Come funzionano i motori rotativi

  • Joseph Norman
  • 0
  • 5382
  • 1009
I motori rotativi si trovano in alcune potenti auto sportive. Vuoi saperne di più? Dai un'occhiata a queste immagini del motore dell'auto. HSW

Un motore rotativo è un motore a combustione interna, come il motore della tua auto, ma funziona in modo completamente diverso dal motore a pistoni convenzionale.

In un motore a pistoni, lo stesso volume di spazio (il cilindro) svolge alternativamente quattro diversi lavori: aspirazione, compressione, combustione e scarico. Un motore rotativo esegue questi stessi quattro lavori, ma ognuno avviene nella propria parte dell'alloggiamento. È un po 'come avere un cilindro dedicato per ciascuno dei quattro lavori, con il pistone che si sposta continuamente da uno all'altro.

Il motore rotativo (originariamente concepito e sviluppato dal Dr. Felix Wankel) è talvolta chiamato a Motore Wankel, o Motore rotativo Wankel.

In questo articolo impareremo come funziona un motore rotativo. Cominciamo con i principi di base al lavoro.-

- -

Contenuti
  1. Principi di un motore rotativo
  2. Le parti di un motore rotativo
  3. Gruppo motore rotativo
  4. Potenza del motore rotativo
  5. Differenze e sfide
Il rotore e l'alloggiamento di un motore rotativo di una Mazda RX-7: queste parti sostituiscono i pistoni, i cilindri, le valvole, le bielle e gli alberi a camme presenti nei motori a pistoni.

Come un motore a pistoni, il motore rotativo utilizza la pressione creata quando viene bruciata una combinazione di aria e carburante. In un motore a pistoni, quella pressione è contenuta nei cilindri e forza i pistoni a muoversi avanti e indietro. Le bielle e l'albero motore convertono il movimento alternativo dei pistoni in movimento rotatorio che può essere utilizzato per alimentare un'auto.

In un motore rotativo, la pressione di combustione è contenuta in una camera formata da una parte dell'alloggiamento e sigillata da una faccia del rotore triangolare, che è ciò che il motore utilizza al posto dei pistoni.

Il rotore segue un percorso che assomiglia a qualcosa che creeresti con uno spirografo. Questo percorso mantiene ciascuno dei tre picchi del rotore a contatto con l'alloggiamento, creando tre volumi separati di gas. Mentre il rotore si muove intorno alla camera, ciascuno dei tre volumi di gas si espande e si contrae alternativamente. È questa espansione e contrazione che attira aria e carburante nel motore, lo comprime e rende potenza utile man mano che i gas si espandono, quindi espelle lo scarico.

Daremo uno sguardo all'interno di un motore rotativo per controllare le parti, ma prima diamo un'occhiata a un nuovo modello di auto con un motore rotativo completamente nuovo.

-Mazda RX-8

-Mazda è stata un pioniere nello sviluppo di auto di serie che utilizzano motori rotativi. La RX-7, che fu messa in vendita nel 1978, fu probabilmente l'auto con motore rotativo di maggior successo. Ma è stato preceduto da una serie di auto a motore rotativo, camion e persino autobus, a partire dal Cosmo Sport del 1967. L'anno scorso l'RX-7 è stato venduto negli Stati Uniti è stato il 1995, ma il motore rotativo è destinato a tornare in un prossimo futuro.

La Mazda RX-8, una nuova vettura Mazda, ha un nuovo motore rotativo pluripremiato chiamato RENESI. Nominato Motore Internazionale dell'Anno 2003, questo motore aspirato a due rotori produrrà circa 250 cavalli. Per ulteriori informazioni, visitare il sito Web Mazda RX-8.

-Un motore rotativo ha un sistema di accensione e un sistema di erogazione del carburante simili a quelli dei motori a pistoni. Se non hai mai visto l'interno di un motore rotativo, preparati a una sorpresa, perché non riconoscerai molto.

Rotore

Il rotore ha tre facce convesse, ciascuna delle quali agisce come un pistone. Ogni faccia del rotore ha una tasca al suo interno, che aumenta la cilindrata del motore, consentendo più spazio per la miscela aria / carburante.

All'apice di ciascuna faccia c'è una lama di metallo che forma una tenuta all'esterno della camera di combustione. Ci sono anche anelli metallici su ciascun lato del rotore che sigillano i lati della camera di combustione.

Il rotore ha una serie di denti di ingranaggio interni tagliati al centro di un lato. Questi denti si accoppiano con un ingranaggio fissato all'alloggiamento. Questo accoppiamento degli ingranaggi determina il percorso e la direzione che il rotore prende attraverso l'alloggiamento.

Housing

L'alloggiamento è di forma approssimativamente ovale (in realtà è un epitrocoide -- dai un'occhiata a questa dimostrazione Java di come viene derivata la forma). La forma della camera di combustione è studiata in modo che le tre punte del rotore rimangano sempre a contatto con la parete della camera, formando tre volumi di gas sigillati.

Ogni parte dell'alloggiamento è dedicata a una parte del processo di combustione. Le quattro sezioni sono:

  • Assunzione
  • Compressione
  • Combustione
  • Scarico

Le porte di aspirazione e di scarico si trovano nell'alloggiamento. Non ci sono valvole in queste porte. La porta di scarico si collega direttamente allo scarico e la porta di aspirazione si collega direttamente all'acceleratore.

L'albero di uscita (notare i lobi eccentrici.)

Albero di uscita

L'albero di uscita ha lobi rotondi montati eccentricamente, il che significa che sono sfalsati rispetto alla linea centrale dell'albero. Ogni rotore si adatta a uno di questi lobi. Il lobo si comporta come l'albero motore di un motore a pistoni. Mentre il rotore segue il suo percorso attorno all'alloggiamento, spinge sui lobi. Poiché i lobi sono montati eccentrici rispetto all'albero di uscita, la forza che il rotore applica ai lobi crea una coppia nell'albero, facendolo ruotare.

Ora diamo un'occhiata a come vengono assemblate queste parti e come produce energia.

-Un motore rotativo è assemblato a strati. Il motore a due rotori che abbiamo smontato ha cinque strati principali tenuti insieme da un anello di lunghi bulloni. Il refrigerante scorre attraverso i passaggi che circondano tutti i pezzi.

Questo contenuto non è compatibile con questo dispositivo.

I due strati terminali contengono le guarnizioni e i cuscinetti per l'albero di uscita. Inoltre sigillano nelle due sezioni dell'alloggiamento che contengono i rotori. Le superfici interne di questi pezzi sono molto lisce, il che aiuta le guarnizioni del rotore a fare il loro lavoro. Una porta di aspirazione si trova su ciascuna di queste parti terminali.

La parte dell'alloggiamento del rotore che contiene i rotori (Notare la posizione della porta di scarico.)

Lo strato successivo dall'esterno è l'alloggiamento del rotore di forma ovale, che contiene le luci di scarico. Questa è la parte dell'alloggiamento che contiene il rotore.

Il pezzo centrale contiene due porte di aspirazione, una per ogni rotore. Inoltre separa i due rotori, quindi le sue superfici esterne sono molto lisce.

Il pezzo centrale contiene un'altra porta di aspirazione per ogni rotore.

Al centro di ogni rotore c'è un grande ingranaggio interno che gira attorno a un ingranaggio più piccolo fissato all'alloggiamento del motore. Questo è ciò che determina l'orbita del rotore. Il rotore scorre anche sul grande lobo circolare sull'albero di uscita.

Successivamente, vedremo come il motore produce effettivamente potenza.

I motori R-otary utilizzano il ciclo di combustione a quattro tempi, che è lo stesso ciclo utilizzato dai motori a pistoni a quattro tempi. Ma in un motore rotativo, ciò si ottiene in un modo completamente diverso.

Questo contenuto non è compatibile con questo dispositivo.

Se guardi attentamente, vedrai il lobo offset sull'albero di uscita girare tre volte per ogni giro completo del rotore.

Il cuore di un motore rotativo è il rotore. Questo è più o meno l'equivalente dei pistoni in un motore a pistoni. Il rotore è montato su un grande lobo circolare sull'albero di uscita. Questo lobo è sfalsato rispetto alla linea centrale dell'albero e agisce come la manovella di un argano, dando al rotore la leva di cui ha bisogno per ruotare l'albero di uscita. Mentre il rotore orbita all'interno dell'alloggiamento, spinge il lobo in cerchi stretti, ruotando tre volte per ogni giro del rotore.

Quando il rotore si muove attraverso l'alloggiamento, le tre camere create dal rotore cambiano dimensione. Questo cambio di dimensione produce un'azione di pompaggio. Esaminiamo ciascuno dei quattro tempi del motore guardando una faccia del rotore.

Assunzione

La fase di aspirazione del ciclo inizia quando la punta del rotore supera la porta di aspirazione. Nel momento in cui la porta di aspirazione è esposta alla camera, il volume di quella camera è vicino al suo minimo. Quando il rotore si sposta oltre la porta di aspirazione, il volume della camera si espande, aspirando la miscela aria / carburante nella camera.

Quando il picco del rotore supera la porta di aspirazione, quella camera viene sigillata e inizia la compressione.

Compressione

Mentre il rotore continua il suo movimento intorno all'alloggiamento, il volume della camera si riduce e la miscela aria / carburante viene compressa. Quando la faccia del rotore ha raggiunto le candele, il volume della camera è di nuovo vicino al minimo. Questo è quando inizia la combustione.

Combustione

La maggior parte dei motori rotativi ha due candele. La camera di combustione è lunga, quindi la fiamma si diffonderebbe troppo lentamente se ci fosse una sola candela. Quando le candele accendono la miscela aria / carburante, la pressione aumenta rapidamente, costringendo il rotore a muoversi.

La pressione della combustione costringe il rotore a muoversi nella direzione che fa crescere di volume la camera. I gas di combustione continuano ad espandersi, spostando il rotore e creando potenza, fino a quando il picco del rotore non supera la porta di scarico.

Scarico

Una volta che il picco del rotore supera la porta di scarico, i gas di combustione ad alta pressione sono liberi di fuoriuscire dallo scarico. Mentre il rotore continua a muoversi, la camera inizia a contrarsi, costringendo lo scarico rimanente fuori dalla porta. Quando il volume della camera si avvicina al minimo, il picco del rotore supera la porta di aspirazione e l'intero ciclo ricomincia.

La cosa bella del motore rotativo è che ciascuna delle tre facce del rotore lavora sempre su una parte del ciclo: in una rivoluzione completa del rotore, ci saranno tre colpi di combustione. Ma ricorda, l'albero di uscita gira tre volte per ogni giro completo del rotore, il che significa che c'è una corsa di combustione per ogni giro dell'albero di uscita.

-Esistono diverse caratteristiche che differenziano un motore rotativo da un tipico motore a pistoni.

Meno parti in movimento

Il motore rotativo ha molte meno parti mobili rispetto a un motore a pistoni a quattro tempi paragonabile. Un motore rotativo a due rotori ha tre parti mobili principali: i due rotori e l'albero di uscita. Anche il più semplice motore a quattro cilindri a pistoni ha almeno 40 parti mobili, inclusi pistoni, bielle, albero a camme, valvole, molle delle valvole, bilancieri, cinghia di distribuzione, ingranaggi di distribuzione e albero motore.

Questa riduzione al minimo delle parti in movimento può tradursi in una migliore affidabilità di un motore rotativo. Questo è il motivo per cui alcuni produttori di aeromobili (incluso il produttore di Skycar) preferiscono i motori rotativi ai motori a pistoni.

Più liscia

Tutte le parti di un motore rotativo girano continuamente in una direzione, invece di cambiare direzione violentemente come fanno i pistoni in un motore convenzionale. I motori rotativi sono bilanciati internamente con contrappesi rotanti che sono in fase per annullare qualsiasi vibrazione.

Anche l'erogazione di potenza in un motore rotativo è più fluida. Poiché ogni evento di combustione dura per 90 gradi di rotazione del rotore e l'albero di uscita fa tre giri per ogni giro del rotore, ogni evento di combustione dura per 270 gradi di rotazione dell'albero di uscita. Ciò significa che un motore a rotore singolo eroga potenza per tre quarti di ogni giro dell'albero di uscita. Confronta questo con un motore a pistoni monocilindrico, in cui la combustione avviene durante 180 gradi su ogni Due giri, o solo un quarto di ogni giro dell'albero motore (l'albero di uscita di un motore a pistoni).

Più lentamente

Poiché i rotori girano a un terzo della velocità dell'albero di uscita, le parti mobili principali del motore si muovono più lentamente delle parti in un motore a pistoni. Questo aiuta anche con l'affidabilità.

Le sfide

Ci sono alcune sfide nella progettazione di un motore rotativo:

  • In genere, è più difficile (ma non impossibile) fare in modo che un motore rotativo soddisfi le normative sulle emissioni degli Stati Uniti.
  • I costi di produzione possono essere più alti, soprattutto perché il numero di questi motori prodotti non è alto quanto il numero di motori a pistoni.
  • In genere consumano più carburante di un motore a pistoni perché l'efficienza termodinamica del motore è ridotta dalla forma della camera di combustione lunga e dal basso rapporto di compressione.

Per ulteriori informazioni sui motori rotativi e sugli argomenti correlati, consultare i collegamenti nella pagina successiva.

articoli Correlati

  • Quiz Corner: quiz sul motore di un'auto
  • Come funzionano i motori delle automobili
  • Come funzionano i motori a turbina a gas
  • Come funzionano i motori a due tempi
  • Come funzionano i motori diesel
  • Come funzionano i motori diesel a due tempi
  • Come funzionano gli ingranaggi
  • Come funzionano le auto da corsa NASCAR
  • Come funziona Aptera Hybrid
  • Cos'è un carro armato, come in "Thomas the Tank Engine"?

Altri ottimi link

  • Motore a combustione rotante Wankel - Teoria, progettazione e principi di funzionamento
  • Dati del motore a combustione rotativa
  • Bio - Dr. Felix Wankel
  • Mini-motore rotativo
  • RotaryNews.com



Nessun utente ha ancora commentato questo articolo.

Gli articoli più interessanti su segreti e scoperte. Molte informazioni utili su tutto
Articoli su scienza, spazio, tecnologia, salute, ambiente, cultura e storia. Spiegare migliaia di argomenti in modo da sapere come funziona tutto