Felix Heinrich Wankel (1902 – 1988) là kỹ sư cơ khí người Đức đã sáng chế ra động cơ có piston tam giác quay tròn (rotary) hay còn đuợc gọi theo tên ông là động cơ Wankel.
Động cơ Wankel 2 xy lanh.
Xy lanh có dạng như thùng đàn guitar (trochoid hay epitrochoid), trong đó có một piston tam giác quay tròn. Nhờ cơ cấu ‘cam’ tròn lệch tâm (offset lobe) trên cốt máy (crankshaft), bánh răng định vị (fixed gear) trên nắp xy lanh (end piece) và vòng răng của piston (rotor gear) nên khi quay ba đỉnh của piston luôn tiếp xúc với lòng xy lanh. Để gia tăng độ bền cho động cơ, lòng xy lanh được mạ một lớp mỏng hợp kim chống ma sát.
Cơ cấu nắp xy lanh và bánh răng định vị.
Cơ cấu vòng răng và bánh răng định vị.
Cốt máy của động cơ 2 xy lanh.
Số cam tròn lệch tâm ăn khớp với piston có trên cốt máy tương ứng với số xy lanh của động cơ. Độ lệch tâm (eccentricity) hay khoảng cách giữa tâm của cốt máy và tâm của cam tròn lệch tâm chính là cánh tay đòn tạo nên moment cho cốt máy trong thì nổ dãn. Trị số của độ lệch tâm và chuyển động tương đối giữa piston và cam lệch tâm khiến cho cốt máy quay 3 vòng trong khi piston chỉ quay 1 vòng.
Phương trình cơ bản của đường cong epitrochoid:
x = e cos 3 α + R cos α
y = e sin 3 α + R sin α
Trong đó;
e: Eccentricity.
R: Khoảng cách từ tâm đến đỉnh piston.
Khi thay thế e và R bằng những trị số, hệ thống phương trình trên đây cho chúng ta tọa độ (coordinates) của những điểm nằm trên đường cong epitrochoid tương ứng với góc các quay α biến đổi từ 0 đến 360 độ.
Cơ cấu xy lanh và cốt máy.
Xy lanh có những mạch chứa nước làm mát động cơ (coolant passageway) và cốt máy có những mạch nhớt ngầm làm trơn các ổ đỡ cốt máy và các vị trí tiếp xúc giữa cốt máy và piston, giữa piston và xy lanh.
Piston (rotor).
Cạnh của piston (face hay flank) có những khoảng lõm (combustion chamber recess) nhằm tạo ra một hành lang thông thương giữa hai phần buồng đốt trong thì nén để nhiên liệu có thể được đốt cháy trọn vẹn.
Cơ cấu piston, bánh răng định vị và xy lanh.
Các đỉnh của piston (apex) có các miếng đệm (seal) ngắn và hai mặt bên của piston có những vòng đệm có nhiệm vụ giống như xét măng (piston ring) của động cơ thường, dùng làm kín các vị trí tiếp xúc của piston và xy lanh. Các mạch nhớt ngầm bên trong cốt máy cũng sẽ đưa nhớt làm trơn đến các miếng đệm này. Ngoài ra để làm giảm độ mài mòn, vật liệu dùng chế tạo các đệm kín thường là carbon composite.
Piston và các đệm kín ở đỉnh và hai mặt bên.
Cơ cấu cốt máy, piston và xy lanh.
Động cơ tháo rời.
Nguyên lý làm việc:
Thì hút (Intake):
Piston mở lỗ nạp ở nắp xy lanh, thể tích ở đây lớn dần tạo nên sức hút hỗn hợp xăng và gió (hòa khí) vào xy lanh.
Thì nén (Compression):
Hòa khí bị nén nhỏ dần khiến cho nhiệt độ và áp suất của buồng đốt tăng cao.
Thì nổ dãn (Power):
Bougie bên dưới (leading) nẹt lửa trước để đốt cháy phần lớn hòa khí tạo lực quay chủ yếu cho piston, sau khi piston quay thêm một góc khoảng từ 10 đến 15 độ bougie phía trên (trailing) nẹt lửa để đốt phần hòa khí còn lại. Do buồng đốt có dạng dẹp và dài, hệ thống 2 bougie (dual ignition) có thời điểm đánh lửa khác nhau sẽ giúp cho hòa khí được đốt cháy trọn vẹn hơn.
Bougie bên dưới nẹt lửa để đốt phần lớn hòa khí và bougie phía trên đốt phần hòa khí còn sót lại, vì thế khe hở chấu (plug gap) và đặc điểm của hai bougie này khác nhau và khi lắp ráp không thể để lẫn lộn vị trí.
Thì thoát (Exhaust):
Piston mở lỗ thoát ở vách xy lanh để khí cháy thoát ra bên ngoài.
Do 3 cạnh của piston làm việc cùng lúc lên sẽ có 3 thì nổ dãn trong một vòng quay của piston, tương ứng với 3 vòng quay của cốt máy.
Để có thể thấy được một cách cụ thể nguyên lý làm việc của loại động cơ này, các bạn có thể xem thêm ở những trang web sau:
http://auto.howstuffworks.com/rotary-engine4.htm
http://sterlingmetalworks.com/the_rotary_engine.htm
So sánh với động cơ thông thường, động cơ Wankel có các đặc điểm sau.
- Ưu điểm:
- Nhẹ do có nhiều bộ phận chính làm bằng hợp kim nhôm.
- Chạy êm do có ít chi tiết chuyển động (không dùng cơ cấu cốt cam, xú páp và thanh truyền) và piston không phải đổi chiều chuyển động trong suốt quá trình làm việc.
- Buồng đốt tạo ra xoáy lốc khi piston quay tròn nên có thể sử dụng nhiên liệu rẻ tiền, có chỉ số octane thấp.
- Thoát nhiệt tốt.
- Nhược điểm:
- Chi phí sản xuất cao.
- Suất tiêu hao nhiên liệu lớn.
- Các đệm kín giữa piston và xy lanh bị mòn nhanh do hiệu quả bôi trơn kém.
Mazda RX - 8
Mazda là chiếc xe hơi đầu tiên trang bị động cơ Wankel được sản xuất năm 1967, sau khi cho xuất xưởng nhiều kiểu xe với ký hiệu RX (Rotary Experimental) như R100, R - 2, R - 3, …. Hãng này vừa bắt buộc phải tuyên bố ngừng dây chuyền của kiểu mới nhất là RX - 8 vào tháng 6, 2012 vì doanh số đang giảm mạnh.
Theo Oto-hui
Link :
https://www.oto-hui.com/diendan/threads/tat-ca-ve-dong-co-co-piston-quay-tron-rotary-engine.50079/
Youtube:
https://www.youtube.com/watch?v=DRuJkcGzsdw
