[Kỹ thuật – Tìm hiểu] Giới thiệu động cơ xoay Wankel

Động cơ được đặt theo tên của người phát minh ra loại động cơ này, ông Felix Wankel. Động cơ Wankel không sử dụng các píttông dạng hình trụ và chuyển động tịnh tiến mà thay vào đó là một rotor dạng hình tam giác và chuyển động xoay tròn. Đây không phải là loại động cơ phổ biến ngày nay. Vì nhiều lý do, giờ chỉ còn Madza là tiếp tục gắn bó với loại động cơ này với dòng xe thể thao của mình.

54cad0a6354a8_-_mazda-rotary-01-0911-de

Cấu tạo chính 

Rotor : có dạng hình tam giác với 3 cạnh  cong ra phía ngoài. Mỗi cạnh của tam giác tương ứng với một píttông, trên mặt cạnh này có khoét lõm tạo thành buồng đốt. Mỗi đỉnh của tam giác có tác dụng khóa kín buồng đốt trong suốt quá trình động cơ hoạt động. Trung tâm của rotor có 1 bánh răng sẽ đượ khớp với một bánh răng bé hơn cố định trên trên vấu lệch tâm của trục khuỷu. Liên kết này sẽ quyết định quỹ đạo của rotor, kết hợp cùng với hình dạng đặc biệt của buồng đốt sẽ tạo ra sự thay đổi về thể tích của buồng đốt tương ứng với 4 chu kỳ  nạp-nén-nổ-xả.

rotary-engine-rotor (1)

Buồng đốt : có hình gần ô-van (cụ thể là dạng epitrochoid), được thiết kế chính xác nhằm đảm bảo tiếp sự tiếp xúc giữa bề mặt buồng đốt và đỉnh của rotor. Điều này rất quan trọng vì nó giúp nhiên liệu và không khí không bị rò rỉ ra bên ngoài. Mỗi phần của buồng đốt tương ứng với 1 chu kỳ của động cơ :  nạp-nén-nổ-xả.

rotary-engine-housing

Trục khuỷu : trục khuỷu được thiết kế với những vấu lệch tâm. Đây chính là vị trí để cố định rotor lên trục quay, bao nhiêu vấu lệch tâm thì có thể gắn bấy nhiêu rotor. Các vấu lệch tâm này khi quay sẽ tạo nên quỹ đạo chuyển động lệch tâm của rotor để biến chuyển động quay của piston thành chuyển động trục khủy trước khi qua hệ thống truyền lực để đến bánh xe.

rotary-engine-output

Nguyên lý hoạt động

Khi píttông quay được một vòng và thực hiện đủ 4 hành trình nạp-nén-nổ-xả thì trục khủyu quay được 3 vòng. Do luôn luôn chỉ quay theo một chiều nên động cơ chạy rất êm, tuy nhiên vấn đề thiết kế hình dạng của vỏ buồng đốt để có thể kết hợp với píttông tam giác tạo ra đủ 4 kỳ là trở ngại lớn nhất của loại động cơ này.

Động cơ Wankel có cấu tạo rất nhỏ gọn (khoảng bằng 1/3 kích cỡ của động cơ truyền thống cùng công suất) và không cần cơ cấu dẫn động xu-páp. Nguyên tắc của động cơ này tương ứng với động cơ Otto, cũng có 4 thì nạp – nén – nổ – xả. Tất cả 4 kỳ thay vì được tạo ra bởi các chuyển động lên xuống của píttông trụ thì nó được thực hiện trong một lần quay của píttông tam giác. Trên thânh xi-lanh có các cửa nạp và cửa thải, dùng để nạp hoà khí và thải khí xả, việc đóng mở các cửa nạp và cửa thải này không phải bằng các xu-páp mà bằng chính thân rotor .

54cad0a6e72ca_-_mazda-rotary-02-0911-de

Ở các vị trí khác nhau, píttông tam giác sẽ cùng với thân xi-lanh tạo ra thành các khoang buồng đốt vì vậy biên dạng của vỏ cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của động cơ (đặc biệt ở kỳ nén). Việc đánh lửa được giải quyết bằng một cặp bugi ở ngay trên khoang tạo ra hành trình nén. 

Về mặt nguyên lý khá dễ dàng để có thể nâng giới hạn công suất của động cơ này : chúng ta chỉ việc gắn thêm rotor phụ và buồng đốt tương ứng (trên chiếc Madza RX-8, động cơ Wankel được sử dụng với 2 rotor, còn trên chiếc Madza vô địch giải đua Le Mans ở Pháp năm 1991 thì số rotor được nâng lên tới 4).

Ngoài những ưu điểm kể trên, động cơ Wankel còn một ưu điểm nữa đó chính là có ít bộ phân cơ khí tham gia vào quá trình hoạt động của động cơ, so ra một động cơ 4 thì đơn giản nhất thì cũng phải có khoảng 40 bộ phận tham gia vào quá trình hoạt động. Nhược điểm của động cơ này đến từ việc rò rỉ của buồng đốt. Về mặt kỹ thuật, các đỉnh của rotor không đảm bảo bít kín được các buồng đốt như các vòng kim loại trên thân píttông của động cơ Otto. Do đó, động cơ Wankel có mức tiêu thụ nhiên liệu cao, lượng khí thải vượt mức cho phép của những quy định hiện hành. Chính vì lẽ đó, Madza đã tạm ngừng sản xuất xe sử dụng động cơ Wankel vào năm 2012 vì mức tiêu thụ nhiên liệu và khí thải là quá lớn đã làm lu mờ những ưu điểm như nhỏ gọn, êm dịu và ít mài mòn. Tuy nhiên, mới đây, hãng xe Nhật đã thông báo rằng động cơ Wankel sẽ sớm trở lại trên mẫu xe Madza RX-8.

Tube (Tổng hợp)

[Kỹ thuật – Tìm hiểu] Giới thiệu động cơ xoay Wankel
5 3 votes