Wankelenjin

Die Wankelenjin is 'n tipe binnebrandenjin wat deur Duitse ingenieur Felix Wankel uitgevind is, en gebruik 'n roterende suier in plaas van resiprokerende suiers. Die ontwerp beloof gladde hoë-omwenteling-per-minuut krag van 'n kompakte, liggewig enjin. Wankelenjins word egter gekritiseer vir swak brandstofverbruik en oormatige uitlaatgasse.

Die enjin is in die 1960's deur NSU Motorenwerke AG (NSU), wat later deel van Audi geword het, en Mazda bekend gestel. Alhoewel baie vervaardigers die ontwerp gelisensieer het, en Mercedes-Benz dit in hulle C-111 konsepmotor gebruik het, het slegs Mazda groot getalle Wankelenjins vervaardig. Sedert 2005 is die enjin slegs beskikbaar in die Mazda RX-8.

Werking

In die Wankelenjin, word die vier slae van 'n tipiese Otto-siklus-enjin agtereenvolgend rondom 'n ovaal gerangskik in teenstelling met die resiprokerende beweging van 'n suierenjin. In die basiese enkelrotor-Wankelenjin word 'n driesydige rotor (Reuleaux-driehoek) deur 'n enkele ovaal (tegniese term epitrogoïed) vormige omhulsel omring. Die rotor draai en beweeg met 'n wankelende beweging in die omhulsel. Die kante van die rotor seël teen die voor- en agterkant van die omhulsel en die drie hoeke seël teen die binne omtrek van die omhulsel en verdeel dit dan sodoende in drie verbrandingskamers.

Wanneer die rotor draai veroorsaak sy beweging en vorm asook die vorm van die omhulsel, dat die elke kant van die rotor op sy beurt nader en verder van die omhulsel se wand beweeg. Dit veroorsaak saampersing en uitsetting van die verbrandingskamers soortgelyk aan die slae van 'n resiprokerende enjin. Die tipiese vierslagsiklus enjin lewer egter net een verbranding- of kragslag vir elke twee omwentelinge, d.w.s. een halwe kragslag per omwenteling per silinder. Elke verbrandingskamer in 'n Wankelenjin lewer een kragslag per omwenteling, d.w.s. drie kragslae per rotoromwenteling. Aangesien die Wankel se leweringsas gerat is om teen drie keer die rotorsnelheid te draai, word dit een verbrandingslag per as omwenteling, wat dubbel die aantal is van die vierslag suierenjin en dieselfde as 'n tweeslagsiklus enjin. Die kraglewering van 'n Wankelenjin is dan ook oor die algemeen hoër as die van 'n vierslagenjin vir dieselfde enjinverplasing met dieselfde mate van verstelling en meer as 'n enjin met dieselfde fisiese grootte. In internasionale motorwedrenne beskou die FIA 'n Wankelenjin as ekwivalent aan 'n vierslag enjin met dubbel die verplasing; terwyl ander sportliggame besluit het op 'n veelvoud van 1.8.

Voordele

Wankelenjins het verskeie groot voordele bo resiprokerende-suier-ontwerpe bo en behalwe die hoër lewering vir dieselfde verplasing en fisiese grootte. Hulle is aansienlik eenvoudiger en bevat heelwat minder bewegende dele. Aangesien die asemhaling van die verbrandingskamer teweeg gebring word deur eenvoudig 'n snit in die omhulsel se wand te maak is daar geen kleppe nie. Verder is die rotor direk aan die as gerat en is suierstange, 'n krukas en balanserende gewigte nie nodig nie. Deur met hierdie onderdele weg te doen word die enjin baie ligter gemaak. Die Wankel weeg tipies die helfte van 'n enjin met gelyke kraglewering. Die wegdoen van die resiprokerende massa van die suiers en die gevolglike spanning op die onderdele as gevolg van die herhalende versnelling en vertraging met die meegaande hoër vibrasies veroorsaak nie net 'n gladder kragvloei nie, maar maak ook dat dit moontlik vir die enjin om teen hoër omwentelinge per minuut te draai en lewer daardeur meer krag.

Verder is die vervaardigingskoste laer vanweë die eenvoud en kleiner grootte.

'n Ander voordeel is dat die vorm van die Wankel se verbrandingskamers en die turbulensie wat veroorsaak word deur die bewegende rotor die vorming van gelokaliseerde warm punte verhoed. Dit bring mee dat die enjin, brandstof met 'n lae oktaangetal kan gebruik sonder dat vroeë ontsteking of enjinklop plaasvind.

Nadele

Die ontwerp van die Wankelenjin met sy vele glyende seëls en omhulsel, wat tipies bestaan uit 'n toebroodjie van gietyster- en aluminiumdele wat teen verskillende grade uitsit en krimp wanneer hulle aan verkoelings- en verhittingsiklusse blootgestel word, het dikwels gely tot verlies aan seëlvermoë. Die seël tussen die rotor en wand asook tussen die verskillende dele van die omhulsel, het gereeld gefaal. Verdere ingenieurswerk deur Mazda het die probleme onder beheer gebring maar ongelukkig is hulle toe gekonfronteer met die verhoogde kommer oor koolwaterstofemissies asook die stygende kostes van petrol, wat die twee grootste hindernisse was waar die Wankelenjin swak presteer het.

Net soos die vorm van die Wankelenjin se verbrandingskamer vroeë ontsteking verhoed, het dit ook onvolledige verbranding van die lug-brandstofmengsel in die hand gewerk, met die koolwaterstowwe wat dan net so onverbrand deur die uitlaatpyp na die atmosfeer vrygelaat is. Terwyl ander suierenjinvervaardigers hulle na duur katalitiese omsetters moes wend om die onverbrande koolwaterstowwe ten volle te oksideer, kon Mazda die probleem oplos deur paradoksaal die mengsel te verryk en dit dan in 'n 'termiese reaktor' (basies net 'n vergrote uitlaatkamer in die uitlaatverdeelpyp) te verbrand. 'n Skoon uitlaat kon dus verkry word ten koste van verhoogde brandstofverbruik.

Ongelukkig vir Mazda het die bekendstelling van hierdie oplossing saamgeval met 'n baie skerp styging in brandstofpryse wêreldwyd. Die laer brandstofdoeltreffendheid van hulle enjins het veroorsaak dat hulle verkope skerp gedaal het.

'n Verdere nadeel van die Wankelenjin is dat dit moeilik is om meer as twee rotors in 'n enjin te akkommodeer. Die komplekse vorm van die rotor, omhulsel en leweringsas en die manier waarop hulle aanmekaargesit word vereis dat enjins met meer as twee rotors 'n leweringsas het wat uit veelvuldige seksies gemaak moet word. Die tegniek is al suksesvol gebruik met renmotors, maar die voordeel van groter eenvoud en laer koste word daarmee uitgekanselleer.

Geskiedenis

Wankel het eerste die roterende enjin in 1924 bedink en in 1929 uiteindelik 'n patent daarvoor ontvang. Hy het gedurende die 1940's aan verbeteringe in die ontwerp gewerk. Die ontwikkeling van die ontwerp van roterende enjins gedurende die 1950's en 1960's het aansienlike inspanning geverg. Hulle het veral belangstelling gewek vanweë hulle gladde, stil werking en hul betroubaarheid wat 'n gevolg van hul eenvoud was.

In Brittanje, het Norton Motorcycles 'n Wankel- roterende enjin vir motorfietse ontwerp, wat by die Norton Commander ingesluit is; Suzuki het ook 'n produksiemotorfiets met 'n Wankelenjin bekend gestel naamlik die RE-5. John Deere in die V.S.A. het 'n groot navorsingsveldtog van stapel gestuur en het 'n weergawe ontwikkel wat 'n verskeidenheid brandstowwe kon gebruik sonder om die enjin te verander. Die ontwerp is voorgestel as kragbron vir verskeie Amerikaanse Mariene gevegsvoertuie in die laat tagtigs.

Buiten sporadiese gebruik van ander vervaardigers soos NSU met hulle Ro 80 model en Citroën met die M35 en GS Birotor, en mislukte pogings deur General Motors en Mercedes-Benz om Wankelenjin-aangedrewe motorvoertuie te ontwerp, was die Japannese maatskappy Mazda die enigste maatskappy wat die enjin op groot skaal in hul voertuie gebruik het.

Na vele jare se ontwikkeling het Mazda hul eerste motors met Wankelenjins vrygestel in die vroeë 1970's. Kliënte was gaande oor die motors veral oor hul gladde werking. Mazda het later die Wankelenjin uitgelaat uit die meeste van hulle ontwerpe maar dit wel behou in hulle RX-7 sportmotor tot laat in die 1990's. In 2003 het Mazda die roterende enjin hervrygestel met die bekendstelling van die nuwe RX-8. In die wedrenwêreld het Mazda baie sukses behaal met beide hul twee- en vierrotor-enjins. Privaatrenjaers het ook baie sukses behaal met fabrieksvervaardigde asook veranderde Mazda Wankelenjinmotors.

Die Wankel se uitstekende krag-tot-massaverhouding maak dit in besonder geskik vir vliegtuigenjins. Daar was intense belangstelling in die enjins vir hierdie doeleinde in die 1950's toe die ontwerp bekend begin word het, maar terselfdertyd het die industrie begin oorskakel na stralerenjins wat baie mense geglo het die enigste kragbron vir vliegtuie binne 'n dekade sou wees. Toe dit later blyk dat die stralerenjin veels te duur is vir alle toepassings het die lugvaartwêreld heel anders daar uitgesien en was daar baie min geld beskikbaar vir nuwe enjinontwerpe. Belangstelling in die enjins vir vliegtuie het nietemin nog steeds bly voortbestaan.

Wankelenjins het 'n herlewing in die afgelope paar jaar ervaar. Geen van hulle voordele is verloor ten opsigte van ander enjins nie en die ontwikkeling van beter materiale het gehelp om die seëlprobleem op die rotorpunte op te los. Hulle word toenemend aangetref in rolle waar hulle kompaktheid en stille werking belangrik is, soos in onbemande vliegtuie. Die enjins wat aanvanklik vir dié onbemande vliegtuie ontwerp is, vind ook deesdae hul pad na ander toepassings soos persoonlike watervaartuie en nutskragbronne vir vliegtuie.

Buiten vir die gebruik in binnebrandenjins, is die basiese Wankelontwerpe ook al ingespan vir lugkompressors, en aanjaers vir binnebrandenjins, maar in hierdie gevalle is die basiese voordeel van die Wankelontwerp bo dié vierslag-binnebrandenjin nie van toepassing nie.

Roterende verbrandingsmotor teenoor roterende enjins

Die Wankel is 'n spesifieke tipe roterende verbrandingsmotor waarvan daar baie ander ontwerpe al uitgedink is [1], met elkeen wat 'n konsep bevat oor hoe om die resiprokerende beweging van die suier te vermy. Partymaal word daar verkeerdelik na dié enjins en spesifiek na die Wankelenjin as roterende enjins verwys.

Eksterne skakels

Hoe Wankelenjins werk
Wankel- roterende verbrandingsenjins Geargiveer 21 Oktober 2004 op Wayback Machine
Enjin-animasies: Wankelenjin Geargiveer 22 September 2005 op Wayback Machine