Wankel-moottori: Miten se toimii ja mitkä ovat sen edut?
Wankel-moottori, jota joskus kutsutaan pyöriväksi moottoriksi, on eräänlainen polttomoottori, jossa on pyörivä mäntä, joka muuntaa paineen pyöriväksi liikkeeksi. Tämäntyyppisellä moottorilla on monia etuja.
Toisin kuin klassisessa polttomoottorissa, kaikki Wankel-moottorin osat pyörivät yhteen suuntaan.
Sisältö
Miten Wankel-moottori toimii?
Nelitahtinen sykli (imu, puristus, poltto, pakokaasu) tapahtuu ovaalin muotoisen sisäkotelon ja pyörivän männän välillä, joka on kolmion muotoinen.
Tämän moottorin suunnitteli saksalainen insinööri Felix Wankel, joka sai patentin tälle moottorille vuonna 1929. Wankel-moottorit ovat vain bensiinimoottoreita. Tämän tyyppisiä dieselmoottoreita testattiin vain laboratorio-olosuhteissa.
Hevosvoimat: Mikä se on ja miksi se on tärkeää?
Wankel-moottorin teho on yksi hevosvoima 0,45 kiloa kohden. Toisin sanoen ottaen huomioon, että moottori painaa 100 kg, teho olisi noin 222 hevosvoimaa. Nämä luvut ovat varsin vaikuttavia.
Wankel-moottorin historia pähkinänkuoressa
Vuonna 1951 saksalainen yritys NSU Motorenwerke AG aloitti tämän moottorin kehittämisen, ja samalla rakennettiin kaksi mallia. Ensimmäisen moottorin loi Felix Wankel ja toisen moottorin Hanns Dieter Paschke.
Nykyaikainen Wankel-moottori perustui Hanns Dieter Paschken kehittämään moottoriin, joten tätä moottoria ei pitäisi kutsua Wankel-moottoriksi vaan Paschke-moottoriksi.
Hanns Dieter Paschken moottori:
Vuonna 1960 saksalainen yritys NSU ja amerikkalainen Curtiss-Wright allekirjoittivat yhteisen sopimuksen. NSU keskittyi pieni- ja keskitehoisten Wankel-moottoreiden kehittämiseen ja Curtiss-Wright kehitti suuritehoisia moottoreita, mukaan lukien lentokoneiden moottoreita.
Monet valmistajat allekirjoittivat lisenssisopimuksia Wankel-moottorin kehittämiseksi, pääasiassa sen sujuvuuden, hiljaisen toiminnan, yksinkertaisen suunnittelun ja korkean suorituskyvyn vuoksi. Alfa Romeo, American Motors, Ford, Citroen, General Motors, Mazda, Mercedes-Benz, Nissan, Porsche, Rolls-Royce, Suzuki ja Toyota.
Curtiss-Wright paransi tämän moottorin perusrakennetta Yhdysvalloissa. Sitä vastoin Isossa-Britanniassa Wankel-moottorista kehitettiin kaksitahtinen dieselversio, ja Deere & Company suunnitteli version, joka voisi käyttää erilaisia polttoaineita.
Wankel moottorin rakenne
Wankel-moottorissa neljä palamisprosessia tapahtuu roottorin ja moottorin kannen sisäpuolen välisessä tilassa. Paikoissa, joissa pyörivä mäntä kohtaa moottorin kannen sisävaipan, tiiviste varmistaa, että roottorin ja vaipan väliin muodostuu kolme erillistä tilaa.
Männän pyöriessä nämä tilat liikkuvat pyörimissuuntaan ja lisäävät ja pienentävät tilavuutta. Soikea kotelo ympäröi jokaista Wankel-moottorin roottoria. Roottori on kolmion muotoinen, jossa on pyöristetyt reunat ja keulan muotoinen.
Moottorin männät: miten ne toimivat?
Männät pyörivät akselin ympärillä, jota kutsutaan epäkeskiseksi akseliksi tai E-akseliksi, ja kulkevat roottorin keskustan läpi. Suuri hammaspyörä mahdollistaa männän pyöreän liikkeen roottorin keskellä sijaitsevilla sisähampailla.
Pieni hammaspyörä, joka kytkeytyy roottorin vaihteeseen, on kiinnitetty jäykästi akseliin. Ilman ja bensiinin seos imetään sisään kanavan kautta, ja puristuksen jälkeen se syttyy sytytystulpan kipinästä. Laajennuksen ja työn jälkeen savukaasut johdetaan pakoputkeen. Männän sisäosa jäähdytetään öljyllä ja kotelo ja moottorin kansi jäähdytetään vedellä.
Kaikissa kolmessa kammiossa nelitahtinen palamisjakso tapahtuu peräkkäin, nimittäin:
- Ilman ja polttoaineen otto
- Puristus ja sytytys
- Paisunta ja pakoputki
Epäkeskoakselin kolme kierrosta vastaa yhtä roottorin kierrosta. Kierrokset on annettu akselin kierroksina. Wankel-moottoreilla on siksi suurempi maksiminopeus (n. 9000 rpm) kuin vastaavan suorituskyvyn omaavilla mäntämoottoreilla.
Moottorin puristustesti: mitä se paljastaa moottorista?
Koska Wankel-moottori käyttää täysin erilaista konseptia kuin klassinen mäntäpolttomoottori, suora vertailu ei ole mahdollista. Virtausnopeus, lämpöhäviö ja pintalämpötilan ominaisuudet ovat erilaisia.
Wankel-moottorin edut
- Paljon suurempi teho-paino-suhde kuin mäntämoottorilla
- Kompaktisuus (noin kolmasosa mäntämoottorin koosta)
- Ei palautettavia osia
- Se pystyy suorittamaan suurempia kierroksia minuutissa kuin mäntämoottori
- Se ei aiheuta lähes tärinää
- Moottorissa on vähemmän osia, joten sen valmistus on halvempaa
- Joissakin Wankel-moottoreissa moottoriöljy pysyy palamisprosessin saastuttamattomana
- Wankel-moottori on paljon kevyempi ja yksinkertaisempi, koska siinä on vähemmän liikkuvia osia
- Venttiilien työskentely tapahtuu roottorilohkon seinään upotetuilla yksinkertaisilla johdoilla
Wankel-moottorilla on edellä mainitut edut, jotka ovat mahdollistaneet sen käytön autoissa, moottoripyörissä, kilpa-autoissa, lentokoneissa, mikroautoissa, moottorikelkoissa ja vastaavissa.
Wankel-moottorin käyttöikä
Wankel-roottorikoteloita lämmitetään jatkuvasti toiselta puolelta ja jäähdytetään toiselta, mikä johtaa korkeisiin paikallisiin lämpötiloihin ja epätasaiseen lämpölaajenemiseen. Vaikka tämä asettaa korkeat vaatimukset käytetyille materiaaleille, moottoreiden yksinkertaisuus mahdollistaa vaihtoehtoisten materiaalien, kuten eksoottisten metalliseosten ja keramiikan, käytön.
Varhaisissa moottoreissa oli runsaasti vuotoja roottorin ja moottorin kotelon sisäkuoren välillä. Nämä moottorit piti usein sulkea uudelleen 20 000 mailin jälkeen. Nykypäivän Mazdan Wankel-moottorit on suljettava uudelleen 50 000–100 000 mailin jälkeen.
Jos omistaja ei sinetöinyt moottoria uudelleen tietyn ajokilometrin jälkeen, seurasi puristushäviö, joka ilmeni vaikeina kylmäkäynnistyksin. Lopulta moottoria ei voitu käynnistää ollenkaan.
Mazdat aloittivat Wankel-moottorin käytön jo vuonna 1957 eli jo 50 vuotta sitten, mutta Mazda RX-8:n tuotannon päättyessä vuonna 2012 sarjatuotannossa olevalla Wankel-pyörivällä moottorilla oli viimeinen tuntinsa - eli äskettäin, kun Mazda ilmoitti palauttavansa Wankel-moottorin.