RX-7 로터리 엔진은어떤 방식으로 작동 하나요?

회전식 엔진은 자동차의 엔진과 같은 내연기관이지만, 기존의 피스톤 엔진과는 전혀 다른 방식으로 작동합니다.

피스톤 엔진에서, 같은 부피의 공간(실린더)은 흡기, 압축, 연소, 배기의 네 가지 다른 일을 번갈아 합니다. 회전식 엔진은 이 네 가지 일을 수행하지만, 각각은 하우징의 각자의 부분에서 발생합니다. 피스톤이 하나에서 다음으로 계속 이동하는 것은 네 가지 일을 위한 전용 실린더를 가진 것과 같습니다.

728x90

회전 엔진(원래 펠릭스 완켈 박사에 의해 구상되고 개발됨)은 때때로 완켈 엔진 또는 완켈 회전 엔진이라고 불립니다.

이 글에서는 회전식 엔진의 작동 원리에 대해 배울 것입니다. 우선 작업의 기본 원리부터 시작하겠습니다

회전식 엔진의 원리

피스톤 엔진과 마찬가지로 회전 엔진은 공기와 연료의 조합이 연소될 때 생성되는 압력을 사용합니다. 피스톤 엔진에서 이러한 압력은 실린더에 포함되어 피스톤이 앞뒤로 움직이게 합니다. 커넥팅 로드와 크랭크샤프트는 피스톤의 왕복 운동을 자동차의 동력으로 사용할 수 있는 회전 운동으로 변환합니다.

회전식 엔진에서, 연소 압력은 하우징의 일부에 의해 형성된 챔버에 포함되고 삼각형 로터의 일면에 의해 밀봉되며, 이는 피스톤 대신 엔진이 사용하는 것입니다.

로터는 스피로그래프로 만들 것처럼 보이는 경로를 따라갑니다. 이 경로는 로터의 세 개의 정점 각각을 하우징과 접촉하게 하여 세 개의 개별적인 가스 부피를 만듭니다. 로터가 챔버를 돌면서 세 개의 가스 부피 각각은 팽창과 수축을 번갈아 합니다. 이러한 팽창과 수축이 공기와 연료를 엔진으로 끌어들이고, 가스가 팽창할 때 압축과 유용한 동력을 만든 다음 배기가스를 배출합니다.

부품을 확인하기 위해 회전식 엔진 내부를 살펴보겠지만, 먼저 완전히 새로운 회전식 엔진이 장착된 새로운 모델 자동차를 살펴봅시다.

Mazda RX-8

마쓰다는 회전식 엔진을 사용하는 자동차 생산의 선구자였습니다. 1978년에 판매된 RX-7은 아마도 가장 성공적인 회전식 엔진 자동차였을 것입니다. 그러나 그것은 1967년 코스모 스포츠를 시작으로 일련의 회전식 엔진 자동차, 트럭 그리고 심지어 버스에 의해 선행되었습니다. RX-7이 미국에서 판매된 마지막 해는 1995년이었지만, 회전식 엔진은 가까운 미래에 다시 출시될 예정입니다.

반응형

마쓰다의 신차인 마쓰다 RX-8은 RENESIS라고 불리는 새롭고 수상 경력이 있는 로터리 엔진을 가지고 있습니다. 2003년 올해의 국제 엔진으로 명명된 이 자연적으로 열망되는 2개의 회전 엔진은 약 250마력을 생산할 것입니다.

The Parts of a Rotary Engine

◦회전식 엔진에는 피스톤 엔진과 비슷한 점화 시스템과 연료 전달 시스템이 있습니다. 회전식 엔진의 내부를 본 적이 없다면, 많이 인식하지 못할 것이기 때문에 놀라움에 대비하십시오.

Rotor

로터에는 3개의 볼록한 면이 있으며, 각 면은 피스톤과 같은 역할을 합니다. 로터의 각 면에는 포켓이 있어 엔진의 변위를 증가시켜 공기/연료 혼합물을 위한 공간을 더 많이 허용합니다.

각 면의 정점에는 연소실의 외부에 대한 씰을 형성하는 금속 블레이드가 있습니다. 또한 로터의 각 면에는 연소실의 측면에 씰링되는 금속 링이 있습니다.

로터에는 한 쪽의 중앙으로 절단된 내부 기어 톱니가 있습니다. 이 톱니는 하우징에 고정된 기어와 짝짓기합니다. 이 기어 짝짓기는 로터가 하우징을 통과하는 경로와 방향을 결정합니다.

Housing

하우징의 모양은 대략 타원형입니다. (사실 에피트로코이드입니다. 어떻게 모양이 유도되는지에 대한 자바 시연을 확인하십시오.) 연소실의 모양은 로터의 세 끝이 항상 챔버의 벽과 접촉하여 3개의 밀폐된 가스 부피를 형성하도록 설계되었습니다.

하우징의 각 부분은 연소 프로세스의 한 부분에 전용으로 제공됩니다. 네 개의 섹션은 다음과 같습니다:

• Intake
• Compression
• Combustion
• Exhaust

흡기구와 배기구는 하우징에 위치합니다. 이들 포트에는 밸브가 없습니다. 배기구는 배기와 직접 연결되고, 흡기구는 스로틀과 직접 연결됩니다.

Output Shaft

출력축에는 둥근 로브가 편심되게 장착되어 있습니다. 즉, 각 로터는 이 로브 중 하나에 적합합니다. 로브는 피스톤 엔진의 크랭크축과 같은 역할을 합니다. 로터가 하우징 주위의 경로를 따라가면 로브를 밀어냅니다. 로브가 출력축에 편심되게 장착되어 있기 때문에 로브에 가해지는 힘은 샤프트에 토크를 발생시켜 회전시킵니다.

이제 이 부품들이 어떻게 조립되고 어떻게 동력을 생산하는지 살펴보겠습니다.

Rotary Engine Assembly

회전식 엔진은 여러 겹으로 조립되어 있습니다. 우리가 분해한 2개의 회전식 엔진은 5개의 주요 층을 가지고 있으며 긴 볼트의 고리에 의해 서로 고정됩니다. 냉각수는 모든 부품을 둘러싸고 있는 통로를 통해 흐릅니다.

두 개의 끝 층에는 출력축을 위한 씰과 베어링이 들어 있습니다. 또한 로터를 포함하는 하우징의 두 섹션에서 씰링합니다. 이 조각의 내부 표면은 매우 부드러우므로 로터의 씰이 작업하는 데 도움이 됩니다. 이 각 끝 조각에는 흡기구가 위치합니다.

외부에서 다음으로 안쪽으로 들어가는 층은 배기구를 포함하는 타원형 로터 하우징입니다. 이것은 로터를 포함하는 하우징의 부분입니다.

중앙 조각에는 각 회전자마다 하나씩 두 개의 흡기구가 있습니다. 또한 두 개의 회전자를 분리하므로 외부 표면이 매우 매끄럽습니다.


중앙 부분에는 각 로터의 다른 흡기 포트가 있습니다.
각 로터의 중앙에는 엔진 하우징에 고정된 더 작은 기어 주위를 도는 큰 내부 기어가 있습니다. 이것이 로터의 궤도를 결정합니다. 로터는 또한 출력축의 큰 원형 로브를 탑니다.

다음으로 엔진이 실제로 어떻게 동력을 만드는지 알아보겠습니다.

Rotary Engine Power

회전식 엔진은 4행정 연소 사이클을 사용합니다. 이것은 4행정 피스톤 엔진과 같은 사이클입니다. 그러나 회전식 엔진에서는 이것은 완전히 다른 방식으로 달성됩니다.

주의 깊게 관찰하면 로터가 완전히 회전할 때마다 출력축의 오프셋 로브가 세 번 회전하는 것을 볼 수 있습니다.

회전 엔진의 심장은 로터입니다. 이는 대략 피스톤 엔진의 피스톤과 맞먹습니다. 로터는 출력축의 큰 원형 로브에 장착됩니다. 이 로브는 샤프트의 중심선으로부터 오프셋되어 윈치의 크랭크 핸들처럼 작용하여 로터가 출력축을 회전하는 데 필요한 지렛대를 줍니다. 로터가 하우징 내부를 선회할 때마다 로브를 팽팽한 원으로 밀어 회전합니다.

로터가 하우징을 통과하면서 로터에 의해 생성된 3개의 챔버의 크기가 변합니다. 이러한 크기 변화로 펌핑 작용이 발생합니다. 로터의 한쪽 면을 보면서 엔진의 4번의 스트로크 각각을 살펴봅시다.

Intake

사이클의 흡기 상은 로터의 팁이 흡기구를 통과할 때 시작됩니다. 흡기구가 챔버에 노출되는 순간, 챔버의 부피는 최소에 가까워집니다. 로터가 흡기구를 지나 이동할 때 챔버의 부피가 팽창하여 공기/연료 혼합물을 챔버로 끌어들입니다.

로터의 피크가 흡기 포트를 통과하면 챔버가 밀폐되고 압축이 시작됩니다.

Compression

로터가 하우징 주위에서 운동을 계속함에 따라 챔버의 부피는 점점 작아지고 공기/연료 혼합물은 압축됩니다. 로터 표면이 스파크 플러그 주위에 도달할 때까지 챔버의 부피는 다시 최소에 가까워집니다. 이때 연소가 시작됩니다.

Combustion

대부분의 회전식 엔진에는 두 개의 스파크 플러그가 있습니다. 연소실이 길기 때문에 플러그가 하나만 있으면 불꽃이 너무 느리게 퍼집니다. 스파크 플러그가 공기/연료 혼합물에 점화하면 압력이 빠르게 증가하여 회전자가 움직일 수 있습니다.

연소 압력은 로터가 챔버의 부피를 증가시키는 방향으로 이동하도록 강제합니다. 연소 가스는 계속 팽창하여 로터를 이동시키고 로터의 정점이 배기구를 통과할 때까지 동력을 생성합니다.

Exhaust

로터의 피크가 배기 포트를 통과하면 고압 연소 가스가 자유롭게 배출됩니다. 로터가 계속 이동하면 챔버가 수축하기 시작하여 남은 배기가 포트 밖으로 배출됩니다. 챔버의 부피가 최소에 가까워질 때까지 로터의 피크가 흡기구를 통과하고 전체 사이클이 다시 시작됩니다.

회전식 엔진의 멋진 점은 회전자의 세 면이 항상 사이클의 한 부분에서 작동한다는 것입니다. 회전자를 한 바퀴 돌 때마다 출력축이 세 번씩 회전한다는 것입니다. 이것은 출력축이 회전자를 한 바퀴 돌 때마다 한 번씩 회전한다는 것을 의미합니다.

Differences and Challenges

◦회전식 엔진이 일반적인 피스톤 엔진과 구별되는 몇 가지 특징이 있습니다.

Fewer Moving Parts

로터리 엔진은 동급의 4행정 피스톤 엔진보다 훨씬 적은 이동 부품을 가지고 있습니다. 2-로터리 엔진에는 세 개의 주요 이동 부품이 있습니다. 두 개의 로터와 출력축. 가장 간단한 4기통 피스톤 엔진에도 피스톤, 커넥팅 로드, 캠축, 밸브, 밸브 스프링, 로커, 타이밍 벨트, 타이밍 기어 및 크랭크축을 포함한 최소 40개의 이동 부품이 있습니다.

이러한 이동 부품의 최소화는 회전 엔진의 신뢰성 향상으로 이어질 수 있습니다. 이것이 일부 항공기 제조업체(스카이카 제조업체 포함)가 피스톤 엔진보다 회전 엔진을 선호하는 이유입니다.

Smoother

회전식 엔진의 모든 부품은 일반적인 엔진의 피스톤처럼 방향을 격렬하게 바꾸는 것이 아니라 한 방향으로 연속적으로 회전합니다. 회전식 엔진은 진동을 제거하기 위해 단계적으로 회전하는 평형추와 내부적으로 균형을 이룹니다.

회전식 엔진에서의 동력 전달 또한 더 원활합니다. 각 연소 이벤트는 회전자 회전의 90도까지 지속되고, 출력축은 회전자 회전의 1회당 3회전하므로, 각 연소 이벤트는 출력축 회전의 270도까지 지속됩니다. 이는 단일 회전자 엔진이 출력축 회전의 4분의 3만큼 동력을 전달한다는 것을 의미합니다. 이를 2회 회전 중 180도 또는 크랭크축 회전의 4분의 1(피스톤 엔진의 출력축)만 연소되는 단일 실린더 피스톤 엔진과 비교해 보십시오.

Slower

로터가 출력축의 3분의 1 속도로 회전하므로 엔진의 주요 이동 부품이 피스톤 엔진의 부품보다 느리게 움직입니다. 이는 신뢰성에도 도움이 됩니다.

Challenges

회전식 엔진을 설계하는 데는 다음과 같은 몇 가지 문제가 있습니다:

일반적으로 회전식 엔진이 미국 배기가스 규제를 충족하도록 하는 것은 더 어렵습니다(가능하지는 않습니다).
제조 비용은 피스톤 엔진의 수만큼 높지 않기 때문에 더 높아질 수 있습니다.
이 엔진은 일반적으로 피스톤 엔진보다 더 많은 연료를 소비합니다. 왜냐하면 엔진의 열역학적 효율은 긴 연소실 형상과 낮은 압축비에 의해 감소하기 때문입니다.