ヴァンケル エンジンは、特殊なタイプのロータリー エンジンで、偏心運動機構を採用して自動車の動力を生成します。
レシプロ内燃エンジンは、何十年もの間、どこにでもある回転動力源でした。しかし、それには独自の一連の複雑さが伴い、往復運動を使用して回転運動を生成するのは無駄であると感じた特定の紳士にとっては非常に満足のいくものではありませんでした.彼の欲求不満は、ヴァンケル エンジンの開発につながりました。
ヴァンケル エンジンとは?
ヴァンケル エンジンは、偏心回転運動によって動力を生成します (写真提供:HDP/ウィキメディア コモンズ)
ヴァンケルエンジンは、往復運動ではなく、回転運動によってクランク動力を生み出すタイプの内燃機関です。このエンジンは、17 歳のときにこのアイデアを思いついた発明者、フェリックス ヴァンケルにちなんで名付けられました。
設計は、可動部品が少なく、効率が高く、一方向に回転するシンプルでコンパクトなユニットになることを目的としていました。これは、多数の可動部品があり、これらの部品の動きがほぼ瞬時に反転する従来のレシプロ エンジンとは大きく異なります。
ヴァンケル エンジンの構築
回転する物体の中心以外の点の周りで発生する回転運動は、偏心運動として知られています。クランクシャフトで発生する回転力は可動部品の偏心運動によるものであるため、ヴァンケル エンジンは偏心運動エンジンと見なされます。内燃機関に比べて可動部品が少ないため、構造が単純です。
1.ローター
ハウジング内のヴァンケル エンジンのローター (写真提供:Roman Belogorodov/Shutterstock)
ローターは、ヴァンケル エンジンの最も重要な部分です。やや丸みを帯びた正三角形であるルロー三角形を中心にゆるやかに造形された立体構造です。ローターは、燃焼に対応するために側面に組み込まれたチャンバーで構成されています。また、頂点と面にはシール面があり、燃焼によって発生するエネルギーの漏れによる損失を防ぎます。
2.ハウジング
ハウジングは形状がエピトロコイドで、細長い楕円形にほぼ似ています (写真提供:BigAlBaloo/Shutterstock)
ローターが動くハウジングは、エピトロコイドとも呼ばれる、ほぼ細長い楕円形に設計されています。このような形状の利点は、ローターのすべての頂点が常にハウジングと接触していることです。また、ローターの面とハウジングの内面の間には常に小さな隙間があることに注意することも重要です。
ハウジングには、ガスの導入と排出のための吸気口と排気口用の穴もあります。
3.出力軸
ローターに適合する偏心ローブを備えた出力シャフト (写真提供者:Jurgis Mankauskas/Shutterstock)
出力シャフトは、燃焼中のハウジング内でのローターの動きにとって重要な設計の重要なコンポーネントです。メインシャフトの軸からオフセットされ、ローターに収まる円形のローブで構成されています。これらの円形ローブは、ローターの偏心運動を出力シャフトの純粋な回転運動に変換します。
ヴァンケル エンジンの働き
動作中のヴァンケル エンジン (写真提供者:Y_tambe/ウィキメディア コモンズ)
すべてのエンジンには、可燃性装薬とも呼ばれる作動媒体があります。可燃性装薬は、最適な燃焼を実現するために特定の比率で混合された空気と燃料で構成されています。ヴァンケル エンジンは、オットー サイクルとして知られる熱力学サイクルで動作します。このサイクルには次のステップがあり、下の図と併せて理解することができます:
ヴァンケル エンジンのオットー サイクルの段階的な内訳 (写真提供者 :Fred the Oyster/Wikimedia Commons)
ローターが時計回りに回転すると仮定します:
1.摂取量（大気圧での充電の引き込み）
頂点 1 が吸気口を横切るとき、頂点 2 がまだ吸気口と排気口の間にある間に、新しい可燃性装薬がチャンバーに引き込まれます。
2.圧縮（一定エネルギーでの充電量の減少）
頂点 2 が入口ポートを横切ると、1 と 2 の間の可燃性装薬がローターとハウジングの間で「圧迫」され、結果として圧縮されます。
3.点火（一定量で熱を加える）
チャージが圧縮されている間、火花によって点火されます。これにより、一定の体積で熱が発生します。これにより、1 と 2 で囲まれたゾーンの圧力も上昇し始め、ローターが強制的に移動して「緩和」します。
4.排気（恒温時の体積膨張）
点火による莫大な圧力により、ローターが移動して膨張します。 1 と 2 が拡大するように移動している間、頂点 3 は誘導に適した位置を占めています。一方、1 と 2 の間の排気ポートは、使用済みガスの排出を可能にし、これを連続サイクルにします。
ヴァンケル エンジンの長所と短所
ヴァンケル エンジンが開発されたとき、100 ものメーカーが急いで独自のバージョンの設計を実装しました。ヴァンケル ロータリー エンジンは、多くの理由でレシプロ エンジンに勝利しました。
利点
ヴァンケル エンジンは、レシプロ エンジンよりもコンパクトです (写真提供 :Flickr)
1. 機械部品が少ないため、摩耗が少なくなります。
2. ヴァンケル エンジンは、レシプロ エンジンの 1/3 のサイズで同等の出力を生成できるため、出力重量比が向上します。
3. オーバーラップする燃焼サイクルにより、エンジンがより高い RPM で動作できるようにしながら、優れたスムーズな出力が得られます。
4. ヴァンケル エンジンは自然にバランスが取れており、レシプロ エンジンの主要な問題である不均衡な力に起因する問題に直面することはありません。
5. レシプロ ピストン エンジンとは異なり、ヴァンケル エンジンは捕捉できません。
しかし、多くの機械的優位性があるにもかかわらず、ヴァンケル エンジンは主流の選択肢にはなりませんでした。
短所
1. 1 つのピストンが 1 サイクルだけに対応するレシプロ エンジンとは異なり、ヴァンケル エンジンのローターには異なる温度で動作する 3 つのゾーンがあり、その結果、不均一な膨張が発生し、その結果、エネルギー分離が不十分になります。
2. 燃焼室の断面は一様ではなく、2 つの面の間に広がっています。これにより、プロセスが遅く不完全になり、未燃焼の電荷がシステムから排出されるため、効率が低下します。
3. 円形のピストン リングによってシールされるレシプロ エンジンとは異なり、ローターをシールすることは困難です。これは、頂点のシール要素が長時間にわたって途方もない圧力に耐えることができないためです。
ヴァンケル エンジンの応用
マツダ RX-8 はヴァンケル エンジンを採用 (写真提供:joeborg/Shutterstock)
1. モータースポーツ – マルチローター ヴァンケル エンジンは、過去に自動車やオートバイのレースで使用され、大きな成功を収めました。これらは、マツダ、シトロエン、ロールスロイス、ノートン、MZ などのメーカーで広く使用されています。
2. 航空 – 高 RPM の動作能力とコンパクトさにより、軽飛行機に適しています。ヴァンケル エンジンはアイドリングとウォームアップに多くの時間を必要としないため、飛行前検査テスト中の航空機の待ち時間を短縮できます。
ヴァンケル エンジンの未来
ヴァンケル エンジンは、レシプロ エンジンに比べていくつかの固有の利点がありますが、その燃焼関連の非効率性により、自動車用途には不利になります。ただし、そのコンパクトな性質により、途中で充電が切れた場合に、電気自動車の補助電力サポートに役立ちます。燃焼関連のアプリケーションとは別に、Wankel エンジンは、シーリング関連の損失がデバイスの性能に実際に影響を与えないコンプレッサーやポンプでの使用も検討されています.
