Hoe roterende motoren werken

Roterende motoren zijn te vinden in sommige krachtige sportwagens. Meer weten? Bekijk deze afbeeldingen van automotoren. HSW

Een rotatiemotor is een verbrandingsmotor, net als de motor in uw auto, maar hij werkt op een heel andere manier dan de conventionele zuigermotor.

In een zuigermotor doet hetzelfde volume aan ruimte (de cilinder) afwisselend vier verschillende taken: inlaat, compressie, verbranding en uitlaat. Een rotatiemotor doet deze vier taken, maar elk gebeurt in zijn eigen deel van de behuizing. Het is alsof je een speciale cilinder hebt voor elk van de vier taken, waarbij de zuiger continu van de ene naar de andere beweegt.

De rotatiemotor (oorspronkelijk bedacht en ontwikkeld door Dr. Felix Wankel) wordt soms een Wankelmotor, of Wankel rotatiemotor.

In dit artikel leren we hoe een rotatiemotor werkt. Laten we beginnen met de basisprincipes op het werk.-

- -

Inhoud

1. Principes van een roterende motor
2. De onderdelen van een rotatiemotor
3. Roterende motorassemblage
4. Roterend motorvermogen
5. Verschillen en uitdagingen

De rotor en behuizing van een rotatiemotor van een Mazda RX-7: deze onderdelen vervangen de zuigers, cilinders, kleppen, drijfstangen en nokkenassen die in zuigermotoren voorkomen.

Net als een zuigermotor gebruikt de rotatiemotor de druk die ontstaat wanneer een combinatie van lucht en brandstof wordt verbrand. In een zuigermotor zit die druk in de cilinders en dwingt de zuigers om heen en weer te bewegen. De drijfstangen en krukas zetten de heen en weer gaande beweging van de zuigers om in een rotatiebeweging die kan worden gebruikt om een ​​auto aan te drijven.

In een rotatiemotor bevindt de verbrandingsdruk zich in een kamer die wordt gevormd door een deel van de behuizing en wordt verzegeld door een zijde van de driehoekige rotor, wat de motor gebruikt in plaats van zuigers..

De rotor volgt een pad dat lijkt op iets dat je zou creëren met een spirograaf. Dit pad houdt elk van de drie toppen van de rotor in contact met de behuizing, waardoor er drie afzonderlijke volumes gas ontstaan. Terwijl de rotor door de kamer beweegt, zet elk van de drie gasvolumes afwisselend uit en samentrekt. Het is deze uitzetting en samentrekking die lucht en brandstof in de motor trekt, deze comprimeert en nuttig vermogen levert terwijl de gassen uitzetten, en vervolgens de uitlaat verdrijft.

We nemen een kijkje in een rotatiemotor om de onderdelen te bekijken, maar laten we eerst eens kijken naar een nieuw modelauto met een geheel nieuwe rotatiemotor.

-Mazda RX-8

-Mazda is een pionier geweest in de ontwikkeling van productieauto's met rotatiemotoren. De RX-7, die in 1978 op de markt kwam, was waarschijnlijk de meest succesvolle auto met rotatiemotor. Maar het werd voorafgegaan door een reeks rotatiemotorauto's, vrachtwagens en zelfs bussen, te beginnen met de Cosmo Sport uit 1967. Het laatste jaar dat de RX-7 in de Verenigde Staten werd verkocht was 1995, maar de rotatiemotor zal in de nabije toekomst een comeback maken..

De Mazda RX-8, een nieuwe auto van Mazda, heeft een nieuwe, bekroonde rotatiemotor genaamd de RENESIS. Deze atmosferische motor met twee rotoren, uitgeroepen tot International Engine of the Year 2003, zal ongeveer 250 pk produceren. Bezoek voor meer informatie Mazda's RX-8-website.

-Een rotatiemotor heeft een ontstekingssysteem en een brandstoftoevoersysteem die vergelijkbaar zijn met die van zuigermotoren. Als je nog nooit de binnenkant van een rotatiemotor hebt gezien, wees dan voorbereid op een verrassing, want je zult niet veel herkennen.

Rotor

De rotor heeft drie convexe vlakken, die elk als een zuiger werken. Elk vlak van de rotor heeft een holte, waardoor de verplaatsing van de motor toeneemt, waardoor er meer ruimte is voor het lucht / brandstofmengsel.

Aan de top van elk vlak bevindt zich een metalen mes dat een afdichting vormt naar de buitenkant van de verbrandingskamer. Er zijn ook metalen ringen aan elke kant van de rotor die afdichten naar de zijkanten van de verbrandingskamer.

De rotor heeft een set interne tandwieltanden die in het midden van één kant zijn uitgesneden. Deze tanden passen in een tandwiel dat aan de behuizing is bevestigd. Deze tandwielkoppeling bepaalt het pad en de richting die de rotor door de behuizing neemt.

Huisvesting

De behuizing is ongeveer ovaal van vorm (het is eigenlijk een epitrochoïde -- bekijk deze Java-demonstratie van hoe de vorm wordt afgeleid). De vorm van de verbrandingskamer is zo ontworpen dat de drie punten van de rotor altijd in contact blijven met de wand van de kamer, waardoor drie afgesloten gasvolumes worden gevormd..

Elk deel van de behuizing is gewijd aan een deel van het verbrandingsproces. De vier secties zijn:

• Intake
• Compressie
• Verbranding
• Uitlaat

De inlaat- en uitlaatpoorten bevinden zich in de behuizing. Er zijn geen kleppen in deze poorten. De uitlaatpoort is rechtstreeks op de uitlaat aangesloten en de inlaatpoort is rechtstreeks op de gasklep aangesloten.

De uitgaande as (let op de excentrische lobben.)

Uitgangsas

De uitgaande as heeft ronde lobben die excentrisch zijn gemonteerd, wat betekent dat ze verschoven zijn ten opzichte van de hartlijn van de as. Elke rotor past over een van deze lobben. De lob werkt een beetje als de krukas in een zuigermotor. Terwijl de rotor zijn pad rond de behuizing volgt, drukt hij op de lobben. Omdat de lobben excentrisch op de uitgaande as zijn gemonteerd, creëert de kracht die de rotor op de lobben uitoefent koppel in de as, waardoor deze gaat draaien.

Laten we nu eens kijken hoe deze onderdelen worden geassembleerd en hoe het stroom produceert.

-Een rotatiemotor is in lagen samengesteld. De motor met twee rotoren die we uit elkaar hebben gehaald, heeft vijf hoofdlagen die bij elkaar worden gehouden door een ring van lange bouten. Koelvloeistof stroomt door doorgangen die alle stukken omringen.

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

De twee eindlagen bevatten de afdichtingen en lagers voor de uitgaande as. Ze dichten ook de twee delen van de behuizing af die de rotoren bevatten. De binnenoppervlakken van deze stukken zijn erg glad, wat de afdichtingen op de rotor helpt hun werk te doen. Op elk van deze eindstukken bevindt zich een inlaatpoort.

Het deel van het rotorhuis waar de rotoren in zitten (Let op de locatie van de uitlaatpoort.)

De volgende laag van buitenaf is het ovaalvormige rotorhuis, dat de uitlaatpoorten bevat. Dit is het deel van de behuizing waar de rotor in zit.

Het middenstuk bevat twee inlaatpoorten, één voor elke rotor. Het scheidt ook de twee rotoren, dus de buitenoppervlakken zijn erg glad.

Het middenstuk bevat een andere inlaatpoort voor elke rotor.

In het midden van elke rotor bevindt zich een groot intern tandwiel dat rond een kleiner tandwiel rijdt dat aan de behuizing van de motor is bevestigd. Dit is wat de baan van de rotor bepaalt. De rotor rijdt ook op de grote cirkelvormige lob op de uitgaande as.

Vervolgens zullen we zien hoe de motor daadwerkelijk vermogen levert.

R-otaire motoren gebruiken de viertakt verbrandingscyclus, dezelfde cyclus die viertakt zuigermotoren gebruiken. Maar bij een rotatiemotor gebeurt dit op een heel andere manier.

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Als je goed kijkt, zie je dat de offset-lob op de uitgaande as drie keer ronddraait voor elke volledige omwenteling van de rotor.

Het hart van een rotatiemotor is de rotor. Dit is ongeveer het equivalent van de zuigers in een zuigermotor. De rotor is gemonteerd op een grote cirkelvormige lob op de uitgaande as. Deze lob is verschoven ten opzichte van de hartlijn van de as en werkt als de kruk van een lier, waardoor de rotor de hefboomwerking krijgt die hij nodig heeft om de uitgaande as te draaien. Terwijl de rotor in de behuizing draait, duwt hij de lob in kleine cirkels rond, draaiend drie keer voor elke omwenteling van de rotor.

Terwijl de rotor door de behuizing beweegt, veranderen de drie kamers die door de rotor worden gecreëerd van grootte. Deze verandering van grootte veroorzaakt een pompende werking. Laten we elk van de vier slagen van de motor doornemen, kijkend naar één zijde van de rotor.

Intake

De inlaatfase van de cyclus begint wanneer de punt van de rotor de inlaatpoort passeert. Op het moment dat de inlaatpoort wordt blootgesteld aan de kamer, is het volume van die kamer bijna minimaal. Terwijl de rotor langs de inlaatpoort beweegt, wordt het volume van de kamer groter, waardoor het lucht / brandstofmengsel in de kamer wordt gezogen.

Wanneer de piek van de rotor de inlaatpoort passeert, wordt die kamer afgesloten en begint de compressie.

Compressie

Terwijl de rotor zijn beweging rond de behuizing voortzet, wordt het volume van de kamer kleiner en wordt het lucht / brandstofmengsel gecomprimeerd. Tegen de tijd dat het oppervlak van de rotor de bougies heeft bereikt, is het volume van de kamer weer dicht bij het minimum. Dit is wanneer de verbranding begint.

Verbranding

De meeste rotatiemotoren hebben twee bougies. De verbrandingskamer is lang, dus de vlam zou zich te langzaam verspreiden als er maar één plug was. Wanneer de bougies het lucht / brandstofmengsel ontsteken, bouwt de druk snel op, waardoor de rotor wordt gedwongen om te bewegen.

De verbrandingsdruk dwingt de rotor om te bewegen in de richting waarin de kamer in volume groeit. De verbrandingsgassen blijven uitzetten, waardoor de rotor wordt verplaatst en kracht wordt opgewekt, totdat de piek van de rotor de uitlaatpoort passeert.

Uitlaat

Zodra de piek van de rotor de uitlaatpoort passeert, kunnen de verbrandingsgassen onder hoge druk vrij uit de uitlaat stromen. Terwijl de rotor blijft bewegen, begint de kamer samen te trekken, waardoor de resterende uitlaatgassen uit de poort worden gedwongen. Tegen de tijd dat het volume van de kamer zijn minimum nadert, passeert de piek van de rotor de inlaatpoort en begint de hele cyclus opnieuw.

Het leuke van de rotatiemotor is dat elk van de drie zijden van de rotor altijd aan een deel van de cyclus werkt - in één volledige omwenteling van de rotor zullen er drie verbrandingsslagen zijn. Maar vergeet niet dat de uitgaande as drie keer draait voor elke volledige omwenteling van de rotor, wat betekent dat er één verbrandingsslag is voor elke omwenteling van de uitgaande as..

-Er zijn verschillende bepalende kenmerken die een rotatiemotor onderscheiden van een typische zuigermotor.

Minder bewegende onderdelen

De rotatiemotor heeft veel minder bewegende delen dan een vergelijkbare viertakt zuigermotor. Een rotatiemotor met twee rotoren heeft drie bewegende hoofdonderdelen: de twee rotoren en de uitgaande as. Zelfs de eenvoudigste viercilinder zuigermotor heeft minstens 40 bewegende delen, waaronder zuigers, drijfstangen, nokkenas, kleppen, klepveren, tuimelaars, distributieriem, distributietandwielen en krukas.

Deze minimalisering van bewegende delen kan zich vertalen in een betere betrouwbaarheid van een rotatiemotor. Dit is de reden waarom sommige vliegtuigfabrikanten (waaronder de maker van Skycar) rotatiemotoren verkiezen boven zuigermotoren.

Soepeler

Alle onderdelen in een rotatiemotor draaien continu in één richting, in plaats van gewelddadig van richting te veranderen zoals de zuigers in een conventionele motor doen. Roterende motoren zijn intern uitgebalanceerd met draaiende contragewichten die gefaseerd zijn om eventuele trillingen op te heffen.

De vermogensafgifte in een rotatiemotor is ook soepeler. Omdat elke verbrandingsgebeurtenis tot 90 graden van de rotatie van de rotor duurt en de uitgaande as drie omwentelingen draait voor elke omwenteling van de rotor, duurt elke verbrandingsgebeurtenis tot 270 graden van de rotatie van de uitgaande as. Dit betekent dat een motor met één rotor vermogen levert voor driekwart van elke omwenteling van de uitgaande as. Vergelijk dit met een eencilinder zuigermotor, waarbij verbranding plaatsvindt gedurende 180 graden uit elke twee omwentelingen, of slechts een kwart van elke omwenteling van de krukas (de uitgaande as van een zuigermotor).

Langzamer

Omdat de rotoren draaien met een derde van de snelheid van de uitgaande as, bewegen de belangrijkste bewegende delen van de motor langzamer dan de onderdelen van een zuigermotor. Dit helpt ook bij de betrouwbaarheid.

Uitdagingen

Er zijn enkele uitdagingen bij het ontwerpen van een rotatiemotor:

• Meestal is het moeilijker (maar niet onmogelijk) om een ​​rotatiemotor te laten voldoen aan de Amerikaanse emissievoorschriften.
• De fabricagekosten kunnen hoger zijn, vooral omdat het aantal van deze geproduceerde motoren niet zo hoog is als het aantal zuigermotoren.
• Ze verbruiken doorgaans meer brandstof dan een zuigermotor, omdat de thermodynamische efficiëntie van de motor wordt verminderd door de lange vorm van de verbrandingskamer en de lage compressieverhouding.

Bekijk de links op de volgende pagina voor meer informatie over rotatiemotoren en aanverwante onderwerpen.

gerelateerde artikelen

• Quizhoek: auto-motorquiz
• Hoe automotoren werken
• Hoe gasturbinemotoren werken
• Hoe tweetaktmotoren werken
• Hoe dieselmotoren werken
• Hoe diesel-tweetaktmotoren werken
• Hoe versnellingen werken
• Hoe NASCAR-raceauto's werken
• Hoe de Aptera Hybrid werkt
• Wat is een tankmotor, zoals in "Thomas the Tank Engine"?

Meer geweldige links

• Wankel-roterende verbrandingsmotor - theorie, ontwerp en werkingsprincipes
• Gegevens roterende verbrandingsmotor
• Bio - Dr. Felix Wankel
• Mini-roterende motor
• RotaryNews.com