Jak działają silniki obrotowe

Silniki obrotowe można znaleźć w niektórych potężnych samochodach sportowych. Chcesz dowiedzieć się więcej? Sprawdź te zdjęcia silników samochodowych. HSW

Silnik rotacyjny to silnik spalinowy, podobnie jak silnik w Twoim samochodzie, ale działa zupełnie inaczej niż konwencjonalny silnik tłokowy.

W silniku tłokowym ta sama objętość (cylinder) wykonuje na przemian cztery różne zadania - dolot, sprężanie, spalanie i wydech. Silnik obrotowy wykonuje te same cztery zadania, ale każda z nich odbywa się w swojej własnej części obudowy. To trochę tak, jakby mieć dedykowany cylinder do każdego z czterech zadań, z tłokiem poruszającym się nieustannie od jednego do drugiego.

Silnik obrotowy (pierwotnie wymyślony i opracowany przez dr Felixa Wankla) jest czasami nazywany Silnik Wankla, lub Silnik obrotowy Wankla.

W tym artykule dowiemy się, jak działa silnik obrotowy. Zacznijmy od podstawowych zasad w pracy.-

- -

Zawartość

1. Zasady działania silnika obrotowego
2. Części silnika obrotowego
3. Zespół silnika obrotowego
4. Obrotowa moc silnika
5. Różnice i wyzwania

Wirnik i obudowa obrotowego silnika Mazdy RX-7: Te części zastępują tłoki, cylindry, zawory, korbowody i wałki rozrządu występujące w silnikach tłokowych.

Podobnie jak silnik tłokowy, silnik rotacyjny wykorzystuje ciśnienie powstające podczas spalania mieszanki powietrza i paliwa. W silniku tłokowym ciśnienie to jest zawarte w cylindrach i zmusza tłoki do poruszania się w przód iw tył. Korbowody i wał korbowy przekształcają ruch posuwisto-zwrotny tłoków w ruch obrotowy, który można wykorzystać do napędzania samochodu.

W silniku rotacyjnym ciśnienie spalania jest zawarte w komorze utworzonej przez część obudowy i uszczelnionej jedną ścianą trójkątnego wirnika, z którego korzysta silnik zamiast tłoków.

Wirnik porusza się po ścieżce, która wygląda jak coś, co można stworzyć za pomocą spirografu. Ta ścieżka utrzymuje każdy z trzech wierzchołków wirnika w kontakcie z obudową, tworząc trzy oddzielne objętości gazu. Gdy wirnik porusza się po komorze, każda z trzech objętości gazu naprzemiennie rozszerza się i kurczy. To właśnie to rozszerzanie się i kurczenie wciąga powietrze i paliwo do silnika, kompresuje je i wytwarza użyteczną moc, gdy gazy rozszerzają się, a następnie wydala spaliny.

Zajrzymy do wnętrza silnika obrotowego, aby sprawdzić części, ale najpierw przyjrzyjmy się nowemu modelowi samochodu z całkowicie nowym silnikiem obrotowym.

-Mazda RX-8

-Mazda była pionierem w opracowywaniu samochodów seryjnych z silnikami rotacyjnymi. RX-7, który trafił do sprzedaży w 1978 roku, był prawdopodobnie najbardziej udanym samochodem z silnikiem rotacyjnym. Ale poprzedziła go seria samochodów z silnikiem obrotowym, ciężarówek, a nawet autobusów, począwszy od Cosmo Sport z 1967 roku. Ostatnim rokiem sprzedaży RX-7 w Stanach Zjednoczonych był 1995 rok, ale silnik rotacyjny ma powrócić w najbliższej przyszłości.

Mazda RX-8, nowy samochód Mazdy, ma nowy, wielokrotnie nagradzany silnik rotacyjny o nazwie RENESIS. Nazwany Międzynarodowym silnikiem roku 2003, ten wolnossący, dwuwirnikowy silnik będzie wytwarzał około 250 koni mechanicznych. Aby uzyskać więcej informacji, odwiedź witrynę internetową Mazda RX-8.

-Silnik rotacyjny ma układ zapłonowy i układ paliwowy, które są podobne do tych w silnikach tłokowych. Jeśli nigdy nie widziałeś wnętrza obrotowego silnika, przygotuj się na niespodziankę, bo niewiele rozpoznasz.

Wirnik

Wirnik ma trzy wypukłe powierzchnie, z których każda działa jak tłok. Każda ściana wirnika ma w sobie kieszeń, która zwiększa przemieszczenie silnika, zapewniając więcej miejsca na mieszankę paliwowo-powietrzną.

Na wierzchołku każdej powierzchni znajduje się metalowe ostrze, które tworzy uszczelnienie na zewnątrz komory spalania. Po obu stronach wirnika znajdują się również metalowe pierścienie, które uszczelniają boki komory spalania.

Wirnik ma zestaw wewnętrznych zębów koła zębatego wyciętych w środku jednej strony. Te zęby współpracują z kołem zębatym, które jest przymocowane do obudowy. To dopasowanie przekładni określa ścieżkę i kierunek, w jakim wirnik przechodzi przez obudowę.

Mieszkaniowy

Obudowa ma z grubsza owalny kształt (w rzeczywistości jest to plik epitrochoida -- zobacz tę demonstrację w języku Java, pokazującą sposób wyprowadzania kształtu). Kształt komory spalania został zaprojektowany tak, aby trzy końcówki wirnika zawsze pozostawały w kontakcie ze ścianą komory, tworząc trzy uszczelnione objętości gazu.

Każda część obudowy poświęcona jest jednej części procesu spalania. Te cztery sekcje to:

• Wlot
• Kompresja
• Spalanie
• Wydechowy

W obudowie znajdują się otwory wlotowe i wylotowe. W tych portach nie ma zaworów. Otwór wylotowy łączy się bezpośrednio z wylotem, a port wlotowy łączy się bezpośrednio z przepustnicą.

Wał wyjściowy (zwróć uwagę na występy mimośrodowe).

Wał wyjściowy

Wał wyjściowy ma okrągłe występy zamontowane mimośrodowo, co oznacza, że ​​są odsunięte od linii środkowej wału. Każdy wirnik pasuje do jednego z tych występów. Płat działa trochę jak wał korbowy w silniku tłokowym. Gdy wirnik porusza się po torze wokół obudowy, naciska na krzywki. Ponieważ krzywki są zamontowane mimośrodowo w stosunku do wału wyjściowego, siła, którą wirnik przykłada do krzywek, wytwarza moment obrotowy w wale, powodując jego obrót.

Przyjrzyjmy się teraz, jak te części są montowane i jak wytwarzają moc.

-Silnik obrotowy jest montowany warstwowo. Rozebrany przez nas dwuwirnikowy silnik składa się z pięciu głównych warstw, które są połączone pierścieniem z długich śrub. Chłodziwo przepływa przez kanały otaczające wszystkie elementy.

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Dwie warstwy końcowe zawierają uszczelnienia i łożyska wału wyjściowego. Uszczelniają również dwie części obudowy, w których znajdują się wirniki. Wewnętrzne powierzchnie tych elementów są bardzo gładkie, co pomaga uszczelkom wirnika w wykonywaniu ich pracy. Na każdej z tych końcówek znajduje się port wlotowy.

Część obudowy wirnika, która utrzymuje wirniki (Zwróć uwagę na położenie portu wylotowego.)

Następną warstwą od zewnątrz jest owalna obudowa wirnika, w której znajdują się otwory wydechowe. To jest część obudowy zawierająca wirnik.

Część środkowa zawiera dwa otwory wlotowe, po jednym na każdy wirnik. Oddziela również dwa wirniki, dzięki czemu jego zewnętrzne powierzchnie są bardzo gładkie.

Część środkowa zawiera inny port wlotowy dla każdego wirnika.

Pośrodku każdego wirnika znajduje się duża przekładnia wewnętrzna, która obraca się wokół mniejszego koła zębatego przymocowanego do obudowy silnika. To właśnie określa orbitę wirnika. Wirnik porusza się również po dużym okrągłym płatku na wale wyjściowym.

Następnie zobaczymy, jak silnik faktycznie wytwarza moc.

Silniki otarciowe wykorzystują czterosuwowy cykl spalania, który jest tym samym cyklem, w którym pracują czterosuwowe silniki tłokowe. Ale w silniku rotacyjnym odbywa się to w zupełnie inny sposób.

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Jeśli przyjrzysz się uważnie, zobaczysz, że przesunięty występ na wale wyjściowym obraca się trzy razy na każdy pełny obrót wirnika.

Sercem obrotowego silnika jest wirnik. Jest to z grubsza odpowiednik tłoków w silniku tłokowym. Wirnik jest zamontowany na dużym okrągłym płatku na wale wyjściowym. Ten występ jest odsunięty od linii środkowej wału i działa jak korba na wciągarce, dając wirnikowi dźwignię potrzebną do obrócenia wału wyjściowego. Gdy wirnik obraca się wewnątrz obudowy, popycha krzywkę ciasnymi okręgami, obracając się trzy razy za każdy obrót wirnika.

Gdy wirnik przesuwa się przez obudowę, trzy komory utworzone przez wirnik zmieniają rozmiar. Ta zmiana rozmiaru powoduje działanie pompujące. Przeanalizujmy każdy z czterech suwów silnika, patrząc na jedną ścianę wirnika.

Wlot

Faza wlotu cyklu rozpoczyna się, gdy czubek wirnika przechodzi przez otwór wlotowy. W momencie odsłonięcia króćca dolotowego do komory objętość tej komory jest bliska minimum. Gdy wirnik przesuwa się obok otworu wlotowego, objętość komory rozszerza się, wciągając mieszankę paliwowo-powietrzną do komory.

Kiedy wierzchołek wirnika przechodzi przez port wlotowy, komora ta zostaje uszczelniona i rozpoczyna się kompresja.

Kompresja

W miarę jak wirnik kontynuuje swój ruch wokół obudowy, objętość komory zmniejsza się, a mieszanka paliwowo-powietrzna zostaje sprężona. Zanim czoło wirnika dotarło do świec zapłonowych, objętość komory znów jest bliska minimum. Wtedy zaczyna się spalanie.

Spalanie

Większość silników obrotowych ma dwie świece zapłonowe. Komora spalania jest długa, więc płomień rozprzestrzeniałby się zbyt wolno, gdyby był tylko jeden korek. Kiedy świece zapłonowe zapalają mieszankę paliwowo-powietrzną, ciśnienie szybko rośnie, wymuszając ruch wirnika.

Ciśnienie spalania wymusza ruch wirnika w kierunku, który powoduje wzrost objętości komory. Gazy spalinowe nadal się rozszerzają, poruszając wirnik i wytwarzając moc, aż szczyt wirnika przejdzie przez otwór wydechowy.

Wydechowy

Gdy szczyt wirnika przejdzie przez otwór wydechowy, wysokociśnieniowe gazy spalinowe mogą swobodnie wypływać ze spalin. W miarę jak wirnik nadal się porusza, komora zaczyna się kurczyć, wypychając pozostały wydech z otworu. Do czasu, gdy objętość komory zbliża się do minimum, szczyt wirnika przechodzi przez otwór wlotowy i cały cykl zaczyna się od nowa.

Zaletą silnika rotacyjnego jest to, że każda z trzech ścianek wirnika zawsze pracuje w jednej części cyklu - w jednym pełnym obrocie wirnika będą trzy suwy spalania. Pamiętaj jednak, że wał wyjściowy obraca się trzykrotnie na każdy pełny obrót wirnika, co oznacza, że ​​na każdy obrót wału wyjściowego przypada jeden suw spalania..

-Istnieje kilka charakterystycznych cech, które odróżniają silnik rotacyjny od typowego silnika tłokowego.

Mniej ruchomych części

Silnik rotacyjny ma znacznie mniej ruchomych części niż porównywalny czterosuwowy silnik tłokowy. Dwuwirnikowy silnik rotacyjny ma trzy główne ruchome części: dwa wirniki i wał wyjściowy. Nawet najprostszy czterocylindrowy silnik tłokowy ma co najmniej 40 ruchomych części, w tym tłoki, korbowody, wałek rozrządu, zawory, sprężyny zaworów, wahacze, pasek rozrządu, koła zębate rozrządu i wał korbowy.

Ta minimalizacja ruchomych części może przełożyć się na lepszą niezawodność silnika obrotowego. Dlatego niektórzy producenci samolotów (w tym producent Skycar) wolą silniki rotacyjne od tłokowych.

Płynniej

Wszystkie części obrotowego silnika obracają się w sposób ciągły w jednym kierunku, zamiast gwałtownie zmieniać kierunki, jak robią to tłoki w konwencjonalnym silniku. Silniki obrotowe są wewnętrznie wyważane z wirującymi przeciwwagami, które są fazowane w celu wyeliminowania wszelkich wibracji.

Dostarczanie mocy w silniku rotacyjnym jest również płynniejsze. Ponieważ każde zdarzenie spalania trwa do 90 stopni obrotu wirnika, a wał wyjściowy obraca się o trzy obroty na każdy obrót wirnika, każde zdarzenie spalania trwa do 270 stopni obrotu wału wyjściowego. Oznacza to, że silnik z jednym wirnikiem dostarcza moc przez trzy czwarte każdego obrotu wału wyjściowego. Porównaj to z jednocylindrowym silnikiem tłokowym, w którym spalanie odbywa się co 180 stopni dwa obroty, czyli tylko jedna czwarta każdego obrotu wału korbowego (wał wyjściowy silnika tłokowego).

Wolniej

Ponieważ wirniki obracają się z jedną trzecią prędkości wału wyjściowego, główne ruchome części silnika poruszają się wolniej niż części w silniku tłokowym. Pomaga to również w niezawodności.

Wyzwania

Projektowanie silnika rotacyjnego wiąże się z pewnymi wyzwaniami:

• Zazwyczaj trudniejsze (ale nie niemożliwe) jest dostosowanie silnika obrotowego do przepisów dotyczących emisji w USA.
• Koszty produkcji mogą być wyższe, głównie dlatego, że liczba wyprodukowanych silników nie jest tak duża, jak liczba silników tłokowych.
• Zwykle zużywają więcej paliwa niż silnik tłokowy, ponieważ wydajność termodynamiczna silnika jest zmniejszona przez długi kształt komory spalania i niski stopień sprężania.

Aby uzyskać więcej informacji na temat silników obrotowych i powiązanych tematów, zapoznaj się z linkami na następnej stronie.

Powiązane artykuły

• Quiz Corner: Car Engine Quiz
• Jak działają silniki samochodowe
• Jak działają silniki turbin gazowych
• Jak działają silniki dwusuwowe
• Jak działają silniki wysokoprężne
• Jak działają dwusuwowe silniki wysokoprężne
• Jak działa Gears
• Jak działają samochody wyścigowe NASCAR
• Jak działa hybryda Aptera
• Co to jest silnik czołgowy, jak w „Thomas the Tank Engine”?

Więcej świetnych linków

• Silnik spalinowy Wankla - teoria, konstrukcja i zasady działania
• Dane obrotowego silnika spalinowego
• Bio - dr Felix Wankel
• Mini-obrotowy silnik
• RotaryNews.com