dua langkah dalam hal prinsip pengoperasian mekanisme distribusi gas.

Secara terpisah, perlu disebutkan sistem pelumasan. Faktanya, itu tidak ada di mesin rotari Wankel. Tapi bagaimana cara kerja pasangan gesekan? Sederhana saja: oli ditambahkan ke campuran yang mudah terbakar itu sendiri (seperti pada mesin sepeda motor primitif). Dengan demikian, pelumasan bagian gosok dilakukan oleh campuran udara-bahan bakar itu sendiri. Desainnya tidak memiliki pompa oli yang familiar bagi semua orang, yang mengambil pelumas dari bah dan menyemprotkannya di bawah tekanan khusus.

Kelebihan lain dari mesin Wankel adalah bobot dan ukurannya yang ringan. Karena hampir separuh bagian yang wajib ada di mesin piston tidak ada di sini, unit putar lebih ringkas dan bisa muat di kompartemen mesin mana pun. dimensi kompak memungkinkan Anda untuk menggunakan ruang kompartemen mesin secara lebih rasional, serta memberikan beban yang lebih seragam pada gandar depan dan belakang (bagaimanapun, pada mobil dengan mesin konvensional, lebih dari 70 persen beban jatuh di depan bagian). Dan karena bobotnya yang rendah, stabilitas tinggi tercapai. Ya, mesin memilikitingkat getaran minimum, yang memiliki efek positif pada kenyamanan mesin.

Kelebihan berikutnya dari unit ini adalah daya spesifik yang tinggi, yang dicapai pada kecepatan poros yang tinggi. Fitur ini memungkinkan Anda untuk mencapai karakteristik teknis yang baik. Inilah sebabnya mengapa mesin Wankel digunakan di mobil sport Mazda. Motor dengan mudah berputar hingga tujuh ribu putaran atau lebih. Pada saat yang sama, ia memberikan lebih banyak torsi dan tenaga pada volume kecil. Semua ini memiliki efek positif pada dinamika akselerasi mobil. Misalnya, Anda dapat mengambil mobil "Mazda RX-8". Dengan volume 1,3 liter, motor menghasilkan 210 tenaga kuda.

Kekurangan desain

Mempertimbangkan perangkat dan prinsip pengoperasian mesin putar Wankel, perlu diperhatikan kelemahan desain utama. Ini adalah efisiensi rendah dari segel celah antara ruang bakar dan rotor. Yang terakhir memiliki bentuk yang agak rumit, yang membutuhkan penyegelan yang andal tidak hanya di sepanjang tepi (yang totalnya ada empat), tetapi juga di sepanjang permukaan samping (yang bersentuhan dengan penutup mesin). Pada saat yang sama, mereka dibuat dalam bentuk strip pegas baja dengan pemrosesan yang sangat presisi baik dari ujung maupun dari permukaan kerja. Semua kelonggaran untuk ekspansi selama pemanasan, yang tergabung dalam desain, menurunkan karakteristik ini. Karena itu, tidak mungkin untuk menghindari terobosan gas di tempat ujung pelat penyegelan. Pada mesin piston, efek labirin diterapkan. Jadi, desainnya menggunakan tiga cincin penyegel dengan celah di arah yang berbeda.

Tetapi perlu dicatat bahwa dalam beberapa tahun terakhir kualitas anjing laut telah meningkat. Para desainer telah meningkatkan mesin Wankel, menggunakan bahan baru untuk segel. Tapi tetap saja, terobosan gas dianggap sebagai titik terlemah dalam mesin pembakaran internal putar.

Konsumsi minyak

Seperti yang kami katakan sebelumnya, tidak ada sistem pelumasan seperti itu di mesin ini. Karena kenyataan bahwa minyak masuk bersama dengan campuran yang mudah terbakar, konsumsinya meningkat secara signifikan. Dan jika pada mesin batang penghubung kehilangan pelumas alami dikecualikan atau tidak lebih dari 100 gram per seribu kilometer, maka pada mesin putar parameter ini berkisar antara 0,4 hingga 1 liter per seribu kilometer. Ini karena sistem penyegelan yang kompleks membutuhkan pelumasan permukaan yang lebih efektif. Juga, karena konsumsi oli yang tinggi, motor ini tidak dapat memenuhi standar lingkungan modern. Gas buang mobil dengan mesin Wankel mengandung banyak zat berbahaya bagi tubuh dan lingkungan.

Selain itu, mesin rotari hanya dapat bekerja dengan oli berkualitas tinggi dan mahal. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor:

• Kecenderungan menyentuh bagian dari ruang motor dan rotor ke keausan yang tinggi.
• Kecenderungan pasangan gesekan menjadi terlalu panas.

Masalah lain

Penggantian oli yang tidak teratur mengancam akan mengurangi masa pakai mesin pembakaran internal, karena partikel pelumas lama bertindak sebagai abrasif, meningkatkan celah dan kemungkinan kebocoran gas buang di dalam ruang. Unit ini juga terjepit saat kepanasan. Dan saat berkendara dalam cuaca dingin,pendinginan mungkin berlebihan.

RPD itu sendiri memiliki suhu operasi yang lebih tinggi daripada mesin piston mana pun. Ruang bakar dianggap yang paling banyak dimuat. memiliki volume yang kecil. Dan karena bentuknya yang memanjang, bilik ini rentan terhadap ledakan. Selain oli, mesin Wankel menuntut kualitas lilin. Mereka dipasang berpasangan dan diubah secara ketat sesuai dengan peraturan teknis. Di antara poin-poin lain, perlu dicatat elastisitas motor putar yang tidak mencukupi. Jadi, mesin pembakaran internal ini dapat menghasilkan karakteristik kecepatan dan daya yang sangat baik hanya pada kecepatan rotor tinggi - dari 6 hingga 10 ribu atau lebih per menit. Fitur ini memaksa desainer untuk menyempurnakan desain gearbox, menjadikannya multi-tahap.

Kelemahan lainnya adalah konsumsi bahan bakar yang tinggi. Misalnya, jika Anda menggunakan mesin piston putar Mazda RX-8 1,3 liter, menurut data paspor, ia mengkonsumsi 14 hingga 18 liter bahan bakar. Selain itu, hanya bensin beroktan tinggi yang direkomendasikan untuk digunakan.

Tentang Penerapan RPD di Industri Otomotif

Mesin ini paling populer di akhir 60-an dan awal 70-an abad lalu. Paten RPD Wankel telah diakuisisi oleh 11 pembuat mobil terkemuka. Jadi, pada tahun ke-67, NSU mengembangkan mobil kelas bisnis pertama dengan mesin putar, yang disebut NSU RO 80. Model ini diproduksi secara massal selama 10 tahun. Secara total, lebih dari 37 ribu eksemplar dirilis. Mobil itu sempat populer, namun kekurangan mesin rotary akhirnya mencoreng reputasi mobil ini. Dengan latar belakang orang lainModel NSU, sedan NSU RO 80 adalah yang paling tidak bisa diandalkan. Jarak tempuh sebelum perombakan hanya 50 ribu dengan yang dinyatakan 100.

Juga, perhatian Peugeot-Citroen, perusahaan Mazda dan pabrik VAZ bereksperimen dengan mesin putar (kita akan membicarakan kasus ini secara terpisah di bawah). Kesuksesan terbesar diraih Jepang dengan merilis mobil penumpang bermesin putar pada tahun ke-63. Saat ini, Jepang masih melengkapi RPD pada mobil sport seri RX mereka. Sampai hari ini, mereka bebas dari banyak "penyakit masa kanak-kanak" yang melekat pada RAP waktu itu.

Wankel RPD dan industri sepeda motor

Pada tahun 70-an dan 80-an abad terakhir, beberapa produsen sepeda motor bereksperimen dengan mesin putar. Ini adalah Hercules dan Suzuki. Sekarang produksi massal sepeda motor rotary telah didirikan hanya di Norton. Merek ini memproduksi sportbikes NRV588 yang dilengkapi mesin twin-rotor dengan total volume 588 sentimeter kubik. Kekuatan sepeda Norton adalah 170 tenaga kuda. dengan bobot mengekang 130 kilogram, motor ini memiliki performa dinamis yang sangat baik. Selain itu, RPD ini dilengkapi dengan sistem injeksi bahan bakar elektronik dan saluran pemasukan variabel.

Fakta menarik

Unit daya ini banyak digunakan di antara pembuat model pesawat. Karena tidak ada persyaratan untuk efisiensi dan keandalan dalam model mesin pembakaran internal, produksi motor tersebut ternyata tidak mahal. Dalam mesin pembakaran internal seperti itu, tidak ada segel rotor sama sekali, atau mereka memiliki desain yang paling primitif. Keuntungan utama dari iniunit model pesawat adalah mudah dipasang dalam model skala terbang. ICEnya ringan dan padat.

Satu fakta lagi: Felix Wankel, setelah menerima paten untuk RPD pada tahun 1936, menjadi penemu tidak hanya mesin putar, tetapi juga kompresor, serta pompa yang beroperasi menurut skema yang sama. Unit semacam itu dapat ditemukan di bengkel dan di produksi. Omong-omong, pompa inflasi ban elektrik portabel dirancang persis sesuai dengan prinsip ini.

mobil RPD dan VAZ

Di masa Soviet, mereka juga terlibat dalam pembuatan mesin piston putar dan pemasangannya pada mobil VAZ domestik. Jadi, RPD pertama di Uni Soviet adalah mesin VAZ-311 dengan kapasitas 70 tenaga kuda. Itu dibuat berdasarkan unit Jepang 13V. Namun karena pembuatan motor dilakukan sesuai dengan rencana yang tidak realistis, unit tersebut ternyata tidak dapat diandalkan setelah dimasukkan ke dalam produksi massal. Mobil pertama dengan mesin ini adalah VAZ-21018.

Namun kisah pemasangan mesin Wankel di VAZ tidak berakhir di situ. Yang kedua berturut-turut adalah unit daya VAZ-415, yang digunakan dalam batch kecil pada G8 di tahun 80-an. Unit daya ini memiliki karakteristik teknis yang lebih baik. Tenaga dengan volume 1.308 sentimeter kubik meningkat menjadi 150 tenaga kuda. Berkat ini, VAZ-2108 Soviet dengan mesin putar berakselerasi hingga ratusan dalam 9 detik. Dan kecepatan maksimum dibatasi hingga 190 kilometer per jam. Namun mesin ini bukannya tanpa kekurangan. Secara khusus, ini adalah sumber daya yang kecil. Dia hampir tidak mencapai 80 ribukilometer. Juga di antara minusnya, perlu dicatat tingginya biaya pembuatan mobil seperti itu. Konsumsi minyak adalah 700 gram untuk setiap seribu kilometer. Konsumsi bahan bakar sekitar 20 liter per seratus. Oleh karena itu, unit putar hanya digunakan pada kendaraan dinas khusus, dalam jumlah kecil.

Kesimpulan

Jadi kami menemukan apa itu mesin Wankel. Unit putar ini sekarang digunakan secara seri hanya pada mobil Mazda, dan hanya pada satu model. Meskipun banyak perbaikan dan upaya oleh para insinyur Jepang untuk meningkatkan desain RPD, ia masih memiliki sumber daya yang agak kecil dan ditandai dengan konsumsi minyak yang tinggi. Juga, Mazdas 1,3 liter baru tidak berbeda dalam efisiensi bahan bakar. Semua kekurangan motor rotari ini membuatnya tidak praktis dan kurang digunakan dalam industri otomotif.