Wie Rotationsmotoren funktionieren

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Rotationsmotoren sind in einigen leistungsstarken Sportwagen zu finden. Möchten Sie mehr erfahren? Schauen Sie sich diese Automotorbilder an. HSW

Ein Rotationsmotor ist ein Verbrennungsmotor, wie der Motor in Ihrem Auto, funktioniert jedoch ganz anders als der herkömmliche Kolbenmotor.

In einem Kolbenmotor erledigt das gleiche Raumvolumen (der Zylinder) abwechselnd vier verschiedene Aufgaben - Einlass, Kompression, Verbrennung und Auslass. Ein Rotationsmotor erledigt diese vier Aufgaben, aber jede erfolgt in einem eigenen Teil des Gehäuses. Es ist so, als hätte man für jeden der vier Jobs einen eigenen Zylinder, wobei sich der Kolben kontinuierlich von einem zum nächsten bewegt.

Der Rotationsmotor (ursprünglich von Dr. Felix Wankel konzipiert und entwickelt) wird manchmal als a bezeichnet Wankelmotor, oder Wankel-Rotationsmotor.

In diesem Artikel erfahren Sie, wie ein Rotationsmotor funktioniert. Beginnen wir mit den Grundprinzipien bei der Arbeit.-

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Inhalt
  1. Prinzipien eines Rotationsmotors
  2. Die Teile eines Rotationsmotors
  3. Rotationsmotorbaugruppe
  4. Rotationsmotorleistung
  5. Unterschiede und Herausforderungen
Der Rotor und das Gehäuse eines Rotationsmotors eines Mazda RX-7: Diese Teile ersetzen die Kolben, Zylinder, Ventile, Pleuel und Nockenwellen von Kolbenmotoren.

Wie ein Kolbenmotor nutzt der Rotationsmotor den Druck, der entsteht, wenn eine Kombination aus Luft und Kraftstoff verbrannt wird. In einem Kolbenmotor ist dieser Druck in den Zylindern enthalten und zwingt die Kolben, sich hin und her zu bewegen. Die Pleuel und die Kurbelwelle wandeln die Hin- und Herbewegung der Kolben in eine Drehbewegung um, mit der ein Auto angetrieben werden kann.

Bei einem Rotationsmotor ist der Verbrennungsdruck in einer Kammer enthalten, die von einem Teil des Gehäuses gebildet und von einer Seite des dreieckigen Rotors abgedichtet wird, was der Motor anstelle von Kolben verwendet.

Der Rotor folgt einem Pfad, der aussieht wie etwas, das Sie mit einem Spirographen erstellen würden. Dieser Pfad hält jede der drei Spitzen des Rotors in Kontakt mit dem Gehäuse und erzeugt drei separate Gasvolumina. Während sich der Rotor um die Kammer bewegt, dehnt sich jedes der drei Gasvolumina abwechselnd aus und zieht sich zusammen. Es ist diese Expansion und Kontraktion, die Luft und Kraftstoff in den Motor zieht, ihn komprimiert und nützliche Energie erzeugt, wenn sich die Gase ausdehnen und dann das Abgas ausstößt.

Wir werden einen Blick in einen Rotationsmotor werfen, um die Teile zu überprüfen, aber zuerst schauen wir uns ein neues Modellauto mit einem brandneuen Rotationsmotor an.

-Mazda RX-8

-Mazda war ein Pionier bei der Entwicklung von Serienautos mit Rotationsmotoren. Der RX-7, der 1978 in den Handel kam, war wahrscheinlich das erfolgreichste Auto mit Rotationsmotor. Dem ging jedoch eine Reihe von Autos, Lastwagen und sogar Bussen mit Rotationsmotor voraus, beginnend mit dem Cosmo Sport von 1967. Das letzte Jahr, in dem der RX-7 in den USA verkauft wurde, war 1995, aber der Rotationsmotor wird in naher Zukunft ein Comeback erleben.

Der Mazda RX-8, ein neues Auto von Mazda, hat einen neuen, preisgekrönten Rotationsmotor namens RENESIS. Dieser Zwei-Rotor-Saugmotor wurde zum internationalen Motor des Jahres 2003 gekürt und leistet rund 250 PS. Weitere Informationen finden Sie auf der RX-8-Website von Mazda.

-Ein Rotationsmotor hat ein Zündsystem und ein Kraftstoffzufuhrsystem, die denen bei Kolbenmotoren ähnlich sind. Wenn Sie noch nie das Innere eines Rotationsmotors gesehen haben, sollten Sie sich auf eine Überraschung einstellen, denn Sie werden nicht viel erkennen.

Rotor

Der Rotor hat drei konvexe Flächen, von denen jede wie ein Kolben wirkt. Auf jeder Seite des Rotors befindet sich eine Tasche, die den Hubraum des Motors vergrößert und mehr Platz für das Luft / Kraftstoff-Gemisch bietet.

An der Spitze jeder Fläche befindet sich eine Metallklinge, die die Außenseite der Brennkammer abdichtet. Auf jeder Seite des Rotors befinden sich Metallringe, die an den Seiten der Brennkammer abdichten.

Der Rotor hat einen Satz von Innenzähnen, die in die Mitte einer Seite geschnitten sind. Diese Zähne passen zu einem Zahnrad, das am Gehäuse befestigt ist. Diese Zahnradpaarung bestimmt den Weg und die Richtung, die der Rotor durch das Gehäuse nimmt.

Gehäuse

Das Gehäuse hat eine ungefähr ovale Form (es ist eigentlich eine Epitrochoid -- Schauen Sie sich diese Java-Demonstration an, wie die Form abgeleitet wird. Die Form der Brennkammer ist so ausgelegt, dass die drei Spitzen des Rotors immer in Kontakt mit der Wand der Kammer bleiben und drei abgedichtete Gasvolumina bilden.

Jeder Teil des Gehäuses ist einem Teil des Verbrennungsprozesses gewidmet. Die vier Abschnitte sind:

  • Aufnahme
  • Kompression
  • Verbrennung
  • Auspuff

Die Einlass- und Auslassöffnungen befinden sich im Gehäuse. In diesen Anschlüssen befinden sich keine Ventile. Die Auslassöffnung ist direkt mit dem Auslass verbunden, und die Einlassöffnung ist direkt mit der Drossel verbunden.

Die Abtriebswelle (Beachten Sie die Exzenterkeulen.)

Abtriebswelle

Die Abtriebswelle hat exzentrisch montierte Rundkeulen, was bedeutet, dass sie von der Mittellinie der Welle versetzt sind. Jeder Rotor passt über einen dieser Lappen. Der Nocken wirkt ähnlich wie die Kurbelwelle in einem Kolbenmotor. Wenn der Rotor seinem Weg um das Gehäuse folgt, drückt er auf die Lappen. Da die Nocken exzentrisch zur Abtriebswelle montiert sind, erzeugt die Kraft, die der Rotor auf die Nocken ausübt, ein Drehmoment in der Welle, wodurch diese sich dreht.

Schauen wir uns nun an, wie diese Teile zusammengebaut werden und wie sie Strom erzeugen.

-Ein Rotationsmotor ist in Schichten zusammengebaut. Der von uns zerlegte Zwei-Rotor-Motor hat fünf Hauptschichten, die durch einen Ring aus langen Schrauben zusammengehalten werden. Kühlmittel fließt durch Durchgänge, die alle Teile umgeben.

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Die beiden Endschichten enthalten die Dichtungen und Lager für die Abtriebswelle. Sie dichten auch die beiden Gehäuseteile ab, in denen sich die Rotoren befinden. Die Innenflächen dieser Teile sind sehr glatt, was den Dichtungen am Rotor hilft, ihre Arbeit zu erledigen. An jedem dieser Endstücke befindet sich eine Einlassöffnung.

Der Teil des Rotorgehäuses, der die Rotoren hält (Beachten Sie die Position der Auslassöffnung.)

Die nächste Schicht von außen ist das ovale Rotorgehäuse, das die Auslassöffnungen enthält. Dies ist der Teil des Gehäuses, der den Rotor enthält.

Das Mittelstück enthält zwei Einlassöffnungen, eine für jeden Rotor. Es trennt auch die beiden Rotoren, so dass seine Außenflächen sehr glatt sind.

Das Mittelstück enthält eine weitere Einlassöffnung für jeden Rotor.

In der Mitte jedes Rotors befindet sich ein großes Innenzahnrad, das um ein kleineres Zahnrad herum fährt, das am Gehäuse des Motors befestigt ist. Dies bestimmt die Umlaufbahn des Rotors. Der Rotor fährt auch auf der großen Kreiskeule auf der Abtriebswelle.

Als nächstes werden wir sehen, wie der Motor tatsächlich Leistung erzeugt.

Rotationsmotoren verwenden den Viertakt-Verbrennungszyklus, der der gleiche Zyklus ist, den Viertakt-Kolbenmotoren verwenden. Bei einem Rotationsmotor wird dies jedoch auf ganz andere Weise erreicht.

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Wenn Sie genau hinschauen, sehen Sie, dass sich die versetzte Nase auf der Abtriebswelle bei jeder vollständigen Umdrehung des Rotors dreimal dreht.

Das Herz eines Rotationsmotors ist der Rotor. Dies entspricht in etwa den Kolben eines Kolbenmotors. Der Rotor ist auf einer großen Kreiskeule auf der Abtriebswelle montiert. Dieser Nocken ist von der Mittellinie der Welle versetzt und wirkt wie der Kurbelgriff einer Winde, wodurch der Rotor die Hebelwirkung erhält, die er zum Drehen der Abtriebswelle benötigt. Während der Rotor im Inneren des Gehäuses umkreist, drückt er den Lappen in engen Kreisen herum und dreht sich drei Mal für jede Umdrehung des Rotors.

Während sich der Rotor durch das Gehäuse bewegt, ändern sich die drei durch den Rotor erzeugten Kammern. Diese Größenänderung erzeugt eine Pumpwirkung. Lassen Sie uns jeden der vier Motorhübe durchgehen und eine Seite des Rotors betrachten.

Aufnahme

Die Einlassphase des Zyklus beginnt, wenn die Spitze des Rotors die Einlassöffnung passiert. In dem Moment, in dem die Einlassöffnung der Kammer ausgesetzt ist, liegt das Volumen dieser Kammer nahe an ihrem Minimum. Wenn sich der Rotor an der Einlassöffnung vorbei bewegt, dehnt sich das Volumen der Kammer aus und zieht Luft / Kraftstoff-Gemisch in die Kammer.

Wenn die Spitze des Rotors die Einlassöffnung passiert, wird diese Kammer abgedichtet und die Kompression beginnt.

Kompression

Wenn der Rotor seine Bewegung um das Gehäuse fortsetzt, wird das Volumen der Kammer kleiner und das Luft / Kraftstoff-Gemisch wird komprimiert. Bis die Stirnseite des Rotors die Zündkerzen erreicht hat, ist das Volumen der Kammer wieder nahe an ihrem Minimum. Dies ist der Zeitpunkt, an dem die Verbrennung beginnt.

Verbrennung

Die meisten Rotationsmotoren haben zwei Zündkerzen. Die Brennkammer ist lang, daher würde sich die Flamme zu langsam ausbreiten, wenn nur ein Stopfen vorhanden wäre. Wenn die Zündkerzen das Luft / Kraftstoff-Gemisch entzünden, baut sich schnell ein Druck auf, der den Rotor zur Bewegung zwingt.

Der Verbrennungsdruck zwingt den Rotor, sich in die Richtung zu bewegen, in der die Kammer an Volumen zunimmt. Die Verbrennungsgase dehnen sich weiter aus, bewegen den Rotor und erzeugen Energie, bis die Spitze des Rotors die Auslassöffnung passiert.

Auspuff

Sobald die Spitze des Rotors die Auslassöffnung passiert, können die Hochdruckverbrennungsgase frei aus dem Auslass strömen. Während sich der Rotor weiter bewegt, beginnt sich die Kammer zusammenzuziehen, wodurch der verbleibende Auspuff aus dem Anschluss gedrückt wird. Wenn sich das Volumen der Kammer seinem Minimum nähert, passiert die Spitze des Rotors die Einlassöffnung und der gesamte Zyklus beginnt erneut.

Das Schöne am Rotationsmotor ist, dass jede der drei Seiten des Rotors immer an einem Teil des Zyklus arbeitet - bei einer vollständigen Umdrehung des Rotors gibt es drei Verbrennungshübe. Denken Sie jedoch daran, dass sich die Abtriebswelle bei jeder vollständigen Umdrehung des Rotors dreimal dreht, was bedeutet, dass für jede Umdrehung der Abtriebswelle ein Verbrennungshub vorhanden ist.

-Es gibt mehrere definierende Eigenschaften, die einen Rotationsmotor von einem typischen Kolbenmotor unterscheiden.

Weniger bewegliche Teile

Der Rotationsmotor hat weit weniger bewegliche Teile als ein vergleichbarer Viertaktkolbenmotor. Ein Zwei-Rotor-Rotationsmotor hat drei bewegliche Hauptteile: die beiden Rotoren und die Abtriebswelle. Selbst der einfachste Vierzylinderkolbenmotor hat mindestens 40 bewegliche Teile, einschließlich Kolben, Pleuel, Nockenwelle, Ventile, Ventilfedern, Wippen, Zahnriemen, Zahnräder und Kurbelwelle.

Diese Minimierung beweglicher Teile kann zu einer besseren Zuverlässigkeit eines Rotationsmotors führen. Aus diesem Grund bevorzugen einige Flugzeughersteller (einschließlich des Herstellers von Skycar) Rotationsmotoren gegenüber Kolbenmotoren.

Glatter

Alle Teile eines Rotationsmotors drehen sich kontinuierlich in eine Richtung, anstatt die Richtung heftig zu ändern, wie dies bei den Kolben eines herkömmlichen Motors der Fall ist. Rotationsmotoren sind intern mit sich drehenden Gegengewichten ausbalanciert, die schrittweise angeordnet sind, um Vibrationen auszugleichen.

Die Leistungsabgabe in einem Rotationsmotor ist ebenfalls gleichmäßiger. Da jedes Verbrennungsereignis 90 Grad der Rotordrehung dauert und die Abtriebswelle drei Umdrehungen für jede Umdrehung des Rotors dreht, dauert jedes Verbrennungsereignis 270 Grad der Rotation der Abtriebswelle. Dies bedeutet, dass ein Einrotormotor drei Viertel jeder Umdrehung der Abtriebswelle Leistung liefert. Vergleichen Sie dies mit einem Einzylinder-Kolbenmotor, bei dem die Verbrennung bei jeweils 180 Grad erfolgt zwei Umdrehungen oder nur ein Viertel jeder Umdrehung der Kurbelwelle (der Abtriebswelle eines Kolbenmotors).

Langsamer

Da sich die Rotoren mit einem Drittel der Drehzahl der Abtriebswelle drehen, bewegen sich die beweglichen Hauptteile des Motors langsamer als die Teile eines Kolbenmotors. Dies hilft auch bei der Zuverlässigkeit.

Herausforderungen

Bei der Entwicklung eines Rotationsmotors gibt es einige Herausforderungen:

  • Typischerweise ist es schwieriger (aber nicht unmöglich), einen Rotationsmotor den US-Emissionsvorschriften entsprechen zu lassen.
  • Die Herstellungskosten können höher sein, hauptsächlich weil die Anzahl dieser produzierten Motoren nicht so hoch ist wie die Anzahl der Kolbenmotoren.
  • Sie verbrauchen typischerweise mehr Kraftstoff als ein Kolbenmotor, da der thermodynamische Wirkungsgrad des Motors durch die lange Brennkammerform und das niedrige Verdichtungsverhältnis verringert wird.

Weitere Informationen zu Rotationsmotoren und verwandten Themen finden Sie unter den Links auf der nächsten Seite.

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  • Wankel-Rotationsverbrennungsmotor - Theorie, Design und Funktionsprinzipien
  • Rotationsverbrennungsmotordaten
  • Bio - Dr. Felix Wankel
  • Mini-Rotationsmotor
  • RotaryNews.com



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