Wankelmotoren
Wankelmotoren INGENIØRFAGLIG INNFØRING Gulland, Jørgen Emil | | 19. juni 2015 Innholdsfortegnelse Innhold Innholdsfortegnelse ........................................................................................................................................ 1 Innledning ........................................................................................................................................................2 Historie ............................................................................................................................................................. 3 Virkemåte ........................................................................................................................................................ 4 Fordeler og Ulemper ...................................................................................................................................... 6 Wankelmotoren i dag .................................................................................................................................... 8 Kilder .............................................................................................................................................................. 10 SIDE 1 Innledning En wankelmotor som også kan kalles for en rotasjonsmotor, er en bensindrevet motor konstruert av den tyske ingeniøren Felix Wankel. Det som er unikt med denne motoren er at den ikke er drevet av et stempel og sylindre slik som vanlige to og firetaktsmotorer, i stedet har den en trekantet rotor som går rundt i et ovalformet hus formet også kalt en «epitrocoide». Inne i det ovalformede huset danner denne rotoren tre kamre, hvor volumet på de tre varierer mens rotoren går rundt. Rotoren går rundt et fast tannhjul som sitter i veivhuset ved hjelp av en eksentrisk aksel som kan sammenlignes med veivakselen på vanlige motorer. SIDE 2 Historie Allerede i en alder av 17 år fant den unge ingeniøren Felix Wankel ut at han hadde lyst til å lage en ny type bensinmotor. Dette var i en periode hvor den vanlige stempelmotoren regjerte under panseret på de aller fleste bilene. I sitt eget lille laboratorium satte Wankel seg ned og begynte å tegne geometrien til denne motoren. Det tok ikke lang tid før bilselskapene fikk høre om Wankel sitt lille prosjekt. Det ble stor oppslutning rundt dette og Wankel selv skrev en avtale med bilselskapet NSU rundt 1950. Allerede i 1957, ble prototypen av wankelmotoren gitt ut. Med ett prinsipp om færre bevegelige deler, lettere og en mer kompakt motor ble oppslutningen stor. Med færre bevegelige deler skapte motoren mindre vedlikehold og med mindre vedlikehold førte til billigere opplevelser for eierne. Syv år senere, i 1964 ble verdens første bil produsert med en wankelmotor. NSU Wankel Spider kom på markedet med en 0.5 l wankelmotor med 50 Hk. Med wankelmotorens store potensiale, ble dette et «hot» objekt for andre bilselskaper. Alfa Romeo, American Motors, Citroen, Ford, General Motors, Mazda, Mercedes-Benz, Nissan, Porsche, Rolls-Royce, Suzuki, og Toyota var blant annet noen av bilmerkene som ønsket og videreutvikle denne motoren. Det var tilslutt Mazda som kjøpte lisensen på motoren og fortsatte med utviklingen av motoren. Fram til i dag har Mazda produsert en rekke biler med wankelmotor blant annet R100, RX-2, RX-3. RX-4. RX-5, RX-7 og til slutt RX-8 som er det nyeste medlemmet av wankelmotor familien. Det ryktes at Wankelmotoren har sett lyset for siste gang, men man skal ikke si det for sikkert at Mazda har gitt opp håpet. SIDE 3 Virkemåte Rotoren i en Wankelmotor er et trekantet prisme med buede kanter. Dette triangelet roterer inne i et hulrom som er formet som en strukket/ovalformet sirkel. Inne i rotoren ligger en støtteaksling med tenner. Denne holdes i ro når triangelet roterer. Virkemåten er ganske enkelt og inneholder de samme momentene som i en stempel-motor. Først suges bensingassen inn i kammeret øverst, deretter lukkes inngangen for drivstoff idet trekanten roterer og komprimerer gassen. Når gassen er komprimert pressen den mot tennpluggene og vi får en tenning/eksplosjon som presser rotoren videre ned, før gassen utvider seg og går ut som eksos. Eksosrøret ligger under inngangen til drivstoffet. Disse to skilles ved kantene på trekanten. På like linje som at alle de tre kamrene skille ved kantene på trekanten. Denne prosessen gjentar seg. Se figur. SIDE 4 Legg merke til at de tre kamrene er tydelig skilt fra hverandre. Og at når tannhjulet i midten rekker å gå en runde rundt sin egen akse har trekanten flyttet seg en tredjedel. Flere slike roterende triangler er så koblet etter hverandre med en felles aksling, som i sin tur er koblet til motorens drivsystem Det som er mye av essensen i denne motoren er at disse 4 fasene skjer samtidig med hverandre. Når det ene kammeret tar inn bensingass, komprimeres gassen som ble tatt inn i kammer to, og gassen som allerede har eksplodert og utvidet seg, slippes ut i kammer tre, samtidig. Dette er hoved grunnen til at motoren klarer og operere med høyere turtall en mange andre motorer. Se gjerne animasjonen til dette her: https://www.youtube.com/watch?v=K6oQqN0fpk8 Geomentrien bak wankelmotoren er enkel. Felix Wankel satte opp to sirkler over hverandre. Den øverste og minste har halvparten av radien til den nederste og store sirklen. Dersom du ruller den lille sirkelen rundt aksen til den store, med en akse ut fra midten til toppen av sirkelen, vil du se at ved å tegne en linje rundt den store SIDE 5 sirkelen får vi den ovalformede fasongen rundt trekanten i motoren. Se video av forklaringen her: https://www.youtube.com/watch?v=lyItjvs8nvI Etter 1.50 vises geometri forklaringen. Fordeler og Ulemper Fordeler: Langt høyere effekt i forhold til vekt enn en stempelmotor Motoren veier omtrent en tredjedel av vekten til en stempelmotor, av tilsvarende utgangseffekt Motoren har omtrent en tredjedel av størrelsen på en stempelmotor av tilsvarende utgangseffekt Kan nå høyere omdreininger per minutt enn en stempelmotor Fungerer med nesten ingen vibrasjoner Billigere å masseprodusere som motor siden den inneholder færre deler Kraftmomentet tilsvarer omtrent to tredjedeler av forbrenningssyklus, en stempelmotor tilsvarer en fjerdedel Bredere turtallsområdet gir større tilpasningsevne Den kan bruke drivstoff for bredere oktantall Motoren lider ikke av "skala-effekt" til å begrense sin størrelse På noen Wankelmotorer forblir oljen uberørt av forbrenningsprosessen dette gjør at motoren ikke krever oljeskift. Oljen er da fullstendig forseglet fra forbrenningsprosessen. I stempelmotorer blir oljen forurenset av forbrenningen gjennom stempelringene. Ulemper: Lav Kompresjon Lavere dreiemoment og dette fører til lavere virkningsgrad. Virkningsgraden er lavere enn en vanlig bensinmotor, som ligger på 25 til 30 % Høyere CO2-utslipp Motoren bruker også mer drivstoff enn en stempelmotor av samme effekt SIDE 6 Rotor tetting. Dette er fortsatt et problem som gjør at motorhuset har veldig forskjellige temperaturer i hvert av de tre kamrene. De ulike ekspansjonskoeffisienter for materialene gir en langt fra perfekt tetning. I tillegg er begge sider av selene blitt eksponert for drivstoff, og designet tillater ikke et dedikert smøresystem, som i to-takts motorer Til sammenligning har en stempelmotor alle funksjonene i en syklus i samme kammer, den blir da utsatt for en stabil temperatur. I en wankelmotor foregår de ulike prosessene i det samme kammeret hver gang. Dette fører til at temperaturforskjellene ikke er like stabile som i en stempelmotor. Den maksimale motortemperaturen fra 231 ° C til 129 ° C, og den maksimale forskjell fra en varmere til et kaldere område av motoren, fra 159 ° C til 18 ° C. Apex pakningene er blir utsatt for mye friksjon fra kantene på trekanten til huset rundt. Dette fører til at trekanten ikke klarer å tette og skille de tre kamrene like godt som ønsket. Samtidig fører dette til at deler må byttes ut oftere. SIDE 7 Wankelmotoren i dag Det er hovedsakelig Mazda som produserer biler med wankelmotor, motoren dør mer og mer ut men Mazda har ikke lagt den vekk for alltid ennå. Mazda er den produsenten som har produsert flest biler med wankelmotor, kanskje den mest kjente av den er Mazda RX-8. her har Mazda puttet inn wankelmotoren i en av sine mest kjente sportsbiler. Denne har blitt testet på blant annet tv-serien Top-Gir og fått mye gode omtaler. Med et så godt potensialet som wankelmotoren har var den veldig populær på 1960tallet, men da det viste seg at det var en god del som måtte utbedres mistet bilselskapene litt troen på prosjektet. Allikevel har det blitt produsert en rekke Mazda biler, også noen NSU biler, som riktig nok var først ute med denne motoren i en bil. Det har også blitt laget motorsykler med wankelmotoren blant annet Suzuki prøvde seg, men etter hva jeg har forstått ble heller ikke det noen stor suksess. Etter som tiden går blir det stadige nye oppfinnelser på bil-fronten. Utfordringer som følger for wankelmotoren blir da desto større. Hvis bensinmotoren hadde blitt oppfunnet i dag ville det nok ikke være mange som hadde vært interessert i dette. Motoren har en virkningsgrad mellom 25-30%, samt er en stor trussel mot miljøet. Etter som at el-bilene tar mer og mer over, gjør dette det enda vanskeligere for en bensinmotor som Wankel og slå igjennom. Wankelmotoren har lavere virkningsgrad enn en vanlig bensinmotor. Til tross for dette har Mazda prøvd seg på et miljøvennlig variant av Wankelmotoren. Mazda RX-8 Hydrogen. Bilen har en bryter som gjør at den kan variere mellom å bruke Bensin eller Hydrogen. Problemet med Hydrogen er at det ikke er så utbredt med påfyllings stasjoner rundt om i verden som man skulle ønske. Se bildet: SIDE 8 Så alt i alt sliter Wankelmotoren med å gjøre sitt store gjennombrudd. Mange sier at Wankelmotoren sin tid er over, men vi får se hva Mazda gjør i fremtiden med en motor som hadde stort potensial som man aldri helt fikk utnyttet seg av. SIDE 9 Kilder Litteratur: https://en.wikipedia.org/wiki/Wankel_engine https://no.wikipedia.org/wiki/Wankelmotor https://snl.no/wankelmotor Bilder: https://www.google.no/search?q=wankelmotor&biw=1184&bih=687&source=lnms&tbm=isch&sa=X& ei=AmqFVYvoDKm3ygOwt6Yw&ved=0CAYQ_AUoAQ#imgrc=SiFl74wCZi_E4M%253A%3BX9IQtn0 5IUMSHM%3Bhttps%253A%252F%252Fupload.wikimedia.org%252Fwikipedia%252Fcommons%252F thumb%252Fb%252Fba%252FWankel-1.jpg%252F220px-Wankel1.jpg%3Bhttps%253A%252F%252Fen.wikipedia.org%252F%253Ftitle%253DWankel_engine%3B220%3 B281 https://www.google.no/search?q=wankelmotor&biw=1184&bih=687&source=lnms&tbm=isch&sa=X& ei=AmqFVYvoDKm3ygOwt6Yw&ved=0CAYQ_AUoAQ#imgrc=Qm0qaKf0f_CxAM%253A%3BnBCW h0CTyj6BOM%3Bhttp%253A%252F%252Fupload.wikimedia.org%252Fwikibooks%252Fde%252Fthu mb%252F1%252F19%252FWankelmotor.jpg%252F400pxWankelmotor.jpg%3Bhttps%253A%252F%252Fprezi.com%252Fmzffguw_1vyd%252Fderwankelmotor%252F%3B400%3B328 https://www.google.no/search?q=wankelmotor&biw=1184&bih=687&source=lnms&tbm=isch&sa=X& ei=AmqFVYvoDKm3ygOwt6Yw&ved=0CAYQ_AUoAQ#tbm=isch&q=wankel+engine&imgrc=GN6Mt xM_pt0giM%253A%3BzSmRXmpxo-6U6M%3Bhttp%253A%252F%252Fpop.hcdn.co%252Fassets%252Fcm%252F15%252F05%252F54cad0a6e72ca_-_mazda-rotary-02-0911de.jpg%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.popularmechanics.com%252Fcars%252Fa7103%252Fhow-itworks-the-mazda-rotary-engine-with-video%252F%3B640%3B250 https://www.google.no/search?q=wankelmotor&biw=1184&bih=687&source=lnms&tbm=isch&sa=X& ei=AmqFVYvoDKm3ygOwt6Yw&ved=0CAYQ_AUoAQ#imgrc=h9JvYRrEK1LYJM%253A%3B0b4KPR9 N2wceyM%3Bhttp%253A%252F%252Fi.ytimg.com%252Fvi%252FK6oQqN0fpk8%252Fhqdefault.jpg %3Bhttp%253A%252F%252Fwww.youtube.com%252Fwatch%253Fv%253DK6oQqN0fpk8%3B480%3 B360 https://www.google.no/search?q=wankelmotor&biw=1184&bih=687&source=lnms&tbm=isch&sa=X& ei=AmqFVYvoDKm3ygOwt6Yw&ved=0CAYQ_AUoAQ#tbm=isch&q=wankelmotor+rx8+hydrogen&imgrc=dhZ2nTr6KQUSdM%253A%3BO9b9i6LDheTgeM%3Bhttp%253A%252F%252Fre ferentiel.nouvelobs.com%252Ffile%252F1333368-mazda-rx-8-hydrogen-rotary-engine-concept- SIDE 10 wankel-carbure-a-lhydrogene.jpg%3Bhttp%253A%252F%252Fautomobile.challenges.fr%252Fdossiers%252F20040401.L QA0238%252Fmazda-rx-8-hydrogen-rotary-engine-concept-wankel-carbure-a-lhydrogene.html%3B485%3B272 Video: https://www.youtube.com/watch?v=K6oQqN0fpk8 https://www.youtube.com/watch?v=lyItjvs8nvI SIDE 11
© Copyright 2024