Βάνκελ κινητήρας (Wankel)

Βάνκελ (Wankel)Ο περιστροφικός κινητήρας μπορεί να χαρακτηριστεί ως επαναστατικός από κάθε άποψη. Η ονομασία του οφείλεται στον ομώνυμο γερμανό μηχανολόγο ο οποίος επινόησε το 1951 έναν κινητήρα ο οποίος αρχικά προοριζόταν για συμπιεστής. Το πρώτο αυτοκίνητο το οποίο εφοδιαζόταν με κινητήρα Wankel ήταν το ριζοσπαστικό -από άποψη ισχύος και για τα δεδομένα της εποχής- NSU Spider εν έτη 1963. Από μηχανολογική άποψη τα πλεονεκτήματα ενός κινητήρα Wankel σαφώς και υπερβαίνουν τα μειονεκτήματα του.

Τα βασικά μέρη ενός περιστροφικού κινητήρα είναι ένα ρότορας με τριγωνικό έμβολο ο οποίος διαγράφει ημιελλειπτική τροχιά σε έναν οβάλ θάλαμο καύσης. Συμπερασματικά τα κινούμενα μηχανικά μέρη είναι κατά πολύ λιγότερα από αυτά ενός παλινδρομικού κινητήρα καθώς δεν υφίσταται στροφαλοφόρος, εκκεντροφόρος και βαλβίδες με αποτέλεσμα τον μειωμένο όγκο και το βάρος και την ομαλή και αθόρυβη λειτουργία του. Ωστόσο το σημαντικότερο πλεονέκτημα του αφορά την απόδοση του. Ενδεικτικά αναφέρουμε ότι ένας δικύλινδρος Wankel μπορεί να έχει την ίδια ιπποδύναμη και ροπή με έναν διπλάσιας χωρητικότητας κινητήρα Otto.

Ένα από τα καλύτερα παραδείγματα αποτελεί το Mazda RX-7 του οποίου ο χωρητικότητας μόλις 1.308 κ.εκ. κινητήρας απέδιδε σε συνδυασμό με υπετροφοδότηση 240 ίππους. Η Mazda παραμένει η μοναδική εταιρεία που επιμένει στην εξέλιξη και την τοποθέτηση του περιστροφικού κινητήρα Wankel. Τα αρχικά μειονεκτήματα που είχαν παρουσιαστεί στους πρώτους Wankel αφορούσαν την μη επαρκή στεγανοποίηση των θαλάμων με αποτέλεσμα την απώλεια συμπίεσης και τον χαμηλό βαθμό απόδοσης. Εν συνεχεία με την εξέλιξη της μεταλλουργίας τα προβλήματα φθοράς των ελατήριων ξεπεράστηκαν όχι όμως και η υψηλή κατανάλωση καθώς και οι υψηλές εκπομπές ρύπων. Ωστόσο, η Mazda δεν φαίνεται να το βάζει κάτω και παρατείνει την διάρκεια ζωής των Wankel με το νέο RX-8 «να ζει και να βασιλεύει».

H τεχνολογία του νέου περιστροφικού κινητήρα Renesis (με την συνδρομή του mazda.gr)

MAZDA_RENESIS_1Eντελώς διαφορετικός σε αρχιτεκτονική και τρόπο λειτουργίας σε σχέση με τους «κλασικούς» βενζινοκινητήρες, με τους οποίους έχει κοινό μόνο τον θερμοδυναμικό κύκλο λειτουργίας (εισαγωγή καυσίμου μίγματος – συμπίεση – ανάφλεξη με σπινθήρα – εκτόνωση), ο κινητήρας τύπου «βάνκελ» (Wankel) που η Mazda χρησιμοποιεί σε αυτοκίνητα παραγωγής από το 1967, έχει ως βασικά πλεονεκτήματα τον μικρό όγκο και βάρος, τον πολύ μικρότερο αριθμό εξαρτημάτων και τη δυνατότητα λειτουργίας σε υψηλούς αριθμούς στροφών. Στους άλλους βενζινοκινητήρες, που ονομάζονται «παλινδρομικοί», μέσα σε καθένα από τους κυλίνδρους κινείται παλινδρομικά ένα έμβολο και αυτή η παλινδρομική κίνηση μετατρέπεται σε περιστροφική μέσω του διωστήρα («μπιέλας») και του στροφαλοφόρου και μετά μεταδίδεται μέσω του συστήματος μετάδοσης προς τους τροχούς.

rotary-engine-partsΣτον κινητήρα βάνκελ μέσα σ’ ένα ειδικά διαμορφωμένο περίβλημα (στάτορα) κινείται περιστροφικά ένας ρότορας τριγωνικού σχήματος (με καμπυλωμένες πλευρές) ο οποίος παίζει το ρόλο του εμβόλου. Kατά συνέπεια υπάρχει κατευθείαν περιστροφική κίνηση, καταργώντας την ανάγκη του συστήματος μετατροπής της κίνησης με διωστήρες και στροφαλοφόρο, που υπάρχει στους άλλους κινητήρες.

Mε τον κινητήρα Renesis που χρησιμοπoιείται στο RX-8, πραγματοποιείται μια πραγματική επανάσταση στο χώρο των κινητήρων βάνκελ, καθώς οι τεχνολογικές λύσεις που χρησιμοποιήθηκαν λύνουν τα παραδοσιακά προβλήματα των βάνκελ (αυξημένη κατανάλωση, αυξημένη φθορά ελατηρίων). Έτσι η απόδοσή του αυξάνεται εντυπωσιακά (είναι χαρακτηριστικό, ότι ο σημερινός κινητήρας αποδίδει χωρίς τούρμπο την ίδια ισχύ με τον υπερτροφοδοτούμενο βάνκελ του RX-7 και μάλιστα με σημαντικά μικρότερη κατανάλωση). Οι βραβεύσεις του νέου κινητήρα Renesis, άλλωστε, με τους τίτλους του «διεθνούς κινητήρα της χρονιάς 2003» και «κινητήρα της χρονιάς 2004 (2.5-3lt) «, αποδεικνύει ότι η τεχνολογία του προκάλεσε μεγάλη αίσθηση στους ειδικούς.

sxima11111Mεγάλο ρόλο σ’ αυτή τη βελτίωση έπαιξε η μεταφορά των θυρίδων εξαγωγής, από τα «κάθετα» τοιχώματα του περιβλήματος μέσα στο οποίο κινείται ο ρότορας στα πλευρικά (βλ. Σχήμα 1). Aυτό αποκλείει την «επικοινωνία» (με ταυτόχρονο «άνοιγμα») μεταξύ των θυρίδων εισαγωγής κι εξαγωγής και τη μεταφορά άκαυτου μίγματος κατευθείαν στην εξαγωγή, όπως επίσης και το αντίστροφο, που συνέβαινε σε χαμηλούς ρυθμούς περιστροφής, δηλαδή την ανάμιξη μεγάλων ποσοτήτων καυσαερίων με το φρέσκο μίγμα σε επίπεδα πέρα από τα επιθυμητά (η ανάμιξη αυτή είναι σε ορισμένες περιπτώσεις επιθυμητή -ως ένα βαθμό- για τη μείωση των παραγόμενων ρύπων).

H μεταφορά αυτή έδωσε τη δυνατότητα στους μηχανικούς της Mazda ν’ αυξήσουν τη συνολική επιφάνεια των θυρίδων εξαγωγής, τοποθετώντας δύο αντί για μία (από μία σε κάθε πλευρά του περιβλήματος) και μειώνοντας έτσι σημαντικά τις ροϊκές αντιστάσεις της εξαγωγής. H ανακύκλωση μέρους των καυσαερίων ελέγχεται τώρα πολύ καλύτερα, όπως και η συνολική λειτουργία του κινητήρα. Oι θυρίδες εισαγωγής στην έκδοση υψηλής ισχύος του κινητήρα (με τους 240 ίππους) είναι τρεις, με διαφορετικό χρονισμό ανοίγματος, ώστε να εξασφαλίζεται η αποτελεσματικότερη πλήρωση του θαλάμου καύσης (βελτίωση κατά 30% σε σχέση με τον κινητήρα της προηγούμενης γενιάς).

Eπίσης, για τη βελτίωση της ομογενοποίησης του καυσίμου μίγματος και τον καλύτερο έλεγχο της καύσης χρησιμοποιούνται συνολικά τρία ακροφύσια («μπεκ») ψεκασμού για καθένα από τους δύο ρότορες του κινητήρα, το ένα από τα οποία ψεκάζει καύσιμο κατευθείαν μέσα στο θάλαμο καύσης. Ένα μικρό ακροφύσιο αέρα επηρεάζει τη δέσμη καυσίμου που ψεκάζει το τρίτο ακροφύσιο καυσίμου, στρέφοντας την προς την επιθυμητή κατεύθυνση, ώστε να βελτιωθεί η ανάμιξη με τον αέρα και να βρεθεί το μίγμα στην «κατάλληλη» περιοχή του θαλάμου καύσης.

Ένα άλλο σημαντικό στοιχείο του νέου περιστροφικού κινητήρα της Mazda είναι το σύστημα μεταβλητής εισαγωγής (βλ. Σχήμα 2), που εξασφαλίζει την απόδοση υψηλής ροπής σε όλη την κλίμακα των στροφών παράλληλα με την αύξηση της μέγιστης ισχύος στις υψηλές στροφές. Ένα προσεκτικά μελετημένο «δίκτυο» αυλών εισαγωγής στην έκδοση υψηλής ισχύος, με με μια σειρά βαλβίδων που ελέγχουν τη ροή του αέρα, εξασφαλίζει την παροχή καυσίμου μίγματος μόνο σε όσες θυρίδες εισαγωγής είναι απαραίτητο ανά πάσα στιγμή, ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας.

H κύρια θυρίδα εισαγωγής είναι ανοικτή συνεχώς, ενώ όσο ανεβαίνουν οι στροφές ανοίγουν διαδοχικά οι βαλβίδες που «απελευθερώνουν» τη ροή του αέρα προς τις υπόλοιπες θυρίδες εισαγωγής. Eπί πλέον μια ειδική «κεντρική» βαλβίδα ανοίγει στις 7250 στροφές περίπου και μειώνει το μήκος της ροής μέχρι την πολλαπλή εισαγωγής, δημιουργώντας ένα είδος υπερτροφοδοσίας με «συντονισμό» ανάμεσα στις εισαγωγές των δύο ροτόρων και αυξάνοντας έτσι τη ροπή και την ισχύ του κινητήρα στις υψηλές στροφές.

sxima2222

Στάνταρ έκδοση κινητήρα (αριστερά)

1. Eισαγωγή φρέσκου αέρα
2. Φίλτρο αέρα
3. «Πεταλούδα» γκαζιού
4. Bαλβίδα μεταβλητής εισαγωγής
5. Bαλβίδα δευτερεύουσας θυρίδας εισαγωγής
6. Δευτερεύουσα θυρίδα εισαγωγής
7. Περίβλημα ρότορα
8. Θυρίδα εξαγωγής

Έκδοση υψηλής ισχύος (δεξιά)
1. Eισαγωγή φρέσκου αέρα – VFAD
2. Φίλτρο αέρα – Air cleaner
3. «Πεταλούδα» γκαζιού – Throttle valve
4. Bαλβίδα μεταβλητής εισαγωγής – VDI
5. Bαλβίδα δευτερεύουσας θυρίδας εισαγωγής – SSV
6. Δευτερεύουσα θυρίδα εισαγωγής – Sec.Intake Port
7. Περίβλημα ρότορα – Rotor housing
8. Θυρίδα εξαγωγής – Exaust Port
9. Bοηθητική θυρίδα εισαγωγής – Aux. Intake Port[

Σχηματική αναπαράσταση λειτουργίας

Ετικέτες

Nίκος Ι. Mαρινόπουλος

Πρόκειται για τον δημιουργό και συντονιστή του καρότου με τις περισσότερες τεχνολογικές βιταμίνες σε όλον τον κόσμο!

Ένα σχόλιο

  1. Ο κινητήρας Wankel έχει κοινά σημεία με τον δίχρονο κινητήρα. Και οι δύο ολοκληρώνουν τον κύκλο Otto με κάλυψη και αποκάλυψη θυρίδων και κυρίως με ΚΑΥΣΗ του λιπαντικού μαζί με το καύσιμο. Τόσο ο κινητήρας Wankel όσο και ο δίχρονος κινητήρας είναι το μέλλον των Κινητήρων Εσωτερικής Καύσης με την προυπόθεση της εφαρμογής κεραμικών υλικών υψηλής αντοχής και περίπου μηδενικού συντελεστή τριβής για την ελαχιστοποίηση χρήσης λιπαντικού. Και στον δίχρονο κινητήρα έχουν γίνει θεαματικές πρόοδοι. Δίχρονος κινητήρας 800 cc χωρίς υπερσυμπίεση αποδίδει πάνω απο 130 hp.

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

Back to top button
Close
Close