로터리 엔진은 자동차의 엔진과 같은 내연 기관이지만 기존의 피스톤 엔진과는 완전히 다른 방식으로 작동합니다.
피스톤 엔진에서는 동일한 공간(실린더)이 흡기, 압축, 연소 및 배기의 4가지 다른 작업을 번갈아 수행합니다. 로터리 엔진은 이와 동일한 네 가지 작업을 수행하지만 각각은 하우징의 자체 부분에서 발생합니다. 피스톤이 한 작업에서 다음 작업으로 계속 이동하는 네 가지 작업 각각에 대해 전용 실린더가 있는 것과 같습니다.
로터리 엔진(원래 Felix Wankel 박사에 의해 고안 및 개발됨)은 때때로 Wankel 엔진이라고 불립니다. , 또는 Wankel 로터리 엔진 .
이 기사에서는 로터리 엔진이 어떻게 작동하는지 배울 것입니다. 업무의 기본 원칙부터 시작하겠습니다.
콘텐츠
피스톤 엔진과 마찬가지로 로터리 엔진은 공기와 연료의 조합이 연소될 때 생성되는 압력을 사용합니다. 피스톤 엔진에서 그 압력은 실린더에 포함되어 피스톤이 앞뒤로 움직이도록 합니다. 커넥팅 로드와 크랭크샤프트는 피스톤의 왕복 운동을 자동차에 동력을 공급하는 데 사용할 수 있는 회전 운동으로 변환합니다.
로터리 엔진에서 연소 압력은 하우징의 일부로 형성된 챔버에 포함되고 엔진이 피스톤 대신 사용하는 삼각형 로터의 한 면으로 밀봉됩니다.
로터는 Spirograph로 만들 수 있는 것과 같은 경로를 따릅니다. 이 경로는 로터의 3개 피크 각각을 하우징과 접촉하도록 유지하여 3개의 개별 부피의 가스를 생성합니다. 로터가 챔버 주위를 이동할 때 3가지 부피의 가스 각각이 교대로 팽창 및 수축합니다. 이 팽창과 수축은 공기와 연료를 엔진으로 끌어들이고 압축하여 가스가 팽창할 때 유용한 동력을 생성한 다음 배기가스를 배출합니다.
부품을 확인하기 위해 로터리 엔진 내부를 살펴보겠습니다. 먼저 완전히 새로운 로터리 엔진이 장착된 새 모델 자동차를 살펴보겠습니다.
Mazda는 로터리 엔진을 사용하는 양산차 개발의 선구자였습니다. 1978년에 출시된 RX-7은 아마도 가장 성공적인 로터리 엔진 동력 자동차였을 것입니다. 그러나 1967년 코스모 스포츠를 시작으로 로터리 엔진 자동차, 트럭 및 버스 시리즈가 등장했습니다. RX-7이 미국에서 판매된 마지막 해는 1995년이었지만 로터리 엔진은 가까운 시일 내에 컴백할 예정입니다.
Mazda의 새 자동차인 Mazda RX-8에는 수상 경력에 빛나는 RENESIS 로터리 엔진이 있습니다. . 2003년 국제 올해의 엔진으로 선정된 이 자연 흡기 2로터 엔진은 약 250마력을 생산합니다. 자세한 내용은 Mazda의 RX-8 웹사이트를 참조하십시오.
로터리 엔진에는 피스톤 엔진과 유사한 점화 시스템과 연료 전달 시스템이 있습니다. 로터리 엔진의 내부를 본 적이 없다면 많이 알아차리지 못할 것이기 때문에 놀랄 준비를 하십시오.
로터에는 3개의 볼록면이 있으며 각각은 피스톤처럼 작동합니다. 로터의 각 면에는 포켓이 있어 엔진의 변위를 증가시켜 공기/연료 혼합물을 위한 더 많은 공간을 허용합니다.
각 면의 정점에는 연소실 외부에 밀봉을 형성하는 금속 블레이드가 있습니다. 연소실의 측면을 밀봉하는 로터의 각 측면에도 금속 링이 있습니다.
로터에는 한 면의 중앙에 절단된 내부 기어 톱니 세트가 있습니다. 이 톱니는 하우징에 고정된 기어와 짝을 이룹니다. 이 기어 결합은 로터가 하우징을 통과하는 경로와 방향을 결정합니다.
하우징은 모양이 대략 타원형입니다(실제로는 에피트로코이드 -- 모양이 어떻게 파생되는지에 대한 이 Java 데모를 확인하세요. 연소실의 모양은 로터의 세 끝이 항상 챔버의 벽과 접촉하여 세 개의 밀봉된 가스 부피를 형성하도록 설계되었습니다.
하우징의 각 부분은 연소 과정의 한 부분에만 사용됩니다. 4개의 섹션은 다음과 같습니다.
흡기 및 배기 포트는 하우징에 있습니다. 이 포트에는 밸브가 없습니다. 배기 포트는 배기에 직접 연결되고 흡기 포트는 스로틀에 직접 연결됩니다.
출력 샤프트에는 편심으로 장착된 둥근 로브가 있습니다. 즉, 샤프트의 중심선에서 오프셋됩니다. 각 로터는 이러한 로브 중 하나에 맞습니다. 로브는 피스톤 엔진의 크랭크 샤프트와 같은 역할을 합니다. 로터가 하우징 주위의 경로를 따라가면서 로브를 밀어냅니다. 로브는 출력 샤프트에 편심으로 장착되기 때문에 로터가 로브에 가하는 힘은 샤프트에 토크를 생성하여 샤프트를 회전시킵니다.
이제 이러한 부품이 어떻게 조립되고 어떻게 전력을 생산하는지 살펴보겠습니다.
로터리 엔진은 레이어로 조립됩니다. 우리가 분해한 2-로터 엔진은 긴 볼트의 링으로 함께 고정된 5개의 주요 레이어를 가지고 있습니다. 냉각수는 모든 부품을 둘러싸고 있는 통로를 통해 흐릅니다.
두 개의 끝 레이어에는 출력 샤프트용 씰과 베어링이 포함되어 있습니다. 또한 로터를 포함하는 하우징의 두 섹션을 밀봉합니다. 이 부품의 내부 표면은 매우 매끄럽기 때문에 로터의 씰이 제 역할을 하는 데 도움이 됩니다. 이러한 각 끝 부분에는 흡기 포트가 있습니다.
외부에서 다음 층은 배기구를 포함하는 타원형 로터 하우징입니다. 로터가 들어있는 하우징 부분입니다.
중앙 부분에는 각 로터에 하나씩 2개의 흡기 포트가 있습니다. 또한 두 개의 로터를 분리하여 외부 표면이 매우 매끄럽습니다.
각 로터의 중앙에는 엔진 하우징에 고정된 더 작은 기어 주위에 회전하는 큰 내부 기어가 있습니다. 이것이 로터의 궤도를 결정하는 것입니다. 로터는 또한 출력 샤프트의 큰 원형 로브에 있습니다.
다음으로, 엔진이 실제로 어떻게 동력을 생성하는지 살펴보겠습니다.
로터리 엔진은 4행정 피스톤 엔진이 사용하는 것과 동일한 4행정 연소 사이클을 사용합니다. 그러나 로터리 엔진에서는 완전히 다른 방식으로 이 작업이 수행됩니다.
주의 깊게 관찰하면 로터가 완전히 회전할 때마다 출력 샤프트의 오프셋 로브가 세 번 회전하는 것을 볼 수 있습니다.
로터리 엔진의 핵심은 로터입니다. 이것은 피스톤 엔진의 피스톤과 거의 동일합니다. 로터는 출력 샤프트의 큰 원형 로브에 장착됩니다. 이 로브는 샤프트의 중심선에서 오프셋되어 있으며 윈치의 크랭크 핸들처럼 작동하여 로터가 출력 샤프트를 돌리는 데 필요한 지렛대를 제공합니다. 로터가 하우징 내부를 도는 동안 로브를 팽팽한 원으로 밀어 세 번 회전합니다. 로터가 1회전할 때마다.
로터가 하우징을 통과하면서 로터에 의해 생성된 3개의 챔버의 크기가 변경됩니다. 이 크기 변경은 펌핑 동작을 생성합니다. 로터의 한 면을 보고 엔진의 4행정을 각각 살펴보겠습니다.
사이클의 흡기 단계는 로터의 끝이 흡기 포트를 통과할 때 시작됩니다. 흡기 포트가 챔버에 노출되는 순간 해당 챔버의 체적은 최소에 가깝습니다. 로터가 흡기 포트를 지나감에 따라 챔버의 부피가 팽창하여 공기/연료 혼합물을 챔버로 끌어들입니다.
로터의 피크가 흡기 포트를 통과하면 해당 챔버가 밀봉되고 압축이 시작됩니다.
로터가 하우징 주위에서 계속 움직이면 챔버의 부피가 작아지고 공기/연료 혼합물이 압축됩니다. 로터의 면이 점화 플러그에 가까워지면 챔버의 부피는 다시 최소값에 가까워집니다. 연소가 시작되는 시점입니다.
대부분의 로터리 엔진에는 두 개의 점화 플러그가 있습니다. 연소실이 길기 때문에 플러그가 하나만 있으면 화염이 너무 천천히 퍼집니다. 점화 플러그가 공기/연료 혼합물을 점화하면 압력이 빠르게 형성되어 로터가 강제로 움직이게 됩니다.
연소 압력은 로터가 챔버의 부피를 증가시키는 방향으로 움직이도록 합니다. 연소 가스는 계속 팽창하여 로터를 움직이고 로터의 정점이 배기 포트를 통과할 때까지 동력을 생성합니다.
로터의 피크가 배기 포트를 통과하면 고압 연소 가스가 자유롭게 배출됩니다. 로터가 계속 움직이면 챔버가 수축하기 시작하여 나머지 배기 가스를 포트 밖으로 밀어냅니다. 챔버의 부피가 최소에 가까워지면 로터의 피크가 흡기 포트를 통과하고 전체 사이클이 다시 시작됩니다.
로터리 엔진의 깔끔한 점은 로터의 세 면 각각이 항상 사이클의 한 부분에서 작동한다는 것입니다. 로터가 한 번 완전히 회전하면 세 번의 연소 행정이 발생합니다. 그러나 출력 샤프트는 로터가 완전히 회전할 때마다 세 번 회전한다는 것을 기억하십시오. 즉, 출력 샤프트가 회전할 때마다 하나의 연소 행정이 있습니다.
로터리 엔진을 일반적인 피스톤 엔진과 구별하는 몇 가지 정의적인 특성이 있습니다.
로터리 엔진은 유사한 4행정 피스톤 엔진보다 움직이는 부품이 훨씬 적습니다. 2-로터 로터리 엔진에는 3개의 주요 움직이는 부품, 즉 2개의 로터와 출력 샤프트가 있습니다. 가장 단순한 4기통 피스톤 엔진일지라도 피스톤, 커넥팅 로드, 캠샤프트, 밸브, 밸브 스프링, 로커, 타이밍 벨트, 타이밍 기어 및 크랭크샤프트를 포함하여 적어도 40개의 움직이는 부품이 있습니다.
이렇게 움직이는 부품을 최소화하면 로터리 엔진의 신뢰성이 향상될 수 있습니다. 이것이 일부 항공기 제조업체(Skycar 제조업체 포함)가 피스톤 엔진보다 로터리 엔진을 선호하는 이유입니다.
로터리 엔진의 모든 부품은 기존 엔진의 피스톤처럼 급격하게 방향을 바꾸는 것이 아니라 한 방향으로 계속 회전합니다. 회전식 엔진은 진동을 상쇄하기 위해 단계적으로 회전하는 평형추와 내부적으로 균형을 이룹니다.
로터리 엔진의 동력 전달도 더 부드럽습니다. 각 연소 이벤트는 로터 회전의 90도까지 지속되고 출력 샤프트는 로터가 1회전할 때마다 3회전하기 때문에 각 연소 이벤트는 출력 샤프트 회전의 270도까지 지속됩니다. 이것은 단일 로터 엔진이 출력 샤프트의 각 회전의 4분의 3에 대해 동력을 전달한다는 것을 의미합니다. 이것을 2 중 180도 동안 연소가 발생하는 단일 실린더 피스톤 엔진과 비교하십시오. 회전 또는 크랭크축(피스톤 엔진의 출력축)의 각 회전의 1/4에 불과합니다.
로터는 출력 샤프트의 1/3 속도로 회전하기 때문에 엔진의 주요 움직이는 부품은 피스톤 엔진의 부품보다 느리게 움직입니다. 이는 안정성에도 도움이 됩니다.
로터리 엔진을 설계하는 데는 몇 가지 문제가 있습니다.
로터리 엔진 및 관련 주제에 대한 자세한 내용은 다음 페이지의 링크를 확인하십시오.
최초 발행일:2001년 3월 29일
