Động cơ quay là động cơ đốt trong, giống như động cơ trong ô tô của bạn, nhưng nó hoạt động theo cách hoàn toàn khác với động cơ piston thông thường.
Trong động cơ piston, cùng một thể tích không gian (xi lanh) luân phiên thực hiện bốn công việc khác nhau - hút, nén, đốt và xả. Một động cơ quay thực hiện bốn công việc giống nhau, nhưng mỗi công việc xảy ra ở phần riêng của vỏ. Nó giống như có một xi lanh chuyên dụng cho từng công việc trong số bốn công việc, với piston di chuyển liên tục từ công việc này sang công việc khác.
Động cơ quay (ban đầu được hình thành và phát triển bởi Tiến sĩ Felix Wankel) đôi khi được gọi là động cơ Wankel hoặc động cơ quay Wankel .
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu cách thức hoạt động của động cơ quay. Hãy bắt đầu với những nguyên tắc cơ bản trong công việc.
Nội dung
Giống như động cơ piston, động cơ quay sử dụng áp suất được tạo ra khi đốt cháy sự kết hợp của không khí và nhiên liệu. Trong động cơ piston, áp suất đó được chứa trong các xi lanh và buộc các piston chuyển động qua lại. Các thanh kết nối và trục khuỷu chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của các pít-tông thành chuyển động quay có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho ô tô.
Trong động cơ quay, áp suất đốt cháy được chứa trong một buồng được tạo thành bởi một phần của vỏ và được bịt kín bởi một mặt của rôto hình tam giác, đó là thứ động cơ sử dụng thay vì piston.
Rôto đi theo một đường giống như một thứ gì đó bạn sẽ tạo ra bằng Spirograph. Đường dẫn này giữ cho mỗi đỉnh trong số ba đỉnh của rôto tiếp xúc với vỏ, tạo ra ba thể tích khí riêng biệt. Khi rôto chuyển động quanh buồng, mỗi phần trong số ba thể tích khí lần lượt giãn ra và co lại. Chính sự giãn nở và co lại này sẽ hút không khí và nhiên liệu vào động cơ, nén nó và tạo ra công suất hữu ích khi các khí nở ra, sau đó thải ra khí thải.
Chúng ta sẽ xem xét bên trong một động cơ quay để kiểm tra các bộ phận, nhưng trước tiên hãy cùng xem một mẫu ô tô mới với động cơ quay hoàn toàn mới.
Mazda là hãng tiên phong trong việc phát triển sản xuất ô tô sử dụng động cơ quay. RX-7, được bán vào năm 1978, có lẽ là chiếc xe chạy bằng động cơ quay thành công nhất. Nhưng nó đã có trước một loạt ô tô động cơ quay, xe tải và thậm chí cả xe buýt, bắt đầu với chiếc Cosmo Sport năm 1967. Năm cuối cùng RX-7 được bán tại Hoa Kỳ là 1995, nhưng động cơ quay sẽ trở lại trong tương lai gần.
Mazda RX-8, một chiếc xe mới của Mazda, có một động cơ quay mới, từng đoạt giải thưởng được gọi là RENESIS . Được đặt tên là Động cơ quốc tế của năm 2003, động cơ hai cánh quạt hút khí tự nhiên này sẽ sản sinh công suất khoảng 250 mã lực. Để biết thêm thông tin, hãy truy cập trang web RX-8 của Mazda.
Động cơ quay có hệ thống đánh lửa và hệ thống cung cấp nhiên liệu tương tự như trên động cơ piston. Nếu bạn chưa bao giờ nhìn thấy bên trong động cơ quay, hãy chuẩn bị cho một điều bất ngờ, vì bạn sẽ không nhận ra nhiều điều.
Rôto có ba mặt lồi, mỗi mặt hoạt động giống như một pít-tông. Mỗi mặt của rôto có một hốc trong đó, làm tăng chuyển vị của động cơ, cho phép nhiều không gian hơn cho hỗn hợp không khí / nhiên liệu.
Ở đỉnh của mỗi mặt là một lưỡi kim loại tạo thành một miếng đệm kín với bên ngoài của buồng đốt. Ngoài ra còn có các vòng kim loại trên mỗi mặt của rôto để bịt kín các mặt của buồng đốt.
Rôto có một bộ răng bánh răng bên trong được cắt vào tâm của một phía. Những răng này kết hợp với một bánh răng được cố định vào vỏ. Sự giao phối bánh răng này xác định đường đi và hướng mà rôto đi qua vỏ.
Vỏ có hình bầu dục gần như hình bầu dục (nó thực sự là một epitrochoid - hãy xem phần trình diễn Java này về cách hình dạng được bắt nguồn). Hình dạng của buồng đốt được thiết kế sao cho ba đầu của rôto luôn tiếp xúc với thành buồng, tạo thành ba thể tích khí kín.
Mỗi phần của vỏ được dành riêng cho một phần của quá trình đốt cháy. Bốn phần là:
Các cổng hút và xả được đặt trong vỏ. Không có van trong các cổng này. Cổng xả kết nối trực tiếp với ống xả và cổng nạp kết nối trực tiếp với van tiết lưu.
Trục đầu ra có các thùy tròn được gắn lệch tâm, có nghĩa là chúng nằm lệch khỏi đường tâm của trục. Mỗi rôto phù hợp với một trong các thùy này. Thùy hoạt động giống như trục khuỷu trong động cơ piston. Khi rôto đi theo đường của nó xung quanh vỏ, nó sẽ đẩy lên các thùy. Vì các thùy được lắp lệch tâm với trục đầu ra, lực mà rôto tác dụng lên các thùy sẽ tạo ra mô-men xoắn trong trục, khiến nó quay.
Bây giờ chúng ta hãy xem cách các bộ phận này được lắp ráp và cách nó tạo ra năng lượng.
Một động cơ quay được lắp ráp thành nhiều lớp. Động cơ hai rôto mà chúng tôi đã tách rời có năm lớp chính được giữ với nhau bằng một vòng bu lông dài. Chất làm mát chảy qua các lối đi xung quanh tất cả các mảnh.
Hai lớp cuối chứa các vòng đệm và vòng bi cho trục đầu ra. Chúng cũng niêm phong trong hai phần của vỏ chứa các cánh quạt. Bề mặt bên trong của những miếng này rất nhẵn, giúp các vòng đệm trên rôto thực hiện công việc của chúng. Một cổng nhận hàng nằm trên mỗi phần cuối này.
Lớp tiếp theo từ bên ngoài vào là vỏ rôto hình bầu dục, chứa các cổng xả. Đây là phần của vỏ có chứa rôto.
Phần trung tâm chứa hai cổng nạp, một cổng cho mỗi rôto. Nó cũng ngăn cách hai cánh quạt, vì vậy bề mặt bên ngoài của nó rất mịn.
Ở trung tâm của mỗi rôto là một bánh răng bên trong lớn quay quanh một bánh răng nhỏ hơn được gắn cố định vào vỏ của động cơ. Đây là điều quyết định quỹ đạo của rôto. Rôto cũng cưỡi trên thùy tròn lớn trên trục đầu ra.
Tiếp theo, chúng ta sẽ xem động cơ thực sự tạo ra sức mạnh như thế nào.
Động cơ quay sử dụng chu trình đốt cháy bốn kỳ, đó là chu kỳ tương tự mà động cơ piston bốn kỳ sử dụng. Nhưng trong động cơ quay, điều này được thực hiện theo một cách hoàn toàn khác.
Nếu quan sát kỹ, bạn sẽ thấy dải bù trên trục đầu ra quay ba lần cho mỗi vòng quay hoàn chỉnh của rôto.
Trái tim của động cơ quay là rôto. Điều này gần tương đương với các piston trong động cơ piston. Rôto được lắp trên một thùy tròn lớn trên trục đầu ra. Thùy này nằm lệch khỏi đường tâm của trục và hoạt động giống như tay quay trên tời, tạo cho rôto đòn bẩy cần thiết để quay trục đầu ra. Khi rôto quay bên trong vỏ, nó đẩy thùy xung quanh theo các vòng tròn chặt chẽ, quay ba lần cho mỗi một vòng quay của rôto.
Khi rôto di chuyển qua vỏ, ba khoang do rôto tạo ra sẽ thay đổi kích thước. Sự thay đổi kích thước này tạo ra một hành động bơm. Chúng ta hãy xem xét từng bước trong số bốn hành trình của động cơ khi nhìn vào một mặt của rôto.
Giai đoạn nạp của chu trình bắt đầu khi đầu của rôto đi qua cửa nạp. Tại thời điểm khi cửa nạp tiếp xúc với khoang, thể tích của khoang đó gần đạt mức tối thiểu. Khi rôto di chuyển qua cửa nạp, thể tích của buồng mở rộng, hút hỗn hợp không khí / nhiên liệu vào trong buồng.
Khi đỉnh của rôto đi qua cửa nạp, buồng đó được đóng kín và quá trình nén bắt đầu.
Khi rôto tiếp tục chuyển động xung quanh vỏ, thể tích của khoang nhỏ hơn và hỗn hợp không khí / nhiên liệu bị nén. Vào thời điểm mặt của rôto tiếp xúc với bugi, thể tích của buồng lại gần đến mức tối thiểu. Đây là lúc quá trình đốt cháy bắt đầu.
Hầu hết các động cơ quay đều có hai bugi đánh lửa. Buồng đốt dài nên ngọn lửa sẽ lan quá chậm nếu chỉ có một phích cắm. Khi bugi đốt cháy hỗn hợp không khí / nhiên liệu, áp suất nhanh chóng tăng lên, buộc rôto chuyển động.
Áp suất của quá trình đốt cháy buộc rôto chuyển động theo hướng làm cho thể tích buồng lớn lên. Khí cháy tiếp tục nở ra, chuyển động rôto và tạo ra công suất, cho đến khi đỉnh của rôto vượt qua cửa xả.
Khi đỉnh của rôto đi qua cửa xả, khí đốt áp suất cao sẽ tự do chảy ra ngoài khí thải. Khi cánh quạt tiếp tục chuyển động, buồng bắt đầu co lại, buộc khí thải còn lại ra khỏi cổng. Vào thời điểm thể tích của buồng gần đạt mức tối thiểu, đỉnh của rôto đi qua cửa nạp và toàn bộ chu trình bắt đầu lại.
Điều đáng chú ý về động cơ quay là mỗi mặt trong số ba mặt của rôto luôn làm việc trên một phần của chu trình - trong một vòng quay hoàn toàn của rôto, sẽ có ba hành trình đốt cháy. Nhưng hãy nhớ rằng trục đầu ra quay ba lần cho mỗi vòng quay hoàn toàn của rôto, có nghĩa là có một hành trình đốt cháy cho mỗi vòng quay của trục đầu ra.
Có một số đặc điểm xác định để phân biệt động cơ quay với động cơ piston điển hình.
Động cơ quay có ít bộ phận chuyển động hơn nhiều so với động cơ pít-tông bốn kỳ tương đương. Động cơ quay hai rôto có ba bộ phận chuyển động chính:hai rôto và trục ra. Ngay cả động cơ pít-tông bốn xi-lanh đơn giản nhất cũng có ít nhất 40 bộ phận chuyển động, bao gồm pít-tông, thanh kết nối, trục cam, van, lò xo van, cần gạt, đai định thời, bánh răng định thời và trục khuỷu.
Việc giảm thiểu các bộ phận chuyển động này có thể chuyển thành độ tin cậy tốt hơn từ động cơ quay. Đây là lý do tại sao một số nhà sản xuất máy bay (bao gồm cả nhà sản xuất Skycar) thích động cơ quay hơn động cơ piston.
Tất cả các bộ phận trong động cơ quay đều quay liên tục theo một hướng, thay vì đổi hướng dữ dội như các piston trong động cơ thông thường. Động cơ quay được cân bằng bên trong với các đối trọng quay được điều chỉnh theo từng giai đoạn để loại bỏ bất kỳ rung động nào.
Việc cung cấp năng lượng trong động cơ quay cũng trơn tru hơn. Bởi vì mỗi sự kiện cháy kéo dài qua 90 độ quay của rôto và trục đầu ra quay ba vòng cho mỗi vòng quay của rôto, mỗi sự kiện cháy kéo dài qua 270 độ quay của trục đầu ra. Điều này có nghĩa là động cơ một cánh quạt cung cấp công suất cho 3/4 vòng quay của trục đầu ra. So sánh điều này với động cơ piston một xi-lanh, trong đó quá trình đốt cháy xảy ra 180 độ trong mỗi hai số vòng quay, hoặc chỉ một phần tư mỗi vòng quay của trục khuỷu (trục đầu ra của động cơ piston).
Vì rôto quay với tốc độ bằng một phần ba tốc độ của trục ra, nên các bộ phận chuyển động chính của động cơ chuyển động chậm hơn các bộ phận trong động cơ piston. Điều này cũng giúp tăng độ tin cậy.
Có một số thách thức trong việc thiết kế động cơ quay:
Để biết thêm thông tin về động cơ quay và các chủ đề liên quan, hãy xem các liên kết trên trang tiếp theo.
Xuất bản lần đầu:Ngày 29 tháng 3 năm 2001
Cách động cơ diesel hoạt động - Phần 3
Động cơ kết hợp hoạt động như thế nào?
Cách động cơ xe hoạt động
HEMI là gì? Nó hoạt động như thế nào?