1 Motorul Wankel

7/22/2019 1 Motorul Wankel

1/38

2. Motorul Wankel

Conf.dr.ing. Dnu Gabriel Marinescu

1MOTOARE I TRANSMISII NECONVENIONALEPENTRU AUTOMOBILESISTEME NECONVENIONALE

DEPROPULSIE I TRANSPORT

2. MOTORUL WANKEL


2/38



2. MOTORUL WANKEL

Cuprins

2.1. Introducere2.2. Construcia generala a motorului Wankel2.3. Funcionarea motorului Wankel2.4. Construcia componentelor motorului Wankel2.5. Parametri specifici i performane

2.6. Variante constructive realizate


3/38



2. MOTORUL WANKEL

2.1. Introducere

Motorul cu piston rotativ aplicabil n propulsia automobilelor a fost inventat deFelix Wankel (1) n Germania i a fost brevetat n anul 1954.

El reprezint una din soluiile remarcabile in domeniul motoarelor pentruautomobile si a constituit obiectul unor ample cercetri ale unor firme deprestigiu din Germania (NSU, Mercedes), Frana (Citroen) i Japonia(Mazda) n anii 60-70.

Acest motor este o variant de motor termic neconvenional, la caremecanismul motor este nlocuit de un mecanism excentric cu pistontriunghiular echilateral, cu laturi curbilinii, n care sunt practicate camerele deardere.

El aparine familiei de motoare termice rotative, motoare la care elementelemobile ale mecanismului motor au numai micare de rotaie sau roto-

translaie n jurul unor axe fixe.

Felix Wankel,inventatorul variantei de motor

rotativ fabricat n serie

1. Felix Wankel a inventat ansamblul format din mantaua-stator de form epitrohoidal i rotorul triunghiular curbiliniu. Ulterior firmagerman NSU condus de Walter G. Frobe a adus perfecionri motorului propus de Wankel prin introducerea micrii de roto-translaiea pistonului-rotor, impus acestuia de un excentric de pe arborele motori un mecanism de roi dinate cu angrenare interioar.


4/38



2. MOTORUL WANKEL

2.1. Introducere

Deoarece axele de rotaie ale organului de putere

(pistonul-rotor) i ale elementului de nchidere dupdirecie radial(mantaua-stator) nu sunt concentrice,la micarea pistonului se creeazspaii de lucru cuvolum variabil.

Dei micarea rotativ este preferabil micrii alternative a pistonului, motoarele rotative nus-au afirmat cu o larg aplicabilitate astzi n domeniul automobilelor.

Apariia lor pe scar larg s-a fcut ntr-un moment de cumpn pentru automobil, crizaenergetic de la nceputul anilor 70 cnd au devenit prioritare nu performanele dinamice, ci:

economia de combustibil; depoluarea.


5/38

5MOTOARE I TRANSMISII NECONVENIONALEPENTRU AUTOMOBILESISTEME NECONVENIONALEDEPROPULSIE I TRANSPORT

2. MOTORUL WANKEL

2.2. Construcia generala a motorului

Wankel

Construcia motorului Wankel i schema cinematic suntprezentate n figura alaturata.

Motorul este construit din trei pri principale:

-arborele motor 1 cu excentricul 6,n jurul cruia rotorulexecut o micare complex (n jurul axei sale i n jurulaxei arborelui);

- rotorul 2, care ntr-o sectiune transversala este deform triunghiular, cu laturi curbilinii n care suntpracticate degajrile 8, corespunztoare camerelor deardere;

- statorul carterul sau blocul motorului 3,n interiorul

creia este prelucrat suprafaa interioar, al crei profilgeometric se realizeaz dup o epitrohoid (o formparticular a cicloidelor).

Schema de principiu (a) i prile constructive principale ale motorului

Wankel (b) : 1-arborele motor; 2-rotorul triunghiular; 3-carcasa; 4-coroana dinat fix; 5-dantura interioar a rotorului; 6-excentric; 7-

manta de rcire; 8-camera de ardere din rotor; 9-bujii; 10-garnitur de

etanare de vrf; 11-orificiu de admisie; 12-orificiu de evacuare.


6/38

6MOTOARE I TRANSMISII NECONVENIONALEPENTRU AUTOMOBILESISTEME NECONVENIONALEDEPROPULSIE I TRANSPORT

2. MOTORUL WANKEL


Wankel

Geometria suprafeei interioare i micarea complex arotorului sunt astfel corelate, nct vrfurile rotorului

triunghiular s etaneze trei spaii de lucru distincte ntimpul funcionrii.

Motorul funcioneaz dup ciclul convenional n patrutimpi. Cei patru timpi se realizeaz prin micareacomplex a rotorului, astfel nct volumul spaiului delucru se modific periodic, crescnd i descrescndpentru a asigura:

admisia; compresia; arderea-destinderea; evacuarea.

Pentru a obine micarea complex a rotorului arboreluimotor este prevzut cu un excentric circular 6 cucentrul uor deviat de la axa arborelui.






7/38

7MOTOARE I TRANSMISII NECONVENIONALEPENTRU AUTOMOBILE

SISTEME NECONVENIONALE


2. MOTORUL WANKEL


Wankel

n centrul rotorului, n partea lateral a acestuia (veziseciunea longitudinal), este practicat un alezaj prin

intermediul cruia rotorul se adapteaz la excentricul depe arbore.

ntre rotor i excentric este inserat un rulment cu ace.Prin urmare, cnd arborele se rotete, rotorul va efectuao micare pe orbit relativ fa de axa arborelui motorn conformitate cu poziia excentricului.

Pentru a asigura transmiterea micrii de la rotor laarborele motor, pe unul din carcasele laterale n jurullagrului arborelui motor este fixat o coroan dinat cudantur exterioar4.

n interiorul rotorului este montat o coroan dinat cudantur interioar5, n aa fel nct alezajul dininteriorul rotorului s se adapteze perfect la excentriculde pe arborele motor.






8/38




2. MOTORUL WANKEL


Wankel

Pentru a sincroniza micarea excentricului cu micarearotorului, astfel nct cele trei coluri ale acestuia s fie

permanent n contact cu pereii carcasei, raportul detransmitere este de 2/3, ceea ce nseamn c danturarotorului trebuie s aib trei dini la fiecare doi pecoroana fix.

Acest raport va determina ca la rotirea complet arotorului arborele motor s fac trei rotaii.

Orificiul de admisie 11 este practicat deasupra zoneimediane a carcasei n capacele laterale, iar orificiul deevacuare 12sub zona median n peretele carcasei.

Bujiile se introduc n orificii filetate pe partea opus a

orificiilor de admisie i evacuare a gazelor 9.Schema de principiu (a) i prile constructive principale ale motorului





9/38




2. MOTORUL WANKEL


Wankel

1 - carter lateral

2 - carterul rotorului (stator)3 - rotor4 - arbre motor (excentric)5 - pinion fix6 - volant motor7 - segmenti axiali si laterali8 galerie de admisie

9 colector de evacuare10 suruburi de fixare a carterelor11 - turbocompresor

Componentele motorului Mazda RX-7


10/38




2. MOTORUL WANKEL

2.3. Funcionarea motorului Wankel

Fazele ciclului n patru timpi la motorul Wankel: a) admisia 1-2-3-4; b)

compresia i aprinderea 5-6-7; c) arderea i destinderea 8-9-10; d) evacuarea

11-12 (Doc. Daimler Chrysler)

a b

c d

Fenomenele gazodinamice i termodinamice censoesc desfurarea ciclului la motorul Wankel

prezint unele particulariti fa de cele de la motorulcu piston convenional dei ciclul de funcionare esteciclul motorului n patru timpi, cu aprindere prinscanteie.

Diagrama indicata a motorului Wankel

1

2

34


11/38




2. MOTORUL WANKEL





a b

c d

Fazele realizrii ciclului motorului Wankel suntprezentate n figura alaturata n care se consider crotorul are o micare n sens orar.


12/38




2. MOTORUL WANKEL


Admisia

Procesul admisiei este este marcat pe diagrama

indicat prin evolutia 1-2


1

2

34


13/38




2. MOTORUL WANKEL


Admisia




a b

c d

Procesul ncepe cu volumul minim ntre flancurilerotorului i peretele carcasei cu segmentul de etanareA la o mic distan dincolo de orificiul de admisie(fig.a).

La miscarea rotorului volumul camerei de lucru se

mrete (evoluia 1-2-3-4).Admisia se ncheie dup ce segmentul urmtor, careetaneaz camera de lucru, a depit orificiul de

admisie (fig.d).


14/38




2. MOTORUL WANKEL


Admisia




a b

c d

Deschiderea complet a orificiilor de admisie Iamotorul Wankel

se realizeazfoarte rapid (pe o

durat de 20 30 RAC) dup care se pstreaz untimp ndelungat aceeai seciune de trecere i n finalse nchid la fel de rapid.

La motorul clasic cu piston n micare alternativseciunea maxim de trecere prin supape se atinge

pentru scurt timp abia dup120 ... 150 RACde lanceperea deschiderii admisie.

Din aceste motive vitezele ncrcturii proaspete dinorificiile de admisie ale motorul Wankel sunt mult maimici dect la trecerea pe sub supape cu motorul cu

piston convenional, umplerea fiind mult mai bun.

+ -


15/38




2. MOTORUL WANKEL


Admisia




a b

c d

Umplerea mai este favorizatn plus de faptul c nconducta de admisie a motorului, Ia sarcini turaiedeterminat, se stabilete un curent continuudeoarece amestecul (sau aerul in cazul injectiedirecte de benzina) este admis printr-un singur orificiu

de admisie.

La motorul convenional cu mai muli cilindri sestabilete un astfel de curent numai pe primul tronsonal conductei de admisie, respectiv de la carburator(corpul clapetei) pn la ramificarea conductei.

+ -


16/38




2. MOTORUL WANKEL


Admisia




a b

c d

Datoritcontinuitii curentuluin conducta deadmisie i a vitezei relativ ridicate acesteia, trecereaamestecului n spaiul de lucru al motorului lanceputul deschiderii orificiului de admisie se facefoarte rapid, favoriznd umplerea.

Pentru intensificarea acestui fenomen se deschideorificiul de admisie mai trziu dect la motorul

convenional.

ntrzierea la nchiderea admisiei este mai mic dect

la motorul convenional, deoarece postumplerea lamotorul Wankel este mult mai dificil, curentul deamestec fiind puternic deviat de de etanare de pe

vrfurile rotorului.

+ -


17/38




2. MOTORUL WANKEL


Comprimarea

Procesul comprimarii este este marcat pe diagramaindicat prin evolutia 2-3


1

2

34


18/38




2. MOTORUL WANKEL


Comprimarea




a b

c d

Dup ce segmentul posterior al camerei de lucrudepete orificiul de admisie, ncrctura proaspteste reinut ntre flancul rotorului, elementele deetanare i peretele carcasei.

In spaiul de lucru urmtor prin orificiul de admisie

care este deschis ptrunde ncrctura proasptpentru umplere.

In continuare, prin micarea rotorului se reduceuniform spaiul de lucru nchis realizndu-seprogresiv procesul comprimrii (evolutia 5-6-7).


19/38




2. MOTORUL WANKEL


Comprimarea




a b

c d

Comprimarea amestecului are loc n condiiile unuicontact al ncrcturii cu pereii carcasei mult mai recidect pereii motorului convenional.

De aceea, temperatura amestecului crete mai puin

n timpul comprimrii, iar raportul de comprimarepoate fi mai mare dect la motorul convenional(pentru acelai combustibil).

+ -


20/38




2. MOTORUL WANKEL


Comprimarea




a b

c d

Pe de alt parte raportul de comprimare poate fi mritdeoarece amestecul comprimat nu mai primetecldura de la organele de evacuare puternic nclziteca la motorul convenional. Valoarea acestuia este deordinul 8 ... 11.

Se ajunge la finalul procesului de comprimare la

temperaturi de ordinul 500 ... 600K .

n timpul comprimrii presiunea crete de la 2 ... 3bar, la 8 ... 14 bar la sarcina totala.

+ -


21/38

21MOTOARE I TRANSMISII NECONVENIONALE

PENTRU AUTOMOBILE



2. MOTORUL WANKEL


Arderea i destinderea

Procesul arderii si destinderii este este marcat pediagrama indicat prin evolutia 3-4


1

2

34


22/38


PENTRU AUTOMOBILE



2. MOTORUL WANKEL






a b

c d

Spre sfritul procesului comprimrii, volumul minimal spaiului de lucru (volumul camerei de ardere) serealizeaz atunci cnd segmentul A a trecut de bujiei poziia medie a flancului rotorului i este adiacent

poriunii de mijloc a peretelui carcasei (fig. 2.4,c).

n acest moment se declaneaz scnteia si are loc ocretere rapid a presiunii determinnd procesuldestinderii cu micarea rotorului, mrirea spaiului delucru i scderea presiunii

Ca rezultat se aplic rotorului i danturii interioare ofor de apsare n sensul de rotaie, care prin lobulexcentric i reaciunea danturii exterioare fixeforeaz arborele excentric s se roteasc cu o viteztripl fa de viteza rotorului.


23/38


PENTRU AUTOMOBILE



2. MOTORUL WANKEL






a b

c d

Dup cum se poate observa camera de ardere amotorului Wankel are o form alungiti nu se poatemodifica dect n limite restrnse deoarece estedelimitat de pereii rotorului i carcasei.

n zona de ardere a amestecului temperaturaamestecului este mai ridicat, ns datorit lungimii

camerei de ardere durata arderii se mrete.

Bujia nu este splat de ncrctura proaspt ntimpul admisiei i comprimrii, deci temperatura saeste mai mare dect la motorul convenional.

+ -


24/38


PENTRU AUTOMOBILE



2. MOTORUL WANKEL






a b

c d

Procesul de ardere poate fi mbuntit, n general,prin montarea a dou bujii: una n zona anterioarcamerei de ardere i a doua n zona posterioara aacesteia.

Poziionarea unei bujii n zona posterioar de

presiune ridicat a camerei de ardere tinde smreasc lucrul mecanic indicat i s contribuie lareducerea consumului de combustibil, n timp ce dacbujia este plasat n zona anterioar a camerei deardere se obine o pornire mai uoari o mai bunfuncionare la mers n gol.

+ -


25/38


PENTRU AUTOMOBILE



2. MOTORUL WANKEL


Evacuarea

Procesul evacuarii este este marcat pe diagramaindicat prin evolutia 4-1


1

2

34


26/38


PENTRU AUTOMOBILE



2. MOTORUL WANKEL


Evacuarea




a b

c d

n continuarea rotirii rotorului segmentul deschideorificiul de evacuare, permind golirea spaiului delucru 10 (fig.b) de gazele de ardere sub influenapropriei energii cinetice i a modificrii volumuluispaiului de lucru, evolutia 11-12 (fig. c,d).

Presiunea scade de la 3 4 bar pn la presiunea

atmosferic. Se asigur evacuarea complet aspaiului de lucru de gazele de ardere.

Procesul de evacuare se caracterizeaz prin vitezamare de curgere a gazelor n conducta de evacuarede Ia nceputul pn la sfritul acestui proces.

+ -


27/38


PENTRU AUTOMOBILE



2. MOTORUL WANKEL


Evacuarea




a b

c d

Din aceast cauz la sfritul evacurii dintr-o spatiude lucru, cnd debitul de gaze evacuate scade, naval de orificiu de evacuare se creeazo depresiunede scurt durat care favorizeaz eliminarea gazelorarse de la spatiul de lucru ce vine succesiv n

comunicaie cu orificiul de evacuare.

De un astfel de fenomen nu beneficiaz motorulconvenional.

+ -


28/38


PENTRU AUTOMOBILE



2. MOTORUL WANKEL


Evacuarea




a b

c d

Descriind principiul de funcionare, se constat cmotorul realizeaz trei cicluri de funcionare n patrutimpi la o rotaie a rotorului i trei rotaii ale arborelui

motor.


29/38


PENTRU AUTOMOBILE



2. MOTORUL WANKEL


Evacuarea




a b

c d

Temperaturile pereilor cilindrului la motorulconvenional sunt mult diferite de temperaturilepereilor interiori ai carterului motorului Wankel, ceea

ce se explic prin condiiile diferite de funcionare.

La motorul Wankel pereii interiori indiferent depuncte sunt splai cu gaze ale cror temperaturi suntspecifice proceselor ce se desfoar n spaiile delucru respective.

Spre exemplu la spaiul n care se produce admisiai nceputul compresiei pereii interiori ai carcasei aucele mai sczute temperaturi (sub 100 C), valoriconfirmate de datele experimentale.

Diferenele de temperaturi influeneaz asupra striitermodinamice a gazelor i prin urmare asupracaracterului desfurrii proceselor de lucru naceste motoare.


30/38

30

MOTOARE I TRANSMISII NECONVENIONALE

PENTRU AUTOMOBILE



2. MOTORUL WANKEL


Generarea momentului motorOricare ar fi tipul motorului termic, momentul motor este creat de exercitareapresiunii gazelor arse rezultate prin arderea amestecului aer -combustibil asupraunei suprafete a echipamentului mobil.

La motorul termic cu piston in miscare alternativa aceasta presiune se exercita

asupra partii superioare a pistonului.

Forta dezvoltata (B)este transmisa prin intermediul bielei arborelui cotit; ea aredoua componente: una (V) ce se exercita in directia palierului si o a II-aperpendiculara pe raza manetonului (r).

Aceasta din urma creaza momentul motor.

La motorul termic cu piston rotativ aceasta presiune se exercita asupra uneia dinfetele rotorului.

Forta rezultata (B) se pate descompune si ea in doua componente: una (V) cese exercita in directia palierului si o a II-a perpendiculara pe raza excentricului (r).

Aceasta din urma creaza momentul motor.

Rotativ

Alternativ


31/38

31


PENTRU AUTOMOBILE



2. MOTORUL WANKEL


Comparatia functionarii motor alternativ- motor rotativ

Eliminarea elementelor cu gabarit sporit:biela si arborele cotit la motorul rotativ

induce si alte particularitati in ciclul defunctionare.

Astfel, daca la motorul alternativ necesita 2rotatii arbore cotit pentru a realiza un ciclude functionare in 4 timpi complet, motorulrotativ are nevoie de o rotatie in plus a

arborelui de iesire.

De fapt arborele de iesire la motorul rotativefectueaza trei rotatii pentru o rotatiecompleta a rotorului


32/38

32


PENTRU AUTOMOBILE



2. MOTORUL WANKEL



Pistonul sau are, de fapt, trei suprafete delucru, spre deosebire de motorul alternativcare nu are decat una.

Ca urmare la o rotatie a rotorului au loc treicicluri complete.

Coroborand aceste doua aspecteconstatam ca motorul rotativ realizeaza 6

cicluri la 6 rotatii ale arborelui de iesire pecand motorul alternativ numai trei pentruacelasi numar de rotatii.

Altfel spus, motorul rotativ efectueaza unciclu pe rotatie pe cand motorul alternativ ojumatate de ciclu pe rotatie.


33/38

33


PENTRU AUTOMOBILE



2. MOTORUL WANKEL



Putem astfel concluziona ca un motor

rotativ birotor este echivalent unui motoralternativ cu 4 cilindri, un trirotor cu un 6cilindri.

Mazda precizeaza si un alt avantaj tehnic:nivelul redus al variatiilor de moment motor

ca urmare a efectuarii a trei cicluri pe rotatiedetermina restrictii mecanice mai redusepentru piesele motorului si transmisiei.


34/38

36


PENTRU AUTOMOBILE



2. MOTORUL WANKEL

2.4. Constructia componentelormotorului Wankel

Geometria suprafeei interioare a carteruluimotorului Wankel

Suprafaa interioar a carcasei motorului Wankel serealizeaz dup o curb numitepitrohoid (o form

particular a cicloidelor).

Aceast curb reprezint traiectoria descris de unpunct (P) situat pe un cerc de raza R/4 (cu centrul inO) cand un cerc concentric cu el si de raza R/2ruleaza fr alunecare pe un alt cerc stationar cu

raza R, numit cerc de baza.

Dupa o rostogolire completa curba generat va fi oepitrohoid cu doi lobi. Acest profil este ales pentrusuprafata interioara a statorului in care se va afla inmiscare de roto-translatie un rotor cu trei laturicubilinii.


35/38

54


PENTRU AUTOMOBILE



2. MOTORUL WANKEL


Motorul Wankel NSU M35 Motorul Wankel Comotor 624


36/38

55


PENTRU AUTOMOBILE



2. MOTORUL WANKEL


Grupul motopropulsor Citroen GS birotor cu motor Wankel Comotor 624 (doc. Citroen)(doc. Citroen)


37/38

56


PENTRU AUTOMOBILE



2. MOTORUL WANKEL


Motorul rotativ cu patru rotoare Mercedes M950


38/38

57


PENTRU AUTOMOBILE



2. MOTORUL WANKEL


Motorul Wankel RENESIS RX-8produs de Mazda (Doc. Mazda)

1 Motorul Wankel

Documents

Transcript of 1 Motorul Wankel