Wankel Dieselový motor - Wankel Diesel engine

Wankel Dieselový motor popisuje myšlenku použití Dieselový cyklus v Wankelův rotační motor. V 60. a 70. letech se několik inženýrů a výrobců pokusilo postavit takový motor. Kvůli technickým problémům a obecným nevýhodám konstrukce Wankel dieselový motor Wankel nikdy neopustil fázi prototypu, a proto je navrhování dieselového motoru Wankel schopného provozu vlastní silou považováno za nerealizovatelné.

Designový koncept

Vlastnosti vznětového motoru
  • Kompresní zapalování
  • Tvorba směsi uvnitř spalovací komory
  • Řízení otáček motoru pouze podle kvality směsi
  • Heterogenní směs vzduchu a paliva
  • Vysoký poměr vzduchu
  • Difúzní plamen
  • Palivo s vysokým výkonem zapalování
Zdroj:[1]
Prototyp Rolls-Royce 2-R6 ve tvaru osmimístného čísla.
Prototyp Rolls-Royce R1C.

Vznětový motor Wankel sdílí svou základní konstrukci, trojúhelníkový rotor v oválném pouzdře ve tvaru epitrochoidu, s běžným motorem Wankel. Klíčovým rozdílem je, že sdílí všechny své provozní vlastnosti s dieselovým motorem. Kromě toho je nutné přeplňování: Běžný vznětový motor dosahuje vznětového kompresního procesu s vysokým kompresním poměrem, což u Wankelova motoru není možné díky tvaru Wankelovy spalovací komory; přeplňování „uměle“ zvyšuje kompresní poměr, aby se zajistilo, že dojde ke vznětovému kompresi.[2] Existuje několik různých přístupů k návrhu kompresoru pro dieselový motor Wankel. Wankel navrhl externí kompresor,[3] vzhledem k tomu, že Rolls-Royce přidal sekundární přeplňovací rotor větší velikosti, čímž se motor stal dvoustupňovým rotačním, což dodávalo skříni vzhled podobný osmi.[4]

Důvody pro konstrukci dieselového motoru Wankel

Oproti vznětovému motoru má běžný zážehový motor nižší tepelnou účinnost. V šedesátých letech však stále převládaly výhody benzínových motorů s nižší hmotností, menšími vibracemi a nižšími emisemi hluku, které jsou důležité pro osobní automobily. Nízká hmotnost a hladký chod motoru jsou také charakteristikou motoru Wankel - kombinace konstrukce Wankel s charakteristikami nafty by vedla k efektivnímu motoru s nízkou hmotností a malými vibracemi. Výroba Wankelova motoru, který může spalovat palivo vznětového motoru, ale který nepoužívá princip nafty, může být užitečné, pokud je palivo vznětového motoru levnější než benzín.[5] Ve studii z roku 1974 provedené pro EPA, byl proveden pokus zjistit, zda má Wankel Diesel Diesel lepší chování výfukových plynů než běžné Otto cyklus zážehový motor.[6]

Příčiny neproveditelnosti

Hlavní příčinou neproveditelnosti dieselového motoru Wankel je tvar spalovací komory umístěné v rotačním pístu: je podlouhlá a konvexní, což neumožňuje dostatečně vysoký kompresní poměr (bez příliš velké tepelné ztráty),[7] dokonce v kombinaci s kompresorem (poháněným výhradně klikovým hřídelem nebo výfukovými plyny). To znamená, že motor je funkční, pouze pokud je napájen externě stlačeným vzduchem, protože vyžaduje více práce fungovat, než dokáže vyprodukovat. Také návrh správné spalovací komory, která je správně nakloněna směrem k vstřikovací trysce, aby umožňovala správnou tvorbu směsi, se ukázala jako docela obtížná;[8] studie EPA dokazuje, že výfukové plyny vznětového motoru Wankel obsahují neúměrně vysoké hodnoty kysličník uhelnatý (CO) a uhlovodíky (HC), což naznačuje nedokonalé spalování.[6]

Vývoj prototypů

Diesel-Ring

The Diesel-Ring byl společný podnik německých výrobců dieselových motorů Daimler-Benz, MUŽ, Krupp a KHD. Vývoj byl zastaven v roce 1969, protože tvar spalovací komory motoru Wankel byl považován za nezpůsobilý pro dieselový princip.[8][7]

Rolls Royce

Rolls-Royce začal vyvíjet lehký vojenský Wankel Diesel motor pro MO v roce 1964.[4] Fritz Feller byl vedoucím inženýrem projektu.[9] Brzy vyšlo najevo, že běžný Wankelův motor by nebyl vhodný pro vysoký kompresní poměr potřebný pro vznětové zapalování, což vedlo k myšlence použití jiného rotačního pístu jako kompresoru. První testy byly prováděny s upraveným motorem NSU Wankel, který byl napájen předehřátým stlačeným vzduchem, aby se dosáhlo vznětového zapalování. Tento testovací motor posunul 0,25 litru a běžel 94 hodin, než se zlomil; spotřeba paliva se pohybovala od 0,84 lb / hp · h do 1,4 lb / hp · h (511 g / kW · h do 852 g / kW · h).[10] Těsnící materiál se ukázal jako nedostatečný, což vedlo k velkým ztrátám těsnění; musely být vyrobeny nové materiály. Kromě toho se ukázalo, že návrh dobré spalovací komory, umožňující dobrou směs vzduchu a paliva, je značně rozdílný, a proto vyžadoval mnoho vývojových prací.[11] Aby se zabránilo problému s komplikovanou spalovací komorou v rotoru, a předspalovací komora byla považována za možnost, ale později byla opuštěna, protože výroba krytu se správnou předspalovací komorou se zdála neproveditelná.[12]

Byl povolán první prototyp vyrobený z motoru Wankel NSU KKM 502 R1 a představoval dvoustupňový design se dvěma rotory a pouzdrem ve tvaru 8. Měl objem kompresní komory 1 126 litrů a vypůjčil si výtlak spalovací komory 0,5 litru z KKM 502.[13] Celkem osm různých vývoj R1 byly vyrobeny, pojmenované v abecedním pořadí, (R1A, R1B, R1C, ...).[14] Pátá evoluce, která se nazývá R1E, měla zvýšenou kompresní komoru o objemu 1 265 litrů, ale zachovala si spalovací komoru o objemu 0,5 litru. Jeho výkon byl asi 40 kW;[15] spotřeba paliva byla přibližně 220 g / kW · h.[16] Prototyp R2 měl konstrukci se 3 rotory; R3 byla první verzí pohonné jednotky s větším zdvihovým objemem, schopnou vyvinout více energie.[17] První prototypy s plánovanou velikostí motoru se nazývaly R4 a R5. U R5 byl první stupeň rotoru používán pouze ke stlačení nasávaného vzduchu, výfukové plyny nebyly použity k jeho napájení. Místo toho byly výfukové plyny odeslány přes externí turbínu výfukových plynů.[18]

Počátkem roku 1970[19] prototyp 2-R6 byl dokončen.[20] Jedná se také o dvoustupňový rotační motor s menším spalovacím rotorem nahoře nad větším kompresním rotorem. Rotory jsou spojeny s převodovým poměrem 1: 1 a otáčejí se ve stejném směru. Na rozdíl od prototypu R5 využívá 2-R6 energii výfukových plynů se svým kompresním rotorem namísto externí turbíny výfukových plynů. Kroutící moment není odebírán ze spalovacího rotoru, ale z kompresního rotoru. Motor má zdvihový objem 396 palců3 (6,5 litru) a měl mít výkon 350 hp (261 kW),[16] ale s hmotností pouze 929 lb (421 kg). V té době by to bylo 50% hmotnosti srovnatelného pístového vznětového motoru se stejným výkonem.[4] Další plány zahrnovaly výkonnější verzi motoru s výkonem 700 k (522 kW) a navíc k běžné variantě 350 k.[16][20] Nicméně, i přes použití speciálních slitin, hmotnost motoru byla 1150 lb (522 kg)[21] a výkon 180 koní (134 kW) sotva překročil 50% předpokládaných 350 koní. Všechny jízdy na zkušebním zařízení vyžadovaly použití externě vyráběného stlačeného vzduchu, motor nikdy neběžel na vlastní pohon.[18] Říká se, že kvůli finančním problémům byl projekt dieselového motoru Wankel zrušen v roce 1974. Předpokládalo se, že Jomkippurská válka přiměl britskou armádu, aby ztratila zájem o kompaktní pohonnou jednotku tanku, což mělo za následek vládní dotace, aby se snížily[20] Je však mnohem pravděpodobnější, že návrh funkčního dieselového motoru Wankel prostě není možný.[22]

Felix Wankel

Wankel navrhl dieselový motor Wankel se dvěma čtyřlístkovými kryty a mezi nimi kompresor. Na rozdíl od běžného Wankelova motoru nejsou rotační písty tvarované jako Reuleauxův trojúhelník, ale jako mohutný kvadrát. Rotor kompresoru má tvar elipsy. Navzdory neobvyklému designu byl tento motor funkční za zkušebních podmínek na zkušebním zařízení. Byl vyroben druhý prototyp s jediným rotorem pro účely testování. Měl zdvihový objem 0,7 litru a prošel 20hodinovým zkušebním provozem, kde produkoval maximální točivý moment 60 N · m.[3]

Bibliografie

  • Fritz Feller: Dvoustupňový rotační motor - nový koncept vznětového motoru, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 1970–71, roč. 185 13/71, s. 139–158

Reference

  1. ^ Stefan Pischinger, Ulrich Seiffert (2016). Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik. 8. vydání, Springer, Wiesbaden. p. 348. ISBN  978-3-658-09528-4.
  2. ^ Wolf-Dieter Bensinger: Rotationskolben-Verbrennungsmotoren, Springer, Berlín / Heidelberg / New York 1973, ISBN  978-3-642-52174-4. p. 86
  3. ^ A b Jan P. Norbye: Pohled dolů po silnici, Popular Science, březen 1973, s. 62
  4. ^ A b C David Scott: NYNÍ! Diesel Wankel od Rolls-Royce, Popular Science, únor 1971, s. 80
  5. ^ John B. Hege: Wankel Rotary Engine: Historie, McFarland, 2017, ISBN  978-0-7864-8658-8, str. 100
  6. ^ A b M. L. Monaghan, C. C. J. French, R. G. Freese: STUDIE DIESELU JAKO SVĚTELNÁ ELEKTRÁRNA, EPA-460 / 3-74-011, červenec 1974, část 1–15
  7. ^ A b Wolf-Dieter Bensinger: Rotationskolben-Verbrennungsmotoren, Springer, Berlín / Heidelberg / New York 1973, ISBN  978-3-642-52174-4. p. 145
  8. ^ A b Ulrich Christoph Knapp, Gunter Bayerl: Wankel auf dem Prüfstand, Waxmann, ISBN  978-3-8309-6637-1, str. 120
  9. ^ John B. Hege: Wankel Rotary Engine: Historie, McFarland, 2017, ISBN  978-0-7864-8658-8, str. 101
  10. ^ Fritz Feller: Dvoustupňový rotační motor - nový koncept v naftové energii, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 1970–71, sv. 185 13/71, s. 143
  11. ^ John B. Hege: Wankel Rotary Engine: Historie, McFarland, 2017, ISBN  978-0-7864-8658-8, str. 102
  12. ^ Road Test, Band 9, Quinn Publications, 1973, str. 10
  13. ^ Fritz Feller: Dvoustupňový rotační motor - nový koncept v naftové energii, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 1970–71, sv. 185 13/71, s. 150
  14. ^ Fritz Feller: Dvoustupňový rotační motor - nový koncept v naftové energii, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 1970–71, sv. 185 13/71, s. 151
  15. ^ Wolf-Dieter Bensinger: Rotationskolben-Verbrennungsmotoren, Springer, Berlín / Heidelberg / New York 1973, ISBN  978-3-642-52174-4. p. 147
  16. ^ A b C Wolf-Dieter Bensinger: Rotationskolben-Verbrennungsmotoren, Springer, Berlín / Heidelberg / New York 1973, ISBN  978-3-642-52174-4. p. 148
  17. ^ Fritz Feller: Dvoustupňový rotační motor - nový koncept v naftové energii, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 1970–71, sv. 185 13/71, s. 153
  18. ^ A b Road Test, Band 9, Quinn Publications, 1973, str. 11
  19. ^ Fritz Feller: Dvoustupňový rotační motor - nový koncept v naftové energii, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 1970–71, sv. 185 13/71, s. 156
  20. ^ A b C John B. Hege: Wankel Rotary Engine: Historie, McFarland, 2017, ISBN  978-0-7864-8658-8103, s. 103
  21. ^ Road Test, Band 9, Quinn Publications, 1973, str. 92
  22. ^ Ulrich Christoph Knapp, Gunter Bayerl: Wankel auf dem Prüfstand, Waxmann, ISBN  978-3-8309-6637-1121, s. 121