기존 자동차 엔진 설계의 문제점 중 하나는 피스톤이 실린더에서 위아래로 직선으로 움직여 왕복 운동이라고 알려진 것을 생성한다는 것입니다.
트윈 로터 방켈 내부
그러나 로드 휠은 다른 종류의 모션, 즉 회전 모션이 필요합니다. 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하기 위해 피스톤이 크랭크 샤프트에 연결되어 피스톤이 위아래로 움직일 때 크랭크 샤프트가 회전합니다. 그런 다음 크랭크 샤프트의 회전 운동이 로드휠에 전달되어 회전할 수 있습니다.
피스톤이 위아래로 움직이는 대신 회전할 수 있다면 자동차 엔진은 훨씬 더 간단할 것입니다. 이렇게 생성된 회전 운동이 로드 휠에 직접 전달될 수 있기 때문입니다(기어링은 여전히 필요하지만).
이러한 회전식 엔진의 또 다른 이점은 피스톤이 항상 같은 방향(원)으로 이동한다는 것입니다. 왕복 엔진에서와 같이 피스톤을 스트로크 끝에서 멈추고 반대 방향으로 다시 가속해도 엔진의 동력이 낭비되지 않습니다.
아이디어의 매력에도 불구하고, 한 가지 유형의 로터리 엔진만이 자동차에 성공적으로 사용되었습니다. FelixWankel에서 개발한 Wankel 엔진입니다.
그는 1938년에 로터리 압축기에 대한 연구를 시작했습니다. 제2차 세계 대전 후 NSU(나중에 독일 자동차 제조업체가 되어 VW Audi의 일부가 됨)와 협력하여 압축기를 실용적인 내연 기관으로 전환했습니다.
1957년까지 Wankel은 테스트 베드에서 작동하는 실험적인 로터리 엔진을 제작했으며 1964년 이 엔진은 NSU WankelSpyder에서 대중에게 제공되었습니다. 이 소형 후방 엔진 스포츠카는 498cc Wankel 엔진을 장착했지만 50bhp를 개발할 수 있었고 최고 속도는 95mph(152km/h)였습니다.
Spyder는 대중의 눈에 띄지 않았으며 실제로 Wankel 엔진의 명성을 가져온 차는 NSU R080으로 1968년 올해의 차에 선정되었습니다. 이 엔진은 995c의 트윈 로터 엔진을 장착하고 110mph(176km/h)에 도달할 수 있습니다. ).
Wankel 엔진의 핵심은 로터 하우징 내부에서 회전하는 로터라고 하는 3면 피스톤입니다. 하우징의 양쪽에는 엔드플레이트가 있습니다.
로터의 측면은 3개의 로브로 구부러져 있고 로터 하우징은 대략 8자 뚱뚱한 형태로 로터가 회전함에 따라 로터의 양쪽과 하우징 사이의 간격이 교대로 커지고 작아집니다. 이 끊임없이 변화하는 간격은 연소 과정의 핵심입니다.
연료/공기 혼합물은 하우징 벽과 로터의 로브 중 하나 사이에 갇힌 부피가 증가하는 시점에서 하우징에 들어가도록 시간이 설정됩니다. 이 부피가 증가함에 따라 진공이 생성되어 하우징과 엔드플레이트의 포트를 통해 연료/공기 혼합물을 끌어들입니다.
로터가 회전하면서 이 부피가 줄어들기 시작하여 연료/공기 혼합물을 압축합니다. 그런 다음 이 혼합물은 점화 플러그를 지나 하우징 벽에 고정됩니다. 점화 플러그가 점화되어 혼합물을 점화하여 혼합물을 팽창시키고 회전자를 회전시킵니다. 이 시점에서 로터와 하우징 사이의 부피가 증가하여 이러한 가스 팽창을 허용합니다. 마지막으로 부피가 다시 감소하여 배기 포트를 통해 배기 가스를 강제로 배출합니다.
따라서 로터는 왕복엔진과 동일한 4행정 사이클(유도, 압축, 동력 및 배기)을 거치지만 로터의 3개 로브는 각각 이 과정을 연속적으로 거치므로 로터가 1회전할 때마다 3개의 동력 행정이 있습니다.
로터의 중심을 통과하는 출력 샤프트는 로터가 자동 기어박스에서와 유사한 유성 기어 시스템에 의해 연결되어 있습니다(시스템 44 및 45 참조). 기어링은 로터가 편심 궤도를 따라갈 수 있도록 하여 세 개의 로터 팁이 하우징에 지속적으로 닿도록 합니다.
로터가 회전하면서 이 샤프트를 회전시킵니다. 샤프트는 이 회전 운동을 변속기와 로드 휠로 전달합니다.
압축 
점화 
배기 
Wankel 엔진의 설계는 밸브가 없음을 의미합니다. 연료/공기 혼합물은 로터 하우징과 엔드플레이트의 포트를 통해 챔버에 들어오고 나가기만 하면 됩니다. 따라서 로커, 캠축 또는 푸시로드도 없습니다.
이것은 Wankel이 왕복 엔진 부품 수의 약 절반을 가지고 있음을 의미합니다. 또한 더 가볍고 컴팩트합니다. 그러나 스타터, 발전기, 냉각 시스템, 기화기 또는 연료 분사, 오일 펌프 등 다른 엔진과 동일한 보조 장치가 많이 필요합니다. 이 모든 것을 갖춘 엔진이 설치되면 엔진 자체의 소형화 및 경량화의 이점을 많이 잃게 됩니다.
그럼에도 불구하고 Ro80의 Wankel 엔진은 부드러운 주행과 진동이 없다는 평가를 받았습니다. 이것은 부분적으로 엔진이 서로 일렬로 설정되어 있지만 별도의 하우징에 있는 두 개의 로터를 깎고 있기 때문입니다. 각각은 동일한 출력 샤프트를 중심으로 회전했지만 타이밍은 180°로 설정되어 한 로터에서 생성된 불균형 힘이 다른 로터의 동일한 힘에 의해 상쇄되어 더 균일한 움직임을 공동으로 생성할 수 있습니다.
Wankel의 기본 설계가 확립되자 곧 문제가 드러났습니다. 하나는 씰웨어였습니다. 로터는 하우징의 고압축 부분에서 저압축 부분으로 팁을 지나서 가스가 스며들지 않도록 모든 면이 밀봉되어 있습니다. 이 씰은 마모 및 파손되기 쉬우며 엔진의 압축 및 출력 손실을 초래했습니다.
왕복 엔진에서 이 밀봉은 부분적으로는 밸브에 의해, 부분적으로는 피스톤 링에 의해 수행되지만 Wankel 엔진의 씰은 특정 문제를 제기했습니다.
씰은 낮은 엔진 속도에서 가장 효과적이지 않았으며, 하우징 측면에 밀착되도록 스프링을 장착해야 했습니다.
그러나 높은 엔진 속도에서는 원심력과 높은 가스 압력의 조합으로 인해 씰이 하우징에 대해 훨씬 더 세게 가해집니다. 그 결과 마찰은 힘의 손실과 봉인의 상당한 마모를 의미했으며 곧 파손되었습니다.
초기 Wankels에는 탄소로 만든 씰이 있었지만 이후 디자인에는 특수 주철 씰이 있어 내구성이 더 뛰어났습니다. 추가 보호를 위해 하우징 내부와 엔드플레이트에 내구성 코팅이 되어 있습니다.
두 번째 주요 문제는 씰의 '채터링'으로 인한 8자형 주행 표면의 마모입니다. 이로 인해 주행면에 주름이 생기고 엔진 수명이 단축됩니다.
Wankel 엔진의 또 다른 문제는 연소실의 모양입니다. 일반적인 왕복 엔진에서 챔버는 대략 반구형이므로 연료/공기 혼합물이 고르게 그리고 점진적으로 연소되도록 합니다. Wankel 엔진에서 연소실은 필연적으로 길고 평평하며 최적의 연소를 훨씬 더 어렵게 만드는 모양입니다.
연소실 문제에 대한 부분적인 해결책은 짧은 거리에 위치한 두 개의 점화 플러그를 장착하는 것이었습니다. RX-7이 현재 영국에서 판매되고 있는 유일한 Wankel 엔진 자동차인 Mazda(아래 참조)는 두 개의 플러그를 장착하여 이 원칙을 한 단계 더 발전시켰습니다. 이 배열에는 2개의 코일이 있는 2개의 개별 점화 시스템이 필요합니다.
Wankel의 강력한 성능과 부드러운 성능에도 불구하고 지금까지 대다수의 자동차 제조업체에서 주목받지 못했습니다.
주된 이유는 연료/공기 혼합물이 고르지 않게 연소되는 경향으로 인한 높은 연료 소비입니다. Wankel 엔진의 불균일한 연소도 부분연소 탄화수소의 높은 배출 수준(배기 오염)이라는 또 다른 문제를 만듭니다.
R080이 Wankelengine의 이론적인 장점을 부각시킨 이후 몇 년 동안 다양한 오일 위기와 정부와 대중의 지속적인 압력이 있어 배기 가스 수준을 낮추고 연료 소비를 개선했습니다.
이러한 요구 중 어느 것도 방켈 엔진을 선호하지 않으며, 더 나아가 대부분의 자동차 제조업체가 기존 엔진의 효율성을 개선하는 데 많은 시간과 비용을 투자해야 했습니다.
