Hur rotationsmotorer fungerar

Roterande motorer finns i några kraftfulla sportbilar. Vill du lära dig mer? Kolla in dessa bilmotorbilder. HSW

En rotationsmotor är en förbränningsmotor, liksom motorn i din bil, men den fungerar på ett helt annat sätt än den konventionella kolvmotorn.

I en kolvmotor utför samma rymdvolym (cylindern) fyra olika jobb - intag, kompression, förbränning och avgas. En roterande motor utför dessa fyra jobb, men var och en sker i sin egen del av huset. Det är på samma sätt som att ha en dedicerad cylinder för vart och ett av de fyra jobben, där kolven rör sig kontinuerligt från en till nästa.

Rotationsmotorn (ursprungligen utformad och utvecklad av Dr. Felix Wankel) kallas ibland a Wankel-motor, eller Wankel rotationsmotor.

I den här artikeln kommer vi att lära dig hur en roterande motor fungerar. Låt oss börja med de grundläggande principerna på jobbet.-

- -

Innehåll

1. Principer för en roterande motor
2. Delarna av en roterande motor
3. Rotary Engine Assembly
4. Rotary Engine Power
5. Skillnader och utmaningar

Rotorn och huset på en rotationsmotor från en Mazda RX-7: Dessa delar ersätter kolvar, cylindrar, ventiler, anslutningsstavar och kamaxlar som finns i kolvmotorer.

Liksom en kolvmotor använder den roterande motorn trycket som skapas när en kombination av luft och bränsle bränns. I en kolvmotor finns det trycket i cylindrarna och tvingar kolvar att röra sig fram och tillbaka. Anslutningsstängerna och vevaxeln omvandlar kolvens fram- och återgående rörelse till rotationsrörelse som kan användas för att driva en bil.

I en roterande motor ingår förbränningstrycket i en kammare som bildas av en del av höljet och förseglas in av en sida av den triangulära rotorn, vilket är vad motorn använder istället för kolvar.

Rotorn följer en sökväg som ser ut som något du skulle skapa med en Spirograf. Denna väg håller var och en av de tre topparna i rotorn i kontakt med huset och skapar tre separata volymer gas. När rotorn rör sig runt kammaren expanderar och sammandras var och en av de tre gasvolymerna. Det är denna expansion och sammandragning som drar luft och bränsle in i motorn, komprimerar den och ger användbar kraft när gaserna expanderar och sedan släpper ut avgaserna.

Vi tittar inuti en roterande motor för att kolla in delarna, men låt oss först titta på en ny modellbil med en helt ny rotationsmotor.

-Mazda RX-8

-Mazda har varit en pionjär när det gäller att utveckla produktionsbilar som använder rotationsmotorer. RX-7, som såldes 1978, var förmodligen den mest framgångsrika rotationsmotordrivna bilen. Men det föregicks av en serie bilar, lastbilar och till och med bussar med roterande motor, som började med Cosmo Sport 1967. Det senaste året RX-7 såldes i USA var 1995, men rotationsmotorn kommer att göra ett comeback inom en snar framtid.

Mazda RX-8, en ny bil från Mazda, har en ny, prisbelönad rotationsmotor som heter RENESIS. Årets internationella motor 2003, kommer den naturligt tänkta två-rotorns motor att producera cirka 250 hästkrafter. Besök Mazdas RX-8-webbplats för mer information.

-En roterande motor har ett tändningssystem och ett bränsletillförselsystem som liknar de på kolvmotorerna. Om du aldrig har sett insidan av en roterande motor, var du beredd på en överraskning, eftersom du inte känner igen mycket.

Rotor

Rotorn har tre konvexa ytor, som var och en fungerar som en kolv. Varje sida på rotorn har en ficka i sig, vilket ökar motorns förskjutning, vilket ger mer utrymme för luft / bränsleblandning.

Vid toppen av varje yta är ett metallblad som bildar en tätning på utsidan av förbränningskammaren. Det finns också metallringar på vardera sidan av rotorn som tätar till sidorna av förbränningskammaren.

Rotorn har en uppsättning interna växeltänder skurna i mitten av en sida. Dessa tänder parar sig med en växel som är fixerad på huset. Denna växelmatchning bestämmer banan och riktningen rotorn tar genom huset.

Hus

Huset är ungefär ovalt (det är faktiskt ett epitrochoid -- kolla in denna Java-demonstration av hur formen härleds). Formen på förbränningskammaren är utformad så att rotorns tre spetsar alltid kommer att vara i kontakt med kammarens vägg och bilda tre tätade volymer gas.

Varje del av höljet är tillägnad en del av förbränningsprocessen. De fyra avsnitten är:

• Intag
• Kompression
• Förbränning
• Uttömma

Inlopps- och avgassportarna är belägna i huset. Det finns inga ventiler i dessa portar. Avgasporten ansluts direkt till avgaserna, och insugningsporten ansluts direkt till gasen.

Utgångsaxeln (Observera de excentriska flikarna.)

Utgående axel

Utgångsaxeln har runda flikar monterade excentriskt, vilket betyder att de är förskjutna från axelns mittlinje. Varje rotor passar över en av dessa lobar. Lobben fungerar på samma sätt som vevaxeln i en kolvmotor. När rotorn följer sin bana runt höljet trycker den på lobarna. Eftersom flikarna är monterade excentriska till utgångsaxeln, skapar kraften som rotorn applicerar på lobarna vridmoment i axeln, vilket får den att snurra.

Låt oss nu titta på hur dessa delar monteras och hur de producerar kraft.

-En roterande motor monteras i lager. Den tvårotorer som vi tog isär har fem huvudskikt som hålls samman av en ring med långa bultar. Kylvätska flödar genom passager som omger alla bitarna.

Detta innehåll är inte kompatibelt på den här enheten.

De två ändlagren innehåller tätningar och lager för utgångsaxeln. De tätar också i de två höljesektionerna som innehåller rotorerna. Insidan av dessa delar är mycket slät, vilket hjälper tätningarna på rotorn att göra sitt jobb. En insugningsport finns på var och en av dessa ändstycken.

Den del av rotorhuset som håller rotorerna (Observera avgasportens plats.)

Nästa skikt från utsidan är det ovala rotorhuset, som innehåller avgasöppningarna. Detta är den del av huset som innehåller rotorn.

Mittstycket innehåller två inloppsportar, en för varje rotor. Den separerar också de två rotorerna, så dess yttre ytor är mycket släta.

Mittstycket innehåller en annan inloppsport för varje rotor.

I mitten av varje rotor finns en stor inre växel som rider runt en mindre växel som är fixerad på motorns hus. Det är detta som bestämmer rotorns bana. Rotorn rider också på den stora cirkulära loben på utgångsaxeln.

Därefter ska vi se hur motorn faktiskt ger kraft.

R-otary-motorer använder fyrtakters förbränningscykel, vilket är samma cykel som fyrtakters kolvmotorer använder. Men i en roterande motor åstadkoms detta på ett helt annat sätt.

Detta innehåll är inte kompatibelt på den här enheten.

Om du tittar noggrant ser du förskjutningsloben på utgångsaxeln snurra tre gånger för varje fullständig rotation av rotorn.

Rotorns hjärta är rotorn. Detta är ungefär motsvarande kolvar i en kolvmotor. Rotorn är monterad på en stor cirkulär lob på utgångsaxeln. Denna lob är förskjuten från axelns mittlinje och fungerar som vevhandtaget på en vinsch, vilket ger rotorn den hävstång som den behöver för att vrida utgångsaxeln. När rotorn går i bana i huset, skjuter den loben runt i trånga cirklar och vrider sig tre gånger för varenda rotor.

När rotorn rör sig genom huset ändrar de tre kamrarna som skapas av rotorn storlek. Denna storleksändring ger en pumpverkan. Låt oss gå igenom var och en av de fyra slagen på motorn och titta på rotorens ena sida.

Intag

Cykelns insugningsfas börjar när rotorns spets passerar inloppsöppningen. Just nu när insugningsporten exponeras för kammaren är volymen hos kammaren nära dess minimum. När rotorn rör sig förbi inloppsporten expanderar kammarens volym och drar luft / bränsleblandning in i kammaren.

När rotorns topp passerar inloppsporten täcks den kammaren och kompression börjar.

Kompression

När rotorn fortsätter sin rörelse runt huset, blir kammarens volym mindre och luft / bränsleblandningen komprimeras. När rotorns yta har kommit fram till tändstiften är kammarens volym igen nära sitt minimum. Detta är när förbränningen startar.

Förbränning

De flesta roterande motorer har två tändstift. Förbränningskammaren är lång, så lågan skulle spridas för långsamt om det bara fanns en plugg. När tändstiften tänder luft / bränsleblandningen bygger trycket snabbt upp, vilket tvingar rotorn att röra sig.

Förbränningstrycket tvingar rotorn att röra sig i den riktning som får kammaren att växa i volym. Förbränningsgaserna fortsätter att expandera, rör sig rotorn och skapar kraft, tills rotorns topp passerar avgassporten.

Uttömma

När rotorns topp passerar avgassporten är högtrycksförbränningsgaserna fria att rinna ut från avgaserna. När rotorn fortsätter att röra sig börjar kammaren att dra sig samman och tvinga återstående avgaser ur porten. När kammarens volym närmar sig sitt minimum passerar rotorns topp inloppsöppningen och hela cykeln startar igen.

Det fina med rotationsmotorn är att var och en av de tre sidorna på rotorn alltid arbetar på en del av cykeln - i en fullständig rotation av rotorn kommer det att finnas tre förbränningsslag. Men kom ihåg att utgångsaxeln snurrar tre gånger för varje fullständig rotation av rotorn, vilket innebär att det finns ett förbränningsslag för varje varv i utgångsaxeln.

-Det finns flera definierande egenskaper som skiljer en roterande motor från en typisk kolvmotor.

Färre rörliga delar

Den roterande motorn har mycket färre rörliga delar än en jämförbar fyrtakts kolvmotor. En två-rotor roterande motor har tre huvudsakliga rörliga delar: de två rotorerna och utgångsaxeln. Till och med den enklaste fyrcylindriga kolvmotorn har minst 40 rörliga delar, inklusive kolvar, kopplingsstänger, kamaxel, ventiler, ventilfjädrar, vippor, kuggrem, kugghjul och vevaxel.

Denna minimering av rörliga delar kan leda till bättre tillförlitlighet från en rotationsmotor. Det är därför som vissa flygplanstillverkare (inklusive tillverkaren av Skycar) föredrar rotationsmotorer framför kolvmotorer.

smidigare

Alla delar i en roterande motor snurrar kontinuerligt i en riktning, snarare än att våldsamt ändra riktningar som kolvarna i en konventionell motor gör. Rotationsmotorer är internt balanserade med snurrande motvikter som fasas för att avbryta eventuella vibrationer.

Kraftleveransen i en roterande motor är också jämnare. Eftersom varje förbränningshändelse varar genom 90 grader av rotorns rotation, och utgångsaxeln snurrar tre varv för varje rotation av rotorn, varar varje förbränningshändelse genom 270 grader av utgångsaxelns rotation. Detta innebär att en enda-rotormotor levererar kraft under tre fjärdedelar av varje varv på utgående axel. Jämför detta med en encylindrig kolvmotor, där förbränning sker under 180 grader av varje två varv, eller bara en fjärdedel av varje varv i vevaxeln (kolvmotorns utgångsaxel).

Långsammare

Eftersom rotorerna snurrar med en tredjedel av hastigheten på utgångsaxeln, rör sig de huvudsakliga rörliga delarna av motorn långsammare än delarna i en kolvmotor. Detta hjälper också tillförlitligheten.

Utmaningar

Det finns några utmaningar när det gäller att utforma en rotationsmotor:

• Det är vanligtvis svårare (men inte omöjligt) att göra en rotationsmotor att uppfylla amerikanska utsläppsbestämmelser.
• Tillverkningskostnaderna kan vara högre, främst på grund av att antalet producerade motorer inte är lika stort som antalet kolvmotorer.
• De förbrukar vanligtvis mer bränsle än en kolvmotor eftersom den termodynamiska verkningsgraden hos motorn reduceras av den långa förbränningskammarformen och låga kompressionsförhållandet.

För mer information om rotationsmotorer och relaterade ämnen, kolla in länkarna på nästa sida.

relaterade artiklar

• Quiz Corner: Car Engine Quiz
• Hur bilmotorer fungerar
• Hur gasturbinmotorer fungerar
• Hur tvåtaktsmotorer fungerar
• Hur dieselmotorer fungerar
• Så fungerar diesel med tvåtaktsmotorer
• Hur Gears fungerar
• Hur NASCAR racerbilar fungerar
• Hur fungerar Aptera-hybriden
• Vad är en tankmotor, som i "Thomas the Tank Engine"?

Fler bra länkar

• Wankel Rotary Combustion Engine - Teori, design och driftsprinciper
• Rotary Combustion Engine Data
• Bio - Dr. Felix Wankel
• Mini-Rotary Engine
• RotaryNews.com