Rotační motor je spalovací motor, stejně jako motor ve vašem autě, ale funguje zcela jiným způsobem než konvenční pístový motor.
V pístovém motoru stejný objem prostoru (válec) střídavě vykonává čtyři různé úkoly -- sání, kompresi, spalování a výfuk. Rotační motor vykonává tyto čtyři stejné úkoly, ale každý z nich probíhá ve své vlastní části krytu. Je to něco jako mít vyhrazený válec pro každou ze čtyř úloh, přičemž píst se neustále pohybuje od jedné k druhé.
Rotační motor (původně navržený a vyvinutý Dr. Felixem Wankelem) se někdy nazývá Wankelův motor nebo Wankelův rotační motor .
V tomto článku se dozvíme, jak funguje rotační motor. Začněme základními principy v práci.
Obsah
Stejně jako pístový motor využívá rotační motor tlak vytvořený při spalování směsi vzduchu a paliva. V pístovém motoru je tento tlak obsažen ve válcích a nutí písty k pohybu tam a zpět. Ojnice a klikový hřídel převádějí vratný pohyb pístů na rotační pohyb, který lze použít k pohonu automobilu.
V rotačním motoru je tlak spalování obsažen v komoře tvořené částí skříně a utěsněnou jedním čelem trojúhelníkového rotoru, což je to, co motor používá místo pístů.
Rotor sleduje dráhu, která vypadá jako něco, co byste vytvořili pomocí spirografu. Tato dráha udržuje každý ze tří vrcholů rotoru v kontaktu se skříní a vytváří tři samostatné objemy plynu. Jak se rotor pohybuje po komoře, každý ze tří objemů plynu se střídavě rozšiřuje a smršťuje. Právě tato expanze a kontrakce nasává vzduch a palivo do motoru, stlačuje jej a vytváří užitečný výkon, když se plyny rozpínají, a pak vytlačuje výfuk.
Podíváme se do útrob rotačního motoru, abychom zkontrolovali díly, ale nejprve se podíváme na nový model auta se zcela novým rotačním motorem.
Mazda byla průkopníkem ve vývoji sériových vozů, které používají rotační motory. RX-7, který se začal prodávat v roce 1978, byl pravděpodobně nejúspěšnějším vozem poháněným rotačním motorem. Předcházela mu však řada automobilů s rotačním motorem, nákladních automobilů a dokonce i autobusů, počínaje modelem Cosmo Sport z roku 1967. Posledním rokem prodeje RX-7 ve Spojených státech byl rok 1995, ale rotační motor se má vrátit v blízké budoucnosti.
Mazda RX-8, nový vůz od Mazdy, má nový, oceněný rotační motor nazvaný RENESIS . Tento atmosférický dvourotorový motor, označený jako Mezinárodní motor roku 2003, bude produkovat asi 250 koní. Další informace naleznete na webových stránkách Mazdy RX-8.
Rotační motor má zapalovací systém a systém dodávky paliva, které jsou podobné těm na pístových motorech. Pokud jste nikdy neviděli vnitřek rotačního motoru, připravte se na překvapení, protože toho moc nepoznáte.
Rotor má tři konvexní plochy, z nichž každá působí jako píst. Každá strana rotoru má v sobě kapsu, která zvyšuje zdvihový objem motoru a poskytuje více prostoru pro směs vzduchu a paliva.
Na vrcholu každého čela je kovová čepel, která tvoří těsnění vůči vnější straně spalovací komory. Na každé straně rotoru jsou také kovové kroužky, které těsní ke stranám spalovací komory.
Rotor má sadu vnitřních zubů ozubených kol vyříznutých do středu jedné strany. Tyto zuby lícují s ozubeným kolem, které je připevněno ke skříni. Toto spojení ozubených kol určuje dráhu a směr, kterým rotor prochází skříní.
Pouzdro má zhruba oválný tvar (ve skutečnosti se jedná o epitrochoid -- podívejte se na tuto ukázku Java, jak je tvar odvozen). Tvar spalovací komory je navržen tak, aby tři konce rotoru vždy zůstaly v kontaktu se stěnou komory a vytvořily tři utěsněné objemy plynu.
Každá část skříně je věnována jedné části spalovacího procesu. Tyto čtyři sekce jsou:
Sací a výfukové otvory jsou umístěny v krytu. V těchto portech nejsou žádné ventily. Výfukový port se připojuje přímo k výfuku a sací port se připojuje přímo k škrticí klapce.
Výstupní hřídel má kulaté výstupky namontované excentricky, což znamená, že jsou odsazeny od středové osy hřídele. Každý rotor zapadá přes jeden z těchto laloků. Lalok funguje jako klikový hřídel v pístovém motoru. Když rotor sleduje svou dráhu kolem pouzdra, tlačí na laloky. Vzhledem k tomu, že laloky jsou namontovány excentricky k výstupnímu hřídeli, síla, kterou rotor působí na laloky, vytváří točivý moment v hřídeli, který způsobuje jeho otáčení.
Nyní se podívejme na to, jak jsou tyto části sestaveny a jak to vyrábí energii.
Rotační motor je sestaven ve vrstvách. Dvourotorový motor, který jsme rozebrali, má pět hlavních vrstev, které drží pohromadě prstenec dlouhých šroubů. Chladicí kapalina proudí průchody obklopujícími všechny díly.
Dvě koncové vrstvy obsahují těsnění a ložiska pro výstupní hřídel. Také těsní ve dvou částech skříně, které obsahují rotory. Vnitřní povrchy těchto dílů jsou velmi hladké, což pomáhá těsnění na rotoru dělat svou práci. Na každém z těchto koncových dílů je umístěn sací port.
Další vrstvou zvenčí je oválný kryt rotoru, který obsahuje výfukové otvory. Toto je část krytu, která obsahuje rotor.
Středový díl obsahuje dva sací otvory, jeden pro každý rotor. Také odděluje dva rotory, takže jeho vnější povrchy jsou velmi hladké.
Uprostřed každého rotoru je velké vnitřní ozubené kolo, které obíhá kolem menšího ozubeného kola, které je připevněno ke skříni motoru. To je to, co určuje dráhu rotoru. Rotor také běží na velkém kruhovém laloku na výstupním hřídeli.
Dále uvidíme, jak motor skutečně vyrábí výkon.
Rotační motory využívají čtyřdobý spalovací cyklus, což je stejný cyklus jako čtyřdobé pístové motory. Ale v rotačním motoru je toho dosaženo zcela jiným způsobem.
Pokud se budete pozorně dívat, uvidíte ofsetový lalok na výstupním hřídeli, který se třikrát roztočí na každou úplnou otáčku rotoru.
Srdcem rotačního motoru je rotor. To je zhruba ekvivalent pístů v pístovém motoru. Rotor je namontován na velkém kruhovém laloku na výstupním hřídeli. Tento lalok je odsazen od středové osy hřídele a funguje jako klika na navijáku, což dává rotoru páku, kterou potřebuje k otáčení výstupního hřídele. Jak rotor obíhá uvnitř krytu, tlačí lalok kolem dokola v těsných kruzích a otáčí se třikrát za každou jednu otáčku rotoru.
Jak se rotor pohybuje pouzdrem, tři komory vytvořené rotorem mění velikost. Tato změna velikosti vyvolá pumpovací akci. Pojďme si projít každý ze čtyř zdvihů motoru při pohledu na jednu stranu rotoru.
Sací fáze cyklu začíná, když špička rotoru prochází sacím otvorem. V okamžiku, kdy je sací otvor vystaven komoře, objem této komory se blíží svému minimu. Jak se rotor pohybuje za sacím otvorem, objem komory se rozšiřuje a nasává směs vzduchu a paliva do komory.
Když vrchol rotoru projde sacím otvorem, komora se utěsní a začne komprese.
Jak rotor pokračuje ve svém pohybu kolem pouzdra, objem komory se zmenšuje a směs vzduchu a paliva se stlačuje. V době, kdy se čelo rotoru přiblížilo k zapalovacím svíčkám, je objem komory opět blízko minima. Tehdy začíná spalování.
Většina rotačních motorů má dvě zapalovací svíčky. Spalovací komora je dlouhá, takže plamen by se šířil příliš pomalu, pokud by byla pouze jedna zátka. Když zapalovací svíčky zapálí směs vzduchu a paliva, rychle se zvýší tlak, což přinutí rotor k pohybu.
Spalovací tlak nutí rotor pohybovat se ve směru, který zvětšuje objem komory. Spalovací plyny pokračují v expanzi, pohybují rotorem a vytvářejí energii, dokud vrchol rotoru neprojde výfukovým otvorem.
Jakmile vrchol rotoru projde výfukovým otvorem, vysokotlaké spalovací plyny mohou volně proudit výfukem. Jak se rotor dále pohybuje, komora se začne smršťovat a vytlačuje zbývající výfukové plyny ven z otvoru. Když se objem komory blíží minimu, vrchol rotoru projde sacím otvorem a celý cyklus začíná znovu.
Na rotačním motoru je úhledné to, že každá ze tří čel rotoru pracuje vždy na jedné části cyklu -- při jedné úplné otáčkě rotoru proběhnou tři spalovací zdvihy. Pamatujte však, že výstupní hřídel se otočí třikrát na každou úplnou otáčku rotoru, což znamená, že na každou otáčku výstupního hřídele připadá jeden spalovací zdvih.
Existuje několik definujících charakteristik, které odlišují rotační motor od typického pístového motoru.
Rotační motor má mnohem méně pohyblivých částí než srovnatelný čtyřdobý pístový motor. Dvourotorový rotační motor má tři hlavní pohyblivé části:dva rotory a výstupní hřídel. I ten nejjednodušší čtyřválcový pístový motor má nejméně 40 pohyblivých částí, včetně pístů, ojnic, vačkového hřídele, ventilů, ventilových pružin, vahadel, rozvodového řemene, rozvodových kol a klikového hřídele.
Tato minimalizace pohyblivých částí se může promítnout do lepší spolehlivosti rotačního motoru. To je důvod, proč někteří výrobci letadel (včetně výrobce Skycar) preferují rotační motory před pístovými motory.
Všechny části v rotačním motoru se otáčí nepřetržitě v jednom směru, spíše než násilně mění směry jako písty v konvenčním motoru. Rotační motory jsou vnitřně vyváženy rotujícími protizávažími, která jsou fázována tak, aby eliminovala jakékoli vibrace.
Dodávka výkonu v rotačním motoru je také hladší. Protože každé spalování trvá přes 90 stupňů rotace rotoru a výstupní hřídel se otočí o tři otáčky na každou otáčku rotoru, každé spalování trvá přes 270 stupňů rotace výstupního hřídele. To znamená, že jednorotorový motor dodává výkon po tři čtvrtiny každé otáčky výstupního hřídele. Porovnejte to s jednoválcovým pístovým motorem, ve kterém ke spalování dochází během 180 stupňů z každých dvou otáčky nebo pouze čtvrtinu každé otáčky klikového hřídele (výstupního hřídele pístového motoru).
Protože se rotory točí třetinovou rychlostí výstupního hřídele, pohybují se hlavní pohyblivé části motoru pomaleji než části pístového motoru. To také přispívá ke spolehlivosti.
Při navrhování rotačního motoru existují určité problémy:
Další informace o rotačních motorech a souvisejících tématech naleznete v odkazech na další stránce.
Původně zveřejněno:29. března 2001
