완켈 엔진

Wankel 엔진(ˈva ək ̩ ŋ, VUN-kell)은 편심 회전 설계를 사용하여 압력을 회전 운동으로 변환하는 내연 기관의 일종입니다. 이 개념은 독일 엔지니어 Felix Wankel에 의해 입증되었고, 독일 엔지니어 Hanns-Dieter Paschke에 의해 설계된 상업적으로 실현 가능한 엔진이 뒤따랐습니다.^[1] 회전 운동을 일으키는 완켈 엔진의 로터는 레울로 삼각형과 모양이 비슷하고, 측면의 곡률이 작습니다. 로터는 고정 톱니 기어를 중심으로 8자 모양의 에피트로코이드 하우징 안에서 회전합니다. 로터의 중간 지점은 캠을 통해 샤프트를 회전시키면서 출력 샤프트를 중심으로 원을 그리며 이동합니다.

기본 형태에서 Wankel 엔진은 4행정 왕복 피스톤 엔진에 비해 열 효율이 낮고 배기 가스 배출량이 높습니다. 이는 1960년대에 도입된 이후 엔진을 제한적으로 사용하도록 제한했습니다. 그러나 이후 수십 년 동안, 도로 주행 차량 버전을 사용할 수 있게 되면서 많은 단점이 극복되었습니다. 왕복 피스톤 내연기관에 비해 콤팩트한 디자인, 매끄러움, 더 낮은 무게 및 더 적은 부품의 장점으로 인해 Wankel 엔진은 체인톱, 보조 동력 장치, 어루팅 탄약, 항공기, 제트 스키, 스노우모빌 및 자동차의 레인지 익스텐더와 같은 응용 분야에 적합합니다. 과거에 완켈 엔진은 오토바이와 같은 도로 차량, 경주용 자동차에도 사용되었습니다.

개념.

Wankel 엔진은 회전식 피스톤 엔진의 일종으로, Felix Wankel이 설계한 Drehkolben 모터(DKM, "회전식 피스톤 엔진")와 Hanns-Dieter Paschke가^[2] 설계한 Kreiskolben 모터(KKM, "순환식 피스톤 엔진")의 두 가지 기본 형태로 존재하며, 이 중 후자만이 시제품 단계를 남겨두고 있습니다. 따라서 모든 생산 Wankel 엔진은 KKM 유형입니다.

• DKM 엔진에는 내부 로터, 트로코이드형 로터, 외부 로터 등 2개의 로터가 있으며, 이 로터는 외부 원형과 내부 도형 8개의 형태를 가지고 있습니다. 중앙 축은 정지해 있고 토크는 내측 로터에 맞춰진 외측 로터에서 분리됩니다.^[3]
• KKM 엔진에서 외측 로터는 고정 하우징의 일부이므로 움직이는 부분이 아닙니다. 내부 샤프트는 이동 부품이며 내부 로터가 회전할 수 있도록 편심 로브가 있습니다. 회전자는 중심과 편심 샤프트의 축을 중심으로 훌라후프 방식으로 회전하므로 회전자는 편심 샤프트의 3회전마다 한 번씩 완전히 회전합니다. KKM 엔진은 편심 샤프트에서 토크가 ^[4]제거되어 기존의 파워트레인에 적용하기가 훨씬 간단합니다.^[5]

완켈 엔진 개발

Felix Wankel은 1920년대에 회전식 압축기를 설계했고 1934년에 회전식 엔진에 대한 첫 번째 특허를 받았습니다.^[6] 그는 로터리 압축기의 삼각형 로터에 흡배기 포트가 추가되어 내연기관이 생성될 수 있다는 것을 깨달았습니다. 결국 1951년, Wankel은 독일 회사 NSU Motorenwerke에서 NSU의 오토바이 엔진을 위한 과급기로서 회전식 압축기를 설계하기 위해 일하기 시작했습니다. Wankel은 압축기에서 삼각형 로터의 디자인을 구상했습니다.^[7] 교수님의 도움으로. 슈투트가르트 응용과학 대학의 Othmar Baier [de]는 수학적으로 개념을 정의했습니다.^[8] 그가 설계한 슈퍼차저는 NSU의 50cm ³ 1기통 2행정 엔진 중 하나에 사용되었습니다. 엔진은 12,000rpm에서 13.5PS(10kW)의 출력을 냈습니다.^[9]

1954년 NSU는 Wankel의 오토바이 엔진용 과급기 설계를 기반으로 Felix Wankel과 회전식 내연기관을 개발하기로 합의했습니다. Wankel은 "어려운 동료"로 알려져 있었기 때문에, DKM을 위한 개발 작업은 Wankel의 사설 Lindau 설계국에서 수행되었습니다. 존 B에 따르면. 헤게, Wankel은 "훌륭한 기술자"였던 그의 친구 Ernst Höppner로부터 도움을 받았습니다.^[10] 최초의 작동 프로토타입인 DKM 54(그림 2 참조)는 1957년 2월 1일 NSU 연구개발부 Versuchsabteilung TX에서 처음 실행되었습니다. PS 21개(15kW)를 생산했습니다.^[11][12] 곧이어 DKM의 두 번째 시제품이 제작되었습니다. ³ 125cm의 작업실 부피 V를 가졌고 17,000rpm에서 21kW(29PS)를 생산했습니다. 최대 25,000rpm의 속도까지 도달할 수 있습니다. 그러나 이러한 엔진 속도는 외부 로터의 모양을 왜곡시켜 비실용적임을 증명했습니다.^[14] Mazda Motors의 엔지니어와 역사학자들에 따르면, DKM 엔진은 4대가 제작되었으며, 배기량 V는 250cm ³(작업실 체적 V는 125cm ³에 해당함)이라고 합니다. 네 번째 장치는 여러 번 설계 변경을 받았고, 결국 17,000rpm에서 29개의 PS(21kW)를 생산했으며, 최대 22,000rpm까지 도달할 수 있었다고 합니다. 제작된 4개의 엔진 중 하나가 독일 박물관 본(Bonn)에 정적으로 전시되었습니다(그림 2 참조).^[15]

정지된 센터 샤프트로 복잡한 디자인 때문에 DKM 엔진은 실용적이지 않았습니다.^[4] Wolf-Dieter Bensinger[de]는 DKM 엔진에서는 적절한 엔진 냉각이 이루어질 수 없다고 명시적으로 언급하며, 이것이 DKM 설계를 포기해야 했던 이유라고 주장합니다.^[16] NSU 개발 수석 엔지니어 Walter Froede는 Hanns-Dieter Paschke의 설계를 사용하여 DKM을 나중에 KKM으로 알려진 것으로 변환함으로써 이 문제를 해결했습니다(^[4]그림 5 참조). KKM은 쉽게 접근할 수 있는 스파크 플러그, 더 단순한 냉각 설계, 그리고 기존의 동력 이륙축을 갖추고 있기 때문에 훨씬 더 실용적인 엔진임이 입증되었습니다.^[5] Wankel은 Froede의 KKM 엔진을 싫어했습니다. 왜냐하면 내부 로터의 편심 운동이 Wankel의 의도대로 순수한 원형 운동이 아니기 때문입니다. 그는 자신의 "경주마"가 "쟁기마"로 바뀌었다고 말했습니다. Wankel은 또한 회전자의 편심 훌라후프 운동으로 인해 KKM의 정점 씰에 더 많은 응력이 가해질 것이라고 불평했습니다. NSU는 DKM과 KKM의 개발에 자금을 댈 여유가 없었고, 결국 DKM을 KKM에 유리하게 떨어뜨리기로 결정했습니다. 왜냐하면 후자가 더 실용적인 설계인 것처럼 보였기 때문입니다.^[17]

Wankel은 1961년 6월 13일 KKM 엔진에 대한 미국 특허 2,988,065를 획득했습니다.^[18] KKM의 설계 단계 내내, 프로이드의 엔지니어링 팀은 반복되는 베어링 발작, 엔진 내부의 오일 흐름, 엔진 냉각 등의 문제를 해결해야 했습니다.^[19] 최초의 완전한 기능을 갖춘 KKM 엔진인 KKM 125는 무게가 겨우 17kg(37.5파운드)으로 125cm의 ³을 대체하고 11,000rpm에서 26PS(19kW)를 생성했습니다. 첫 운행은 1958년 7월 1일에 있었습니다.^[21]

1963년, NSU는 최초의 자동차용 Wankel 엔진인 KKM 502를 생산했습니다(그림 6 참조). NSU 스파이더 스포츠카에 사용되었으며, 그 중 약 2,000대가 제작되었습니다. KKM 502는 "치질 문제"에도 불구하고, 상당한 잠재력과 부드러운 작동, 그리고 높은 엔진 속도에서 낮은 소음 배출을 가진 꽤 강력한 엔진이었습니다. 배기량 996cm³(61인치³), 정격출력 6,000rpm에서 40kW(54hp), BMEP 1MPa(145lbf/in²)의 싱글로터 PP 엔진이었습니다.^[22]

운영 및 설계

Wankel 엔진에는 회전 편심 동력 이륙축이 있으며, 회전 피스톤이 축에 편심선을 타고 훌라후프 방식으로 달립니다. Wankel은 2:3 유형의 회전 엔진입니다. 즉, 이상적인 전체 기하학적 부피의 3분의 2가 변위에 기인할 수 있습니다. 따라서, 회전 피스톤은 트로코이드(삼각형) 형상(레울로 삼각형과 유사)을 가지며, 완켈 엔진의 로터는 항상 3개의 이동 작업실을 형성하며, 하우징의 내부는 타원형의 에피트로코이드와 유사합니다.^[23] 그림 7은 완켈 엔진의 기본 기하학적 구조를 보여줍니다. 로터의 가장자리에 있는 씰은 하우징 주변부에 대해 씰링됩니다.^[24] 로터는 기어와 편심 출력축에 의해 유도되는 회전 운동으로 움직이며 외부 챔버에 의해 유도되지 않습니다. 로터가 외부 엔진 하우징과 접촉하지 않습니다. 로터에 가해지는 팽창된 가스 압력은 출력 샤프트의 편심 부분의 중심에 압력을 가합니다.

모든 실용적인 Wankel 엔진은 4사이클(즉, 4행정) 엔진입니다. 이론적으로는 2사이클 엔진이 가능하지만 흡기와 배기가스를 적절히 분리할 수 없기 때문에 비현실적입니다.^[16] 작동 원리는 오토 작동 원리와 유사합니다. 압축 점화 기능이 있는 디젤 작동 원리는 실제 Wankel 엔진에서는 사용할 수 없습니다.^[25] 따라서 완켈 엔진은 일반적으로 고전압 스파크 점화 시스템을 갖추고 있습니다.^[26]

Wankel 엔진에서 삼각 로터의 한쪽은 로터의 회전마다 흡기, 압축, 점화 및 배기의 4단계 오토 사이클을 완료합니다(그림 8 참조).^[27] 고정된 정점 사이의 로터의 형상은 각각 기하학적 연소실의 부피를 최소화하고 압축비를 최대화하는 것입니다.^[24][28] 로터에는 3개의 면이 있으므로 로터의 회전당 3개의 파워 펄스가 제공됩니다. Wankel의 로터의 세 면은 모두 하나의 회전으로 동시에 작동합니다. 출력 샤프트가 톱니 기어를 사용하여 로터보다 3배 빠르게 회전하기 때문에 샤프트가 회전할 때마다 하나의 동력 펄스가 생성됩니다. 비교를 위해 4행정 피스톤 엔진은 출력축(크랭크축)을 두 번 회전하면 오토 사이클이 완료됩니다. 따라서 Wankel은 출력축 회전당 2배의 파워 펄스를 생성합니다.^[29]

Wankel 엔진은 왕복 피스톤 엔진과 비교할 때 훨씬 낮은 불규칙도를 가지고 있어 Wankel 엔진이 훨씬 더 부드럽게 작동합니다. 완켈 엔진은 토크 전달이 균일해 관성 모멘트가 낮고 초과 토크 면적이 적기 때문입니다. 예를 들어, 2기통 Wankel 엔진은 4기통 피스톤 엔진보다 두 배 이상 부드럽게 작동합니다.^[30] Wankel 엔진의 편심 출력축에는 왕복 피스톤 엔진의 크랭크축의 응력 관련 윤곽이 없습니다. 따라서 Wankel 엔진의 최대 회전수는 주로 동기화 기어의 톱니 하중에 의해 제한됩니다.^[31] 경화된 강철 기어는 7,000 또는 8,000rpm 이상의 연장 작동에 사용됩니다. 실제로 자동차 Wankel 엔진은 유사한 출력의 왕복 피스톤 엔진보다 훨씬 높은 출력축 속도로 작동하지 않습니다. 자동차 경주의 완켈 엔진은 최대 10,000rpm의 속도로 작동하지만 실린더당 배기량이 비교적 작은 4행정 왕복 피스톤 엔진도 마찬가지입니다. 항공기에서는 6500 또는 7500rpm까지 보수적으로 사용됩니다.

챔버 부피 및 변위

챔버부피

Wankel 회전 엔진에서 챔버 부피 ${\displaystyle {Vk}_{}}$ ${\$는 회전자 표면 ${\displaystyle {Ak}_{}}$ ${\$와 회전자 $경로{\displaystyle }$ ${\displaystyle s}$의 곱과 같습니다$$$.$ 회전자 $표면{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {Ak}_{}}${\$displaystyle A_{k}}$는 회전자 팁이 회전자 하우징을 가로지르는 경로에 의해 제공되며$$, 생성 반경 R ${\displaystyle R$ 회전자 폭 $B{\displaystyle }$ ${\displaystyle B$ 회전자와 내부 $하우징$의 평행 이동 ${\displaystyle$ a$}$에 의해 결정됩니다$.$ 로터는 트로코이드("삼각형") 모양이므로, 동 60도는 로터가 로터 하우징에 가장 근접하는 간격을 나타냅니다. 그러므로,

${\displaystyle A_{k}=2\cdot B\cdot (R+a)\cdot sin(60^{\circ })={\sqrt {3}}\cdot B\cdot (R+a)}$^[32]

회전자 $경로{\displaystyle }$ ${\displaystyle$ s$}$는 다음과 같이 편심 ${\displaystyle e}$를 통해 적분될$$ 수 있습니다$$.

${\displaystyle \sum \,ds=\int _{\alpha =0^{\circ}}^{\alpha =270^{\circ}}e\cdotsin{\frac {2}{3}}\alpha \,d\alpha =3e}$

그러므로,

${\displaystyle V_{k}=A_{k}\cdot s={\sqrt {3}}\cdot B\cdot (R+a)\cdot 3e}$^[29]

확인이$어렵고$ 크기가 작으므로 $편의상$ {\displaystyle a$}$은(는) 생략할$$ 수 있습니다.^[33]

${\displaystyle V_{k}={\sqrt {3}}\cdot B\cdot R\cdot 3e}$^{[33][34][35][36][37]}

이에 대한 다른 접근 방식은 가장 먼 것으로 ${\displaystyle {\prime }^{}}$ ${\displaystyle$ a$'}$를 도입하고, 로터와 내부 하우징의 최단 평행 이송으로 ${\display a}$를 도입하고, ${\displaystyle {R1}_{}}$ = ${\displaystyle R}$+ a$$$display R_{$1} = R$+a}$ 및 R2 = R + a' {\display R_{2} = R+a'}를 가정하는 것입니다. 그리고나서,

${\displaystyle V_{k}={\sqrt {3}}\cdot B\cdot (2\cdot R_{1}+R_{2})\cdot e}$

로터와 내부 하우징의 평행 이송을 포함하면 챔버 부피를 결정하기 위한 충분한 정확도를 얻을 수 있습니다.^[33][29]

변위

Wankel 로터리 엔진에서 편심 샤프트는 3번의 완전 회전(1080°)을 해야 합니다. 연소실당 4사이클 엔진의 4사이클을 모두 완료합니다. Wankel 로터리 엔진에는 3개의 연소실이 있기 때문에 편심 샤프트(360°)^[29][38]를 한 번만 완전히 회전시키면 4사이클 엔진의 4사이클이 모두 완료됩니다. 이는 4사이클 피스톤 엔진의 4사이클을 모두 완료하기 위해 연소실 당 2번의 완전 회전을 해야 하는 4사이클 피스톤 엔진과는 다릅니다. 따라서 Wankel 로터리 엔진에서는 배기량 ${\displaystyle {Vh}_{}}$ ${\$를 얻기 위해 챔버 부피를 두 배로 늘려야 합니다$.$

${\displaystyle {}_{Vh}}$= ${\displaystyle 2}$ ${\displaystyle {\cdot }_{}}$ $Vk$ ⋅i {\displaystyle V${\displaystyle {\_}_{}}${h} = 2\cdot V_{k}\cdoti},

$i{\displaystyle }$ ${\displaystyle$ i$}$은(는) 엔진당 회전수입니다. Wankel 로터리 엔진의 배기량 ${\displaystyle {Vh}_{}}$ ${\$는 4행정 피스톤 엔진의 배기량 ${\displaystyle {Vh}_{}}$ ${\$에 해당합니다$.$^[39][40]

예

KKM 612 (NSU Ro80)

• e=14mm
• R=100mm
• a=2mm
• B=67mm
• i=2

${\displaystyle V_{k}={\sqrt {3}}\cdot 67\,mm\cdot (100+2\,mm)\cdot 3\cdot \,14\,mm\approx 498,000\,mm^{3}=498\,cm^{3}}$

${\displaystyle V_{h}=2\cdot 498\,cm^{3}\cdot 2=1,992\ cm^{3}}$^[41][42]

Mazda 13B-REW (Mazda RX-7)

• e=15mm
• R=103mm
• a=2mm
• B=80mm
• i=2

${\displaystyle V_{k}={\sqrt {3}}\cdot 80\,mm\cdot (103+2\,mm)\cdot 3\cdot \,15\,mm\approx 654,000\,mm^{3}=654\,cm^{3}}$

${\displaystyle V_{h}=2\cdot 654\,cm^{3}\cdot 2=2,616\ cm^{3}}$^[42]

라이선스 발급

NSU는 Wankel 엔진의 디자인을 다양한 형태로 전 세계 기업에 라이센스를 부여했으며, 많은 기업이 지속적인 개선을 시행하고 있습니다. 독일 엔지니어 볼프 디터 벤싱어(Wolf-Dieter Bensinger)는 1973년 저서 Roteskolben-Verbrennungsmotoren에서 다음과 같은 면허증을 시간순으로 기술하고 있으며, 이는 John B가 확인한 것입니다. 헤게:^[44][45]

• Curtiss-Write: 공랭식과 수냉식, 모든 종류의 엔진이 1958년부터 100–1,000 PS (74–735 kW),^[47] 1984년^[48] Deere & Company에 라이선스 판매
• Fichtel & Sachs: 1960년부터 산업 및 해양 엔진, 0.5–30 PS(0–22 kW)
• Yanmar Diesel: 1961년부터 최대 100PS(74kW)의 해상 엔진과 최대 300PS(221kW)의 디젤 연료로 작동하는 엔진
• Toyo Kogyo (Mazda): 1961년부터 최대 200PS(147kW)의 자동차 엔진
• 퍼킨스 엔진: 1961년부터 1972년까지 모든 종류의 엔진, 최대 250PS(184kW)
• Klöckner-Humboldt-Deutz: 디젤 연료로 작동하는 엔진, 1972년까지 개발 중단
• 다임러 벤츠: 1961년부터 1976년까지 50PS(37kW)에서 350PS(257kW)까지의 모든 종류의 엔진.
• 디젤 연료로 작동하는 엔진; 1972년까지 개발이 중단되었습니다.
• Krupp: 디젤 연료로 작동하는 엔진; 1972년까지 개발이 중단되었습니다.
• 라인스탈-하노마그: 1963년부터 다임러-벤츠에 인수된 가솔린 엔진은 40-200 PS(29-147 kW)였다.
• 알파 로미오: 1964년부터 50~300 PS (37~221 kW)의 자동차 엔진
• Rolls-Royce: 1965년부터 디젤 연료 또는 멀티 연료 운전용 엔진, 100–850 PS (74–625 kW)
• VEB 오토모빌바우: 1965년부터 0.25 ~ 25 PS (0 ~ 18 kW)와 50 ~ 100 PS (37 ~ 74 kW)의 자동차 엔진, 1972년까지 면허가 포기되었습니다.
• 포르쉐: 스포츠카 엔진은 50–1,000 PS(37–735 kW), 1965년부터
• 선외선: 1966년부터 50-400 PS(37-294 kW)의 해상 엔진
• Comotor(NSU Motorenwerke 및 Citro ë어): 가솔린 엔진은 40~200PS(29~147kW), 1967년부터
• 그래프너: 1967년부터 0.1~3PS(0~2kW)의 모델 엔진
• Savkel: 1969년부터 0.5~30PS(0~22kW)의 산업용 가솔린 엔진
• 닛산: 1970년부터 80~120 PS(59~88kW)의 자동차 엔진
• 제너럴 모터스: 1970년부터 항공기 엔진을 제외한 모든 종류의 엔진, 최대 4개 로터 엔진
• 스즈키: 1970년부터 20-90 PS(15-66kW)의 모터사이클 엔진
• 토요타: 1971년부터 75~150 PS(55~110kW)의 자동차 엔진
• Ford Germany: (Ford Motor Company 포함): 1971년부터 80~200 PS (59~147 kW)의 자동차 엔진
• BSA Company: 가솔린 엔진은 35–60 PS(26–44 kW), 1972년부터
• 야마하 자동차: 1972년부터 20~80 PS(15~59kW)의 가솔린 엔진
• 가와사키 중공업: 1972년부터 20~80PS(15~59kW)의 가솔린 엔진
• 1972년부터 20-100 PS(15-74kW)의 브런즈윅 엔진
• 잉거솔 랜드: 1972년부터 350–4,500 PS(257–3,310 kW)의 엔진
• American Motors Company: 가솔린 엔진 80–200 PS(59–147 kW), 1973년부터

1961년 NATI, NAMI, VNII모토프롬의 소련 연구기관은 Wankel 엔진 개발을 시작했습니다. 결국 1974년, 개발은 AvtoVAZ 공장의 특별 설계국으로 이관되었습니다.^[50] 존 B. 헤게는 어떤 소련 자동차 제조사에게도 면허증이 발급되지 않았다고 주장합니다.^[51]

공학 기술

Felix Wankel은 이론적 에피트로코이드와 비교하여 회전 엔진을 완벽하게 만들기 위한 이전의 시도가 실패한 대부분의 문제를 극복하고, 회전체 하우징 형태의 "오버사이즈"의 양과 동일한 팁 반경을 가진 베인 씰로 구성을 개발했습니다. 방사상 에이펙스 씰 운동을 최소화하고 원통형 가스로 적재된 에이펙스 핀을 도입하여 모든 씰 요소를 각 로터 에이펙스의 3개 평면 주위에 씰링합니다.^[52]

초기에는 다양한 하우징 치수 배열을 위해 특별한 전용 생산 기계를 만들어야 했습니다. 그러나, "Wankel Engine Cylinder Generating Machine"에 대한 미국 특허 3,824,746,G. J. Watt, 1974, 미국 특허 3,916,738, "트로코이드 표면의 가공 및/또는 처리를 위한 장치" 및 미국 특허 3,964,367, "트로코이드 내벽의 가공을 위한 장치" 등과 같은 특허 디자인이 문제를 해결하였습니다.

Wankel 엔진은 왕복 피스톤 4행정 엔진에서 블록 하우징이 하우징 주변의 고정된 위치에서 흡기, 압축, 연소 및 배기가 발생하는 문제점이 있습니다. 이로 인해 로터 하우징에 매우 불균일한 열 부하가 발생합니다.^[53] 이와는 대조적으로, 4행정 왕복 엔진은 이러한 4행정을 하나의 챔버에서 수행하므로 극단적인 "동결" 흡기 및 "불타는" 배기가 평균화되고 과열 작동 부품으로부터 경계 층에 의해 차폐됩니다. 이러한 블록 하우징의 불균일한 가열을 극복하기 위해 공랭식 Wankel에 히트 파이프를 사용하는 것이 플로리다 대학에 의해 제안되었습니다.^[54] 배기 가스가 포함된 특정 하우징 섹션을 예열하면 성능과 연비가 향상되고 마모와 배출도 줄어듭니다.^[55]

경계층 실드와 오일 필름은 단열재 역할을 하여 윤활 필름의 온도를 낮춥니다(수냉식 Wankel 엔진의 경우 약 200°C 또는 390°F). 이것은 더 일정한 표면 온도를 제공합니다. 스파크 플러그 주변의 온도는 왕복 엔진의 연소실 온도와 거의 같습니다. 원주형 또는 축류 냉각 시 온도 차이는 견딜 수 있습니다.^[56][57][58]

1950년대와 1960년대의 연구 과정에서 문제가 발생했습니다. 한동안 엔지니어들은 내부 에피트로코이드 표면에서 이른바 "채터 자국"과 "악마의 긁힘"에 직면하여 트로코이드 표면의 크롬 코팅이 벗겨졌습니다. 그들은 그 원인이 정점 씰이 공명하는 진동에 도달했기 때문이라는 것을 발견했고, 정점 씰의 두께와 무게를 줄이고 더 적합한 재료를 사용함으로써 문제를 해결했습니다. 씰과 하우징 코팅에 더 적합한 소재를 도입한 후 스크래치가 사라졌습니다. Yamamoto는 구멍이 있는 정점 씰을 실험적으로 가볍게 했습니다. 이제 체중이 주요 원인으로 확인되었습니다. 그 후 마즈다는 초기 생산 엔진에 알루미늄을 함침시킨 탄소 정점 씰을 사용했습니다. NSU는 크롬에 탄소 안티몬이 함침된 에이펙스 씰을 사용했습니다. NSU는 생산 만기까지 ELNISIL 코팅을 개발하여 RO80용 금속 밀봉 스트립으로 되돌렸습니다. Mazda는 크롬을 계속 사용했지만 알루미늄 하우징에 강철 재킷을 제공하고 얇은 차원의 아연도금 크롬 층으로 코팅했습니다. 이를 통해 마즈다는 처음에는 3mm, 나중에는 2mm 두께의 금속 정점 씰로 돌아갈 수 있었습니다.^[59] 또 다른 초기 문제는 플러그가 블록 하우징에 직접 나사로 고정되는 대신 하우징 내 별도의 금속 인서트/구리 슬리브에 스파크 플러그를 장착하여 플러그 구멍 근처의 스테이터 표면에 균열이 쌓이는 것이었습니다.^[60]

토요타는 선도적인 사이트의 스파크 플러그를 글로우 플러그로 교체하면 낮은 rpm, 부품 부하, 특정 연료 소비량이 7% 증가하고 배출 가스 및 공회전도 개선된 것으로 나타났습니다.^[61] 스파크 플러그 보스 냉각을 위한 이후의 대체 솔루션은 수냉식 회전 장치를 위한 가변 냉각수 속도 체계로 제공되었으며, 이는 커티스 라이트(Curtiss-Wright)의 특허를 받아 널리 사용되고 있으며,^[62] 공랭식 엔진 스파크 플러그 보스 냉각을 위한 마지막 목록에 포함되어 있습니다. 이러한 접근법은 전도성이 높은 구리 삽입물을 필요로 하지 않았지만 사용을 배제하지는 않았습니다. Ford는 Wankel 엔진을 하우징 작업 표면에 일반적으로 배치하는 대신 플러그를 측면 플레이트에 배치하여 테스트했습니다.CA 1036073, 1978).

토크 전달

완켈 엔진은 고속 운전이 가능하기 때문에 고출력을 내기 위해 반드시 높은 토크를 낼 필요가 없습니다. 흡기 포트와 흡기 포트가 닫히는 위치는 엔진의 토크 생산에 큰 영향을 미칩니다. 흡기 포트를 조기에 닫으면 로우 엔드 토크가 증가하지만 하이 엔드 토크(및 이에 따른 동력)가 감소하는 반면, 흡기 포트를 늦게 닫으면 로우 엔드 토크가 감소하는 반면, 고속 엔진 속도에서는 토크가 증가하여 더 높은 엔진 속도에서 더 많은 동력이 발생합니다.^[63]

주변 흡기 포트는 평균 유효 압력이 가장 높지만, 측면 흡기 포트는 혼합물이 점화되고 점화되지 않는 주기가 번갈아 발생하여 연소된 가스가 흡기 덕트로 역류하는 것을 방지하는 데 도움이 되기 ^[64]때문에 공회전이 더 안정적으로 발생합니다. 주변 장치 포팅(PP)은 rpm 범위 전체에서 가장 우수한 평균 유효 압력을 제공하지만 PP는 더 나쁜 아이들 안정성 및 부분 부하 성능과도 연결되었습니다. 토요타의^[65] 초기 작업은 배기 포트에 신선한 공기 공급 장치를 추가하도록 이끌었고, 흡기 포트 또는 덕트의^[66] 리드 밸브가 Wankel 엔진의 낮은 rpm과 부분 부하 성능을 향상시킴으로써 흡기 포트 및 덕트로 배기 가스가 역류하는 것을 방지하고 실화 유도 높은 EGR을 감소시킴으로써 입증되었습니다. 최고 rpm에서 약간의 전력 손실이 발생하는 비용으로. 로터 편심이 클수록 탄성이 향상되며, 이는 왕복 엔진에서 스트로크가 길어지는 것과 유사합니다.

완켈 엔진은 저압 배기 시스템으로 더 잘 작동합니다. 배기 배압이 높을수록 평균 유효 압력이 감소하며, 주변 흡기 포트 엔진에서 더욱 심합니다. Mazda RX-8 Renesis 엔진은 이전 설계에 비해 배기구 면적이 2배 증가하여 성능을 향상시켰으며 흡배기 배관 구성이 Wankel 엔진의 성능에 미치는 영향에 대한 연구가 있었습니다.^[67] 사이드 흡기 포트(Mazda의 Renesis 엔진에 사용됨)는 1950년대 후반 Hanns-Dieter Paschke에 의해 처음 제안되었습니다. 파슈케는 정확하게 계산된 흡기 포트와 흡기 매니폴드가 PP 엔진만큼 강력한 사이드 포트 엔진을 만들 수 있다고 예측했습니다.^[68]

자재

앞서 설명한 바와 같이, Wankel 엔진은 엔진의 고정된 위치에서 4번의 사이클이 발생하기 때문에 불균일한 열 팽창의 영향을 받습니다. 이는 사용되는 재료에 큰 요구를 가하지만 Wankel의 단순성으로 인해 이국적인 합금 및 세라믹과 같은 대체 재료를 더 쉽게 사용할 수 있습니다. 일반적인 방법은 알루미늄으로 제조된 엔진 하우징의 경우, 연소실 영역을 위해 엔진 하우징 상에 스퍼터링된 몰리브덴 층을 사용하고, 그 밖의 곳에 스퍼터링된 강철 층을 사용하는 것입니다. 철로 주조된 엔진 하우징은 연소 열 스트레스를 견디는 데 적합한 재료로 만들기 위해 인덕션 브레이징이 가능합니다.^[69]

Wankel 주택용으로 인용된 합금 중에는 A-132, Inconel 625 및 T6 경도로 처리된 356이 있습니다. Nikasil은 하우징 작업 표면을 도금하는 데 여러 재료가 사용되었습니다. 시트로 ë, 다임러-벤츠, 포드, AP 그라젠 등이 이 분야의 특허를 출원했습니다. 에이펙스 씰의 경우 탄소 합금에서 강철, 페라이트계 스테인리스, 페로-TiC 및 기타 재료에 이르기까지 얻은 경험과 함께 재료 선택이 발전했습니다.^[70] 하우징 도금과 정점 및 측면 씰 재료의 조합은 씰과 하우징 커버의 최상의 지속 시간을 얻기 위해 실험적으로 결정되었습니다. 샤프트의 경우 하중에 변형이 거의 없는 강철 합금이 선호되며, 이를 위해 마레이징 강철의 사용이 제안되었습니다.

납 가솔린 연료는 Wankel 엔진 개발 첫 해에 사용 가능한 주요 유형이었습니다. 납은 고체 윤활유이며 납 가솔린은 씰과 하우징의 마모를 줄이도록 설계되었습니다. 첫 번째 엔진은 가솔린의 윤활 특성을 고려하여 오일 공급량을 계산했습니다. 납 가솔린이 단계적으로 폐기됨에 따라 Wankel 엔진은 중요 엔진 부품에 윤활 기능을 제공하기 위해 가솔린 내 오일 혼합을 증가시켜야 했습니다. David Garside의 SAE 논문은 Norton이 선택한 재료와 냉각 핀에 대해 광범위하게 설명했습니다.^{[citation needed]}

바다표범 사냥

초기의 엔진 설계는 로터와 하우징 사이 및 하우징을 구성하는 다양한 부품 사이에서 실링 손실의 발생률이 높았습니다. 또한 이전 모델의 Wankel 엔진에서는 탄소 입자가 씰과 케이싱 사이에 끼여 엔진이 막혀 부분적인 재구축이 필요할 수 있습니다. 매우 초기의 마쓰다 엔진은 5만 마일(80,000 km) 이후에 재구축이 필요한 경우가 일반적이었습니다. 하우징 내부의 불균일한 열 분포로 인해 씰링 문제가 발생하여 씰링 및 압축이 왜곡되고 손실되었습니다. 또한 이러한 열 왜곡으로 인해 에이펙스 씰과 로터 하우징 사이에 불균일한 마모가 발생했으며, 이는 보다 높은 주행 거리의 엔진에서 잘 드러납니다.^{[citation needed]} 문제는 엔진이 작동 온도에 도달하기 전에 스트레스를 받았을 때 더 악화되었습니다. 그러나 마즈다 완켈 엔진은 이러한 초기 문제를 해결했습니다. 현재 엔진에는 거의 100개의 씰 관련 부품이 있습니다.^[11]

냉각기 흡기 로브 영역에서 축방향으로 가까운 측면 하우징 사이를 통과하는 열간 로터 정점의 간극 문제는 오일 씰의 방사상 인보드에 있는 축방향 로터 파일럿과 로터 내부의 개선된 관성 오일 냉각을 사용하여 해결되었습니다(C-W US 3261542, C. Jones, 5/8/63, US 3176915, M. Bentele, C. Jones). A.H. Raye. 7/2/62), 약간 "크라우드"된 정점 씰(중앙의 높이와 씰의 극단에 있는 높이가 다름).^[71]

연비 및 배기가스

열역학적 단점 섹션에서 설명한 바와 같이 Wankel 엔진은 연비가 좋지 않은 매우 비효율적인 엔진입니다. 이는 Wankel 엔진의 불량한 연소실 모양과 넓은 표면적을 가진 설계 때문에 발생합니다. 반면 Wankel 엔진의 설계는 압축을 줄이지 않고 저옥탄 연료를 사용할 수 ^[25]있는 엔진 노킹의 가능성이 훨씬 낮습니다. NSU는 Felix Wankel low octane gasol의 제안으로 테스트했습니다. 40옥탄 가솔린은 BV Aral에 의해 시험적으로 생산되었으며, BV Aral은 압축비가 8:1인 Wankel DKM54 테스트 엔진에 사용되었으며, 불만 없이 작동했습니다. 이것은 고품질의 휘발유 생산을 위해 새로운 공장에 상당한 돈을 투자했던 유럽의 석유 화학 산업을 화나게 했습니다.^{[72][73][74][75][76]}직접 분사 층화 충전 엔진은 옥탄 수가 특히 적은 연료로 작동할 수 있습니다. 옥탄 번호가 ~25뿐인 디젤 연료와 같은 것입니다. ^{[77] [78]}주변 배기 포트가 있는 Wankel 엔진은 효율이 좋지 않기 때문에 배기로 배출되는 미연탄화수소(HC)의 양이 더 많습니다.^[79][80] 그러나 연소 속도가 느리고 다른 엔진에 비해 온도가 낮으며, Wankel 엔진의 배기 가스 재순환(EGR) 동작이 양호하기 때문에 배기 가스는 질소 산화물(NOx) 배출이 상대적으로 낮습니다. Wankel과 오토 엔진의 일산화탄소(CO) 배출량은 거의 비슷합니다.^[25] Wankel 엔진은 특히 저부하 및 중부하 조건에서 오토 엔진보다 배기 가스 온도가 상당히 높습니다(δt>100K). 연소 빈도가 높고 연소 속도가 느리기 때문입니다. 배기 가스 온도는 6000분의 엔진⁻¹ 속도에서 고부하 시 1300K를 초과할 수 있습니다. Wankel 엔진의 배기 가스 거동을 개선하기 위해 열 반응기 또는 촉매 변환기를 사용하여 배기에서 탄화수소 및 일산화탄소를 줄일 수 있습니다.^[79]Mazda는 챔버당 2개의 스파크 플러그가 있는 이중 점화 시스템을 사용합니다. 이는 전력 출력을 증가시킴과 동시에 HC 배출을 감소시킵니다. 동시에 L 후행 플러그에 비해 T 선도 플러그의 사전 점화를 줄여 HC 배출량을 낮출 수 있습니다. 이는 연소 후 내부로 이어지며 HC 배출을 감소시킵니다. 반면, L과 T의 점화시기가 동일하면 더 높은 에너지 변환을 유도합니다. 연소실 벽에 부착된 탄화수소는 주변 출구에서 배기로 배출됩니다.^[81][82] Mazda는 챔버당 R26B 엔진에 3개의 스파크 플러그를 사용했습니다. 세 번째 스파크 플러그는 스퀴시가 생성되기 전에 후미측에서 혼합물에 점화하여 혼합물이 완전히 연소되고 화염 전파 속도가 빨라져 연료 소비가 향상됩니다.^[83] Curtiss-Wright 연구에 따르면,^[84] 배기 중 미연탄화수소의 양을 조절하는 요인은 로터 표면 온도이며, 온도가 높을수록 배기 중 탄화수소가 적어집니다. Curtiss-Wright는 로터를 확장하여 엔진의 나머지 아키텍처를 그대로 유지함으로써 마찰 손실을 줄이고 변위와 출력을 높였습니다. 이러한 넓힘의 한계 요인은 기계적인 것이었고, 특히 고속 회전 속도에서 축 처짐이었습니다.^[85] 퀀칭은 고속에서는 탄화수소의 지배적인 공급원이고 저속에서는 누출입니다.^[86] 측면 포팅을 사용하면 탑 데드 센터 주변의 배기 포트를 닫고 흡기 및 배기 오버랩을 줄일 수 있어 연료 소비를 개선하는 데 도움이 됩니다.^[80]

2004년 미국의 ^[42]저공해차(LEV-II) 기준을 충족한 마쓰다의 RX-8 차량(1999년 처음 공개)은 렌시스 엔진을 장착했습니다. 이는 주로 사이드 포팅을 사용하여 달성되었습니다. 이전 마쓰다 회전 엔진의 배기 포트는 로터 하우징에 위치해 있었고, 연소실 측면으로 이동했습니다. 이 방법을 통해 마즈다는 흡기구와 배기구 사이의 겹침을 제거하는 동시에 배기구 면적을 늘릴 수 있었습니다. 이 설계로 저속 및 경부하 영역에서 연소 안정성이 향상되었습니다. 측면 배기 포트 로터리 엔진의 HC 배출량은 주변 배기 포트 Wankel 엔진의 HC 배출량보다 35~50% 적습니다. 주변 포트 로터리 엔진은 특히 높은 rpm과 직사각형 모양의 흡기 포트에서 더 나은 평균 유효 압력을 갖습니다.^{[87] [88]} 그러나 RX-8은 유로5 배출가스 규제를 충족시키기 위해 개선되지 않았고, 2012년 단종되었습니다.^[89] 마즈다 MX-30 R-EV의 새로운 마즈다 8C는 유로 6d-ISC-FCM 배출 기준을 충족합니다.^[90]

레이저 점화

레이저 점화는 2011년 처음 제안됐지만,^[91][92] 레이저 점화에 대한 첫 연구는 2021년에야 진행됐습니다. Wankel 엔진에서 희박한 연료 혼합물의 레이저 점화는 연료 소비 및 배기 가스 거동을 개선할 수 있다고 가정합니다. 2021년 연구에서 Wankel 모델 엔진은 레이저 점화 및 다양한 기체 및 액체 연료로 테스트되었습니다. 레이저 점화는 연소 발달의 중심을 빠르게 하여 연소 속도를 향상시키고 NO_x 배출을 감소시킵니다. 적절한 점화에 필요한 레이저 펄스 에너지는 낮은 한 자리 수 mJ 범위에서 "합리적"입니다. 레이저 점화에는 Wankel 엔진을 크게 개조할 필요가 없습니다.^[93]

압축-점화 완켈

회전식 압축 점화 엔진에 대한 연구가 진행되었습니다. Wankel 엔진의 기본 설계 변수는 실제 엔진에서 디젤 작동에 충분한 압축비를 얻는 것을 방해합니다.^[94] Rolls-Royce와^[95] Yanmar 압축-점화^[96] 방식은 2단 장치(그림 14 참조)를 사용하는 것이었고, 하나의 로터는 압축기 역할을 하고 다른 하나는 연소가 이루어집니다.^[97] 두 엔진 모두 작동하지 않았습니다.^[94]

다연료 완켈 엔진

압축 점화(디젤) Wankel 엔진과는 다른 접근 방식은 디젤, 가솔린, 등유, 메탄올, 천연 가스 및 수소와 같은 매우 다양한 연료에서 작동할 수 있는 비 CI 다중 연료 Wankel 엔진입니다.^[98][99] 독일 엔지니어 Dankwart Eiermann은 2000년대 초 Wankel SuperTec(WST)에서 이 엔진을 디자인했습니다. 챔버 부피는 500cm ³(cc)이며 로터당 표시 출력은 50kW(68마력)입니다. 로터가 1개에서 최대 4개인 버전이 가능합니다.^[100]

WST 엔진은 층화된 전하 원리로 작동하는 공통 레일 직분사 시스템을 갖추고 있습니다. 디젤 엔진과 유사하고 기존의 Wankel 엔진과 달리 WST 엔진은 4사이클 엔진 압축 단계에서와 같이 공기와 연료의 혼합물이 아닌 공기를 압축합니다. 연료는 탑 데드 센터 직전에만 압축 공기로 주입되므로 층화된 전하(즉, 균질한 혼합물이 없음)가 발생합니다. 점화 플러그는 연소를 시작하는 데 사용됩니다.^[101] 압축 단계의 끝과 연소 시의 압력은 기존 디젤 엔진보다 낮으며,^[100] 연료 소비량은 소형 간접 분사 압축 점화 엔진(즉, >250g/(kW·h))^[102]과 동등합니다.

디젤 연료를 사용하는 WST Wankel 엔진의 변종은 60대의 도이치 반 디젤 기관차에서 APU로 사용되고 있습니다. WST 디젤 연료 엔진은 최대 400kW(543마력)의 출력을 낼 수 있습니다.^[103][98]

수소연료

수소/공기 연료 혼합물은 휘발유보다 연소 속도가 빨라 점화 속도가 빠르기 때문에, 수소 내연 기관의 중요한 문제는 사전 점화 및 역발화를 방지하는 것입니다. 회전 엔진에서 오토 사이클의 각 사이클은 서로 다른 챔버에서 발생합니다. 중요한 것은 흡기 챔버가 연소 챔버로부터 분리되어 있기 때문에 공기/연료 혼합물이 국부적인 핫 스팟으로부터 멀리 떨어져 있다는 것입니다. Wankel 엔진에는 또한 뜨거운 배기 밸브가 없어 수소 작동에 쉽게 적응할 수 있습니다.^[104] 또 다른 문제는 왕복 엔진의 윤활막에 대한 수소산염 공격에 관한 것입니다. Wankel 엔진에서는 세라믹 에이펙스 씰을 사용하여 수소산염 공격 문제를 회피합니다.^[105][106]

Wakayama 등은 수소 운전을 연구하기 위해 Mazda RX-8에 장착된 Wankel 엔진 시제품에서 수소 운전이 가솔린 연료 운전에 비해 열효율을 23% 향상시킨 것을 발견했습니다. 하지만 희박 연소로 인한 높은 NOx 배출로 배기가스 거동이 크게 악화돼 일본의 SULEV 배출 기준을 준수하지 못했습니다. 배출가스 규제를 준수하기 위해서는 보충적인 화학량론 모드를 사용해야 했고, 이는 엔진의 열효율을 낮췄습니다.^[107]

이점

Wankel 엔진의 주요 장점은 다음과 같습니다.^[108]

• 피스톤 엔진보다^[109] 훨씬 높은 출력 대 무게 비율
• 동급 피스톤 엔진보다^[109] 작은 엔진 공간에서 포장이 용이합니다.
• 동급 피스톤 엔진보다 높은 엔진 속도에 도달할 수 있음
• 진동이^[110] 거의 없는 상태에서 작동
• 엔진이^{[25][111][112]} 고장 날 일이 없음
• 엔진에 부품이^[109] 적기 때문에 대량 생산이 더 저렴합니다.
• 피스톤 엔진의^[110] 경우 1/4이 아닌 연소 사이클의 약 2/3 동안 토크 공급
• 쉽게 적응하고 수소 연료를 사용하기에 매우 적합합니다.

완켈 엔진은 동력 출력이 동급인 피스톤 엔진보다 훨씬 적은 움직이는 부품을 포함하여 상당히 가볍고 단순합니다. 밸브나 복잡한 밸브 트레인은 로터 하우징의 벽에 절단된 간단한 포트를 사용하여 제거됩니다. 로터가 출력축의 대형 베어링 위에 직접 올라가기 때문에 연결봉도 없고 크랭크축도 없습니다. 왕복 질량을 제거하면 Wankel 엔진이 낮은 불균일 계수를 얻을 수 있으며, 이는 Wankel 엔진이 동급 왕복 피스톤 엔진보다 훨씬 부드럽게 작동한다는 것을 의미합니다. 예를 들어, 2기통 Wankel 엔진은 4기통 왕복 피스톤 엔진보다 작동이 두 배 이상 부드럽습니다.^[30]

4행정 실린더는 크랭크축을 한 번 회전할 때마다 파워 스트로크를 생성하며, 3행정은 펌핑 손실입니다. Wankel 엔진은 또한 왕복 피스톤 엔진보다 체적 효율이 높습니다.^[113] Wankel 엔진은 파워 스트로크의 준중첩성 때문에 파워 증가에 매우 빠르게 반응하여 수요가 발생할 때, 특히 더 높은 엔진 속도에서 파워를 빠르게 전달합니다. 이러한 차이는 4기통 왕복 엔진과 비교할 때 더 두드러지고 더 많은 실린더 수와 비교할 때 덜 두드러집니다.

고온 배기 밸브가 없기 때문에 Wankel 엔진의 연료 옥탄 요구량은 왕복 피스톤 엔진보다 낮습니다.^[114] 일반적으로 작업실 부피 V가 500 cm ³이고 압축이 ε=9인 Wankel 엔진은 옥탄가 91 RON에 불과한 보통 수준의 가솔린에서 잘 작동한다고 가정할 수 있습니다. 왕복 피스톤 엔진의 경우 노크를 방지하기 위해 압축을 한 단위 줄여야 합니다. 유사한 Wankel 엔진에서는 압축 감소가 필요하지 않을 수 있습니다.^[115]

인젝터 수가 적기 때문에 Wankel 엔진의 연료 분사 시스템은 왕복 피스톤 엔진보다 저렴합니다. 계층화된 충전 작동을 가능하게 하는 분사 시스템은 엔진의 바람직하지 않은 부분의 풍부한 혼합 영역을 줄이는 데 도움이 될 수 있으며, 이는 연비를 향상시킵니다.^[116]

단점들

열역학적 단점

Wankel 로터리 엔진은 표면적이 넓고 연소실 형상이 좋지 않은 Wankel 엔진의 설계로 인해 발생하는 열역학적 불량에 주로 시달립니다. 이로 인해 Wankel 엔진은 연소 속도가 느리고 불완전하기 때문에 연료 소모량이 높고 배기가스 거동이 좋지 않습니다.^[114] 완켈 엔진은 일반적으로 약 30%의 최대 효율에 도달할 수 있습니다.^[117]

Wankel 로터리 엔진에서는 연소실이 길고 가늘며 움직이기 때문에 연료 연소가 느립니다. 화염 이동은 거의 전적으로 로터 이동 방향으로만 발생하며, 연료와 공기 혼합물의 소광(ching光)이 좋지 않아 엔진 고속에서 연소되지 않은 탄화수소의 주요 공급원이 됩니다. 연소실의 후미측은 자연적으로 화염이 챔버의 후미측 가장자리에 도달하는 것을 방지하는 "스퀴즈 스트림(squeze stream)"을 생성하고, 이는 연료와 공기 혼합물이 제대로 소광되지 않는 결과를 악화시킵니다. 연료가 연소실의 앞쪽 가장자리를 향해 분사되는 직접 연료 분사는 배기 중 연소되지 않은 연료의 양을 최소화할 수 있습니다.^[118][119]

기계적 단점

많은 단점이 지속적인 연구의 대상이지만, 현재 Wankel 엔진이 생산 중인 단점은 다음과 같습니다.^[120]

로터 실링

엔진 하우징은 각 챔버 섹션마다 온도가 크게 다릅니다. 재료의 다른 팽창 계수는 불완전한 밀봉으로 이어집니다. 또한, 에이펙스 씰의 양쪽 측면이 연료에 노출되며, 설계상 로터의 윤활을 정확하고 정밀하게 제어할 수 없습니다. 로터리 엔진은 모든 엔진 속도와 부하에서 과유화되는 경향이 있으며, 엔진의 연소 영역에서 과도한 오일로 인한 탄소 형성 및 과도한 오일 배출과 같은 비교적 높은 오일 소비 및 기타 문제가 있습니다. 이에 비해 피스톤 엔진은 한 챔버에 있는 사이클의 모든 기능을 갖추고 있어 피스톤 링이 작용할 수 있는 보다 안정적인 온도를 제공합니다. 또한, (4행정) 피스톤 엔진은 피스톤의 한쪽만 연료에 노출되어 다른 한쪽에서 실린더를 윤활할 수 있습니다. 피스톤 엔진 구성품은 실린더 압력과 파워 레벨이 증가함에 따라 링 씰링 및 오일 제어를 증가시키도록 설계할 수도 있습니다. Wankel 엔진에서 하우징과 측면 및 중간 플레이트의 서로 다른 영역 사이의 온도 차이와 관련된 열 팽창의 문제를 극복하기 위해 히트 파이프가 엔진의 고온에서 저온 부품으로 열을 운반하는 데 사용되었습니다. "히트 파이프"는 고온의 배기 가스를 효과적으로 엔진의 냉각기 부품으로 유도하여 효율성과 성능을 저하시킵니다. 소변위 방식의 차지 냉각 로터, 공랭식 하우징 Wankel 엔진의 경우 엔진의 최대 온도가 231~129°C(448~264°F), 엔진의 고온 영역과 저온 영역 간 최대 차이가 159~18°C(286~32°F)로 감소하는 것으로 나타났습니다.^[121]

에이펙스 실 리프팅

원심력이 에이펙스 씰을 하우징 표면으로 밀어 넣어 견고한 씰을 형성합니다. 원심력과 가스 압력의 불균형이 발생할 때 경부하 작동 시 에이펙스 씰과 트로코이드 하우징 사이에 갭이 발생할 수 있습니다. 엔진 RPM이 낮은 범위 또는 부하가 낮은 조건에서는 연소실의 가스 압력이 씰을 표면에서 들어 올려 연소 가스가 다음 챔버로 누출될 수 있습니다. 마즈다는 트로코이드 하우징의 모양을 바꾸는 해결책을 개발했는데, 이는 씰이 하우징과 같은 평면을 유지한다는 것을 의미했습니다. 지속적인 높은 회전에서 Wankel 엔진을 사용하면 정점 씰 리프트 오프를 제거하여 전기 발전과 같은 응용 분야에서 실행 가능합니다. 자동차에서 엔진은 직렬 하이브리드 애플리케이션에 적합합니다.^[122] NSU는 에이펙스 씰의 한쪽 면에 슬롯을 추가하여 가스 압력을 에이펙스 바닥으로 유도함으로써 이 문제를 방지했습니다. 이것은 정점 씰이 들어 올리는 것을 효과적으로 방지했습니다.^[123]

2차원에서는 Wankel의 씰 시스템이 해당 멀티 실린더 피스톤 엔진의 씰 시스템보다 훨씬 간단해 보이지만 3차원에서는 그 반대가 사실입니다. 개념도에서 볼 수 있는 로터 정점 씰 뿐만 아니라 로터도 챔버 끝에 대해 씰링해야 합니다.

왕복 엔진의 피스톤 링은 완벽한 씰이 아닙니다. 각각은 팽창할 수 있는 틈이 있습니다. Wankel 로터의 정점에서 씰링이 덜 중요한 이유는 누출이 메인축 케이스가 아니라 사이클의 인접 스트로크에 있는 인접 챔버 사이에 있기 때문입니다. 수년간 실링이 개선되었지만 대부분 윤활 부족으로 인한 Wankel의 효과적이지 못한 실링은 여전히 그 효율성을 감소시키는 요인으로 남아 있습니다.^[124]

로터리 엔진의 연소실의 후미측은 화염 전방을 밀어내는 스퀴즈 스트림을 형성합니다. 이 스퀴즈 스트림은 기존의 1개 또는 2개의 스파크 플러그 시스템과 균질한 혼합물을 사용하여 중 엔진 속도 범위와 고속 엔진 속도 범위에서 연소실의 후미측으로 화염이 전파되는 것을 방지합니다.^[125] 가와사키는 미국 특허 US 3848574에서 이 문제를 해결했습니다. 도요타는 전면에 글로우 플러그를 장착하고 흡입 덕트에 리드 밸브를 사용하여 7%의 경제성 향상을 달성했습니다. 2행정 엔진에서, 금속 리드는 약 15,000 km (9,300 마일) 동안 지속되는 반면 탄소 섬유는 약 8,000 km (5,000 마일) 동안 지속됩니다.^[65] 방켈의 배기 스트림에 일산화탄소와 연소되지 않은 탄화수소가 더 많이 존재하는 이유 중 하나는 방켈의 후미측에서 이와 같이 연소가 잘 되지 않기 때문입니다. Mazda Renesis에서 사용되는 측면 포트 배기 장치는 연소되지 않은 혼합물이 빠져나가지 못하기 때문에 포트 오버랩을 방지합니다. Mazda 26B는 3개의 스파크 플러그 점화 시스템을 사용하여 이러한 문제를 방지하고 흡인 혼합물을 완전히 변환했습니다. 26B에서는 상부 후기 후행 스파크 플러그가 스퀴즈 흐름이 시작되기 전에 점화됩니다.^[126]

규정과 과세

자동차 경주에서 배기량과 규제 기관에 따라 자동차에 세금을 부과하는 국가 기관은 Wankel 엔진을 4행정 피스톤 엔진과 비교하기 위해 다양한 동등성 요소를 사용합니다. 예를 들어 그리스는 자동차에 대해 작업실 부피(회전자 1개의 면)에 회전자 수를 곱한 값으로 세금을 부과하여 소유 비용을 낮췄습니다.^{[citation needed]} 일본도 마찬가지였지만, 동등성 계수 1.5를 적용해 마쓰다의 13B 엔진이 2리터 세금 제한 바로 아래에 들어갔습니다. FIA는 등가계수 1.8을 사용했지만 나중에 Bensinger가 설명한 변위 공식을 사용하여 2.0으로 높였습니다. 그러나 DMSB는 모터스포츠에서 등가 계수 1.5를 적용합니다.^[127]

자동차 어플리케이션

판매된 최초의 로터리 엔진 자동차는 1964 NSU 로터리 스파이더였습니다. 2012년 마쓰다가 RX-8을 단종할 때까지 자동차에는 로터리 엔진이 지속적으로 장착되었습니다. 마쓰다는 2023년에 로터리 엔진을 장착한 하이브리드 전기차 MX-30 R-EV를 출시했습니다.^[128]

NSU와 마즈다

마쓰다와 NSU는 1961년 완켈 엔진 개발을 위한 연구 계약을 체결하고 최초의 완켈 엔진을 시장에 내놓기 위해 경쟁했습니다. 마쓰다는 그 해 실험용 로터리를 생산했지만, NSU는 1964년에 판매된 최초의 로터리 자동차였고, 스포츠용 NSU 스파이더는 그 해 도쿄 모터쇼에서 2-회전식과 4-회전식 로터리 엔진의 전시로 맞섰습니다.^[11] 1967년 NSU는 회전식 고급차인 Ro80을 생산하기 시작했습니다.^[129] 그러나 NSU는 마즈다나 커티스-라이트와 달리 로터에 신뢰할 수 있는 에이펙스 씰을 생산하지 못했습니다. NSU는 에이펙스 씰의 마모, 샤프트 윤활 불량 및 연비 저하 문제로 인해 엔진 고장이 빈번하게 발생하여 1972년에 이르러서야 보증 비용이 크게 증가하여 NSU 로터리 엔진 개발이 중단되었습니다. 이처럼 새 로터리 엔진의 조기 출시로 모든 제조사의 평판이 좋지 않았고, NSU가 70년대 후반에 생산한 마지막 엔진에서 이러한 문제들이 해결되었을 때도 판매량은 회복되지 않았습니다.^[11]

1978년 초, 아우디 엔지니어 Richard van Basshuysen과 Gottlieb Wilmers는 새로운 세대의 아우디 NSU Wankel 엔진인 KKM 871을 설계했습니다. 이는 이심률 17 mm, 발생반경 118.5 mm, 등거리 4 mm, 하우징 폭 69 mm에서 도출된 챔버 체적 V가 ³ 746.6 cm인 2개 로터 유닛이었습니다. 이중 측면 흡기 포트와 주변 배기 포트가 있었으며, 연속 분사 방식의 Bosch K-Jetronic 멀티포인트 매니폴드 분사 시스템이 장착되어 있었습니다. DIN 70020 표준에 따르면 6500rpm에서 121kW를 생산하며, 3500rpm에서 최대 210N·m의 토크를 제공할 수 있습니다.^[130] Van Basshuysen과 Wilmers는 열 반응기 또는 배기가스 제어를 위한 촉매 변환기를 사용하여 엔진을 설계했습니다.^[130] 엔진의 질량은 142kg,^[130] BSFC는 3000rpm에서 약 315g/(kW·h), BMEP는 900kPa였습니다.^[131] 테스트를 위해 아우디 100 Type 43 시승차에는 KKM 871 엔진 2개가 장착되었고, 하나는 5단 수동 기어박스, 하나는 3단 자동 기어박스가 장착되었습니다.^[132]

마즈다

마즈다는 300시간 동안 고속으로 시험 엔진을 고장 없이 작동시켜 에이펙스 씰 문제를 해결했다고 주장했습니다.^[11] 수년간의 개발 끝에 마쓰다의 첫 회전 엔진 자동차는 1967년형 코스모 110S입니다. 이 회사는 버스와 픽업 트럭을 포함하여 여러 대의 Wankel(회사 용어로 "회전식") 차량을 출시했습니다. 고객들은 종종 자동차의 원활한 작동을 언급했습니다. 그러나 마즈다는 생산 비용은 적게 들지만 연료 소비를 증가시키는 탄화수소 배출 기준을 준수하는 방법을 선택했습니다.

마즈다는 이후 대부분의 자동차 디자인에서 로터리를 포기하고 스포츠카 범위에서만 엔진을 계속 사용했습니다. 이 회사는 일반적으로 2개의 로터 디자인을 사용했습니다. 1990년형 유노스 코스모 스포츠카에 더 진보된 트윈터보 3기 엔진이 장착되었습니다. 2003년, 마즈다는 RX-8에 장착된 렌시스 엔진을 선보였습니다. Renesis 엔진은 회전 하우징 주변의 배기 포트를 측면으로 재배치하여 전체적으로 더 큰 포트와 더 나은 공기 흐름을 가능하게 했습니다.^[133] Renesis는 238hp(177kW)의 연비와 신뢰성, 그리고 이전의 Mazda 로터리 엔진보다 낮은 배기량으로 모두 ^[134]공칭 2.6L 배기량을 자랑하지만, 이는 더욱 엄격한 배기량 기준을 충족시키기에는 역부족이었습니다. 마즈다는 엔진이 더 엄격한 유로 5 배출 기준을 충족하지 못하자 2012년 회전식 엔진 생산을 중단하여 2023년까지 회전식 도로 차량을 판매하는 자동차 회사가 없었습니다.^[135]

마즈다는 2023년 3월 완켈 엔진 레인지 익스텐더를 장착한 MX-30 R-EV 하이브리드를 출시했습니다.^[128] 자동차의 완켈 엔진은 바퀴를 직접 구동하지 않는 배터리만 충전합니다. 830cm³(50.6인치³) 엔진과 55kW(74hp)의 정격 출력을 갖춘 싱글 로터 장치입니다. 엔진에는 가솔린 직접 분사, 배기 가스 재순환, 삼원 촉매 및 미립자 필터가 있는 배기 가스 처리 시스템이 있습니다. 엔진은 유로 6d-ISC-FCM을 준수합니다.^[136][137]

시트로 ë어

시트로 ë은 시트로 ë과 NSU의 합작 회사인 Comotor가 생산한 엔진을 사용하여 M35와 GS Birotor 자동차, RE-2[fr] 헬리콥터를 생산하는 등 많은 연구를 수행했습니다.

다임러-벤츠

다임러-벤츠는 C111 컨셉트카에 완켈 엔진을 장착했습니다. C111-II의 엔진은 자연 흡기 방식으로 가솔린 직분사 장치가 장착되어 있으며 4개의 로터가 장착되어 있습니다. 총 배기량은 4.8L(290입방인치), 압축비는 9.3:1로 5,000rpm에서 최대 토크 433N ⋅m(44kp ⋅m), 6,000rpm에서 257kW(350PS)의 출력을 제공했습니다.

아메리칸 모터스

American Motors Corporation (AMC)는 회전 엔진이 미래의 자동차와 트럭의 발전소로서 중요한 역할을 할 것이라고 확신했고, Roy D 회장도 그렇게 확신했습니다. 채핀 주니어는 1년간의 협상 끝에 1973년 2월 승용차와 군용 차량 모두에 회전 엔진을 제작하고, 자사가 생산한 회전 엔진을 다른 회사에 판매할 수 있는 권리를 제공하는 계약을 체결했습니다.^[138][139] AMC의 회장 William Luneburg는 1980년까지 극적인 발전을 기대하지 않았지만 Gerald C. AMC의 엔지니어링 제품 그룹 부사장인 마이어스(Meyers)는 AMC가 자체 회전 엔진을 개발하기 전에 커티스 라이트(Curtiss-Wright)로부터 엔진을 구입해야 한다고 제안했으며 1984년까지 회전 동력으로의 완전한 전환을 예측했습니다.^[140]

AMC 페이서에 엔진을 사용해야 한다는 계획이 있었지만 개발은 뒤로 밀렸습니다.^[141][142] 아메리칸 모터스는 엔진 주변에 독특한 페이서를 디자인했습니다. 1974년까지 AMC는 엔진을 자체적으로 제작하는 대신 GM(General Motors) 로터리를 구입하기로 결정했습니다.^[143] GM과 AMC는 이 관계가 새로운 엔진을 마케팅하는 데 도움이 될 것임을 확인했으며, AMC는 GM 로터리가 좋은 연비를 달성했다고 주장했습니다.^[144] 페이서가 시장에 출시되었을 때 GM의 엔진은 생산에 도달하지 못했습니다. 1973년 오일 위기는 로터리 엔진의 사용을 좌절시킨 한 원인이 되었습니다. 연료 가격 상승과 미국 배출가스 기준 법안 발의에 대한 추측도 우려를 더했습니다.

제너럴 모터스

1973년 5월 연례 회의에서 제너럴 모터스는 쉐보레 베가에 사용할 계획이었던 Wankel 엔진을 공개했습니다.^[145] 1974년까지 GM R&D는 배출가스 요건과 연비를 모두 충족하는 Wankel 엔진을 생산하는 데 성공하지 못했고, 이로 인해 회사는 프로젝트를 취소하기로 결정했습니다. 이 결정으로 인해 R&D 팀은 연비 문제를 해결했다고 주장하는 가장 최근의 연구 결과와 수명이 530,000 마일(85만 km) 이상인 신뢰할 수 있는 엔진을 개발한 결과를 부분적으로만 발표했습니다. 취소 명령이 내려질 때 이러한 결과는 고려되지 않았습니다. GM의 로터리 프로젝트가 끝나면서 엔진을 구입하려는 AMC는 뒷바퀴를 구동하는 AMC 스트레이트-6 엔진을 장착하기 위해 페이서를 재구성해야 했습니다.^[146]

AvtoVAZ

1974년, 소련은 특별 엔진 설계국을 만들었고, 1978년에 VAZ-311로 명명된 엔진을 VAZ-2101 자동차에 장착하도록 설계했습니다.^[147] 1980년에 VAZ-2106 차량에 대한 쌍회전식 완켈 엔진의 납품을 시작했으며, 약 200대가 제조되었습니다. 대부분의 생산은 보안 서비스에 들어갔습니다.^[148][149]

포드

Ford는 회전 엔진에 대한 연구를 수행하여 특허를 받았습니다: GB 1460229, 1974, 하우징 제조 방법, US 3833321 1974, 측면 플레이트 코팅, US 3890069, 1975, 하우징 코팅, CA 1030743, 1978: 하우징 정렬; CA 1045553, 1979, 리드 밸브 어셈블리. 1972년 헨리 포드 2세는 "내 생애" 동안 회전식 장치가 피스톤을 대체하지 못할 것이라고 말했습니다.^[150]

카레이싱

Mazda 12A 엔진으로 구동되는 Sigma MC74는 1974년 24시간 르망 경기의 전체 24시간을 완주한 최초의 엔진이자 서유럽이나 미국 밖에서 온 유일한 팀입니다. 데라다 요지로는 MC74의 드라이버였습니다. 마즈다는 서유럽이나 미국 외 지역에서 르망을 압도적으로 이긴 첫 번째 팀이었습니다. 또한 1991년 FIA 공식 4.708L 또는 287cuin으로 평가된 4-로터 787B(배기량 5.24L 또는 320cu)로 달성한 르망을 수상한 유일한 비 피스톤 엔진 자동차이기도 합니다. C2 클래스에서는 모든 참가자가 비규제 C1 카테고리 1을 제외하고 동일한 양의 연료만 마음대로 사용할 수 있었습니다. 이 범주는 자연 흡기 엔진만 허용했습니다. Mazdas는 수퍼차지 경쟁사보다 170kg 적은 830kg의 무게로 시작하기 위해 자연흡인된 것으로 분류되었습니다.^[151] 1991년 C1 그룹 카테고리 1 규정에 따른 차량은 787B보다 80kg 더 가벼워질 수 있었습니다.^[152] 또한 C1 그룹 카테고리 1은 3.5리터 자연흡기 엔진만 허용하고 연료량 제한이 없었습니다.^[153]

차량 범위 확장자로서

완켈 엔진의 콤팩트한 크기와 높은 출력 대 무게 비율로 인해 전기 배터리 레벨이 낮을 때 보조 전력을 제공하기 위해 전기 자동차용 레인지 익스텐더로 제안되었습니다. 발전기로 사용되는 Wankel 엔진은 승용차에 사용될 때 포장, 소음, 진동 및 가혹성의 이점을 가지고 있어 실내 승객 및 수하물 공간을 극대화할 뿐만 아니라 소음 및 진동 배출 프로필을 잘 제공합니다. 그러나 Wankel 엔진의 고유한 단점으로 인해 Wankel 엔진을 승용차의 레인지 익스텐더로 사용할 수 있는지 여부는 의문입니다.^[154]

2010년 아우디는 하이브리드 전기차인 A1 e-트론을 선보였습니다. 5000rpm에서 18kW를 생산할 수 있는 254cm ³의 챔버 부피 V를 가진 Wankel 엔진을 통합했습니다. 필요에 따라 자동차의 배터리를 재충전하고 전기 구동 모터에 직접 전기를 제공하는 전기 발전기와 짝을 이루었습니다. 패키지의 질량은 70kg이며 15kW의 전력을 생산할 수 있습니다.^[155]

2013년 11월, 마쓰다는 Wankel 엔진을 레인지 익스텐더로 사용하는 직렬 하이브리드 차량인 마쓰다2 EV를 모터링 프레스에 발표했습니다. 리어 러기지 플로어 아래에 위치한 제너레이터 엔진은 작고 거의 들리지 않는 단일 로터 330cc 유닛으로 4,500rpm에서 30hp(22kW)를 생성하고 20kW의 지속적인 전기 출력을 유지합니다.^{[156][157][158]}

마즈다는 2023년 3월 완켈 엔진 레인지 익스텐더를 장착한 MX-30 R-EV를 선보였습니다.^[128] 이 자동차의 Wankel 엔진은 실내 체적 V가_k 830cm³(50.6인치³), 압축 11.9, 정격 출력이 55kW(74hp)인 자연 흡기 싱글 로터 장치입니다. 가솔린 직접 분사, 배기 가스 재순환, TWC와 미립자 필터가 있는 배기 가스 처리 시스템이 있습니다. 오토 모터 언스포츠에 따르면, 엔진은 유로 6d-ISC-FCM을 준수합니다.^[136][137]

모터사이클 응용프로그램

이 기사는 오토바이에서 Wankel 엔진 사용이라는 제목의 새로운 기사로 나누어져야 한다고 제안되었습니다. (논의) (2022년 12월)

최초의 완켈 엔진 오토바이는 수냉식 KKM 175W 완켈 엔진을 장착한 MZ ES 250이었습니다. 이후 1965년 KKM 175 L라고 불리는 공랭식 버전이 출시되었습니다. 엔진은 6,750rpm에서 24bhp(18kW)를 생산했지만 오토바이는 단 한 번도 직렬 생산에 들어가지 않았습니다.^[159]

노튼

영국에서 노턴 모터사이클은 DKW/Hercules W-2000 모터사이클을 구동하는 삭스 공랭식 로터 Wankel을 기반으로 모터사이클용 Wankel 회전 엔진을 개발했습니다. 이 2개의 로터 엔진은 커맨더와 F1에 포함되었습니다. Norton은 Sachs의 공기 냉각을 개선하여 플레넘 챔버를 도입했습니다. 스즈키는 또한 엔진의 수명을 연장하기 위해 페로TiC 합금 정점 씰과 NSU 로터를 사용하여 Wankel 엔진인 RE-5로 구동되는 생산용 오토바이를 만들었습니다.

1980년대 초, 노턴은 BSA에서 초기 작업을 통해 공랭식 트윈로터 클래식을 생산했고, 이어서 액랭식 커맨더와 인터폴2(경찰 버전)를 생산했습니다.^[160] 후속 노튼 완켈 자전거에는 노튼 F1, F1 스포츠, RC588, 노튼 RCW588, NRS588이 포함되었습니다. 노튼은 "NRV588"이라고 불리는 새로운 588cc 트윈 로터 모델과 "NRV700"이라고 불리는 700cc 버전을 제안했습니다.^[161] 노튼의 전직 정비공이었던 Brian Craighton은 "Roton"이라는 이름의 회전식 엔진 오토바이 라인을 개발하기 시작했고, 이것은 여러 호주 경주에서 우승했습니다.

경주에서의 성공에도 불구하고,^[162] Wankel 엔진으로 움직이는 오토바이는 1992년 이후 도로용으로 일반 대중에게 판매하기 위해 생산되지 않았습니다.

야마하

1972년, Yamaha는 Tokyo Motor Show에서 RZ201을 선보였는데, RZ201은 무게 220kg, 트윈 로터 660cc 엔진에서 60마력(45kW)을 생산했습니다(미국 특허 N3964448). 1972년, 가와사키는 2기 회전식 엔진 시제품(미국 특허 N 3848574 & 3991722)을 선보였습니다. 야마하와 가와사키 모두 초기의 Wankels에서 연비 불량, 배기가스 배출량이 많고 엔진 수명이 짧다는 문제를 해결했다고 주장했지만 두 시제품 모두 생산에 도달하지 못했습니다.

헤라클레스

1974년, 헤라클레스는 W-2000 Wankel 오토바이를 생산했지만, 생산 대수가 적다는 것은 이 프로젝트가 수익성이 없다는 것을 의미했고, 1977년에 생산이 중단되었습니다.^[163]

스즈키

1975년부터 1976년까지 스즈키는 RE5 싱글로터 Wankel 오토바이를 생산했습니다. 액체 냉각과 오일 냉각, 다중 윤활 및 카뷰레터 시스템을 모두 갖춘 복잡한 디자인이었습니다. 잘 작동하고 매끄러웠지만 다소 무겁고 62hp(46kW)의 적당한 출력으로 잘 팔리지 않았습니다.^[164] 스즈키는 복잡한 유냉식과 수냉식 시스템을 선택했습니다. 배기 파이프는 매우 뜨거워지는데, 스즈키는 지느러미 배기 매니폴드, 냉각 그릴, 방열 파이프 포장, 열 차단 장치가 있는 소음기가 있는 이중 피부 배기 파이프를 선택합니다. 스즈키에는 3개의 윤활유 시스템이 있었고, 가르사이드에는 메인 베어링과 흡기 매니폴드에 모두 공급되는 단일 손실 오일 분사 시스템이 있었습니다. 스즈키는 상당히 매끄럽지만 4,000rpm의 거친 패치가 있는 단일 로터를 선택했습니다. 스즈키는 거대한 로터를 프레임에 높이 장착했습니다.^[165] 잘 다룬다고는 하지만, 결과적으로 스즈키는 무겁고, 너무 복잡하며, 제조 비용이 비싸고, 전력이 62 bhp 부족했습니다.

반 빈

네덜란드의 모터사이클 수입업체이자 제조업체인 Van Veen은 1978년에서 1980년 사이에 잉여 코모터 엔진을 사용하여 소량의 듀얼 로터 Wankel 엔진 OCR-1000 모터사이클을 생산했습니다. OCR 1000의 엔진은 원래 시트로 ë GS 바이로터 자동차를 위해 개조된 KKM 624 엔진을 사용했습니다. 이를 통해 점화 분배기가 하티그의 전자 지도 점화기로 대체되었습니다.^[167]

노상 차량용 애플리케이션

항공기

원칙적으로 회전 엔진은 가볍고 소형이며 거의 진동이 없으며 출력 대 무게 비율이 높은 경비행기에 이상적입니다. 로터리 엔진의 추가적인 항공 이점은 다음과 같습니다.

1. 엔진은 하강 시 "충격-냉각"의 영향을 받지 않습니다.
2. 엔진은 고출력 냉각을 위해 농축 혼합물을 필요로 하지 않습니다.
3. 왕복 부품이 없기 때문에 엔진이 설계된 최대치보다 높은 속도로 회전할 때 손상에 대한 취약성이 적습니다.

회전식 에어로 엔진은 자동차나 오토바이와 달리 비행 전 점검에 걸리는 시간 때문에 전력을 요청하기 전에 충분히 따뜻할 것입니다. 또한 활주로로의 여정에는 최소한의 냉각이 필요하므로 엔진이 최대 동력의 이륙을 위해 작동 온도에 도달할 수 있습니다.^[168] Wankel 에어로 엔진은 작동 시간의 대부분을 공회전 없이 높은 출력으로 보냅니다.

로터리 엔진은 비교적 높은 회전 속도로 작동하기 때문에 출력축의 6,000rpm에서는 로터가 회전하는 속도의 약 1/3에 불과합니다. 상대적으로 토크가 낮은 프로펠러 구동 항공기는 프로펠러 속도 감소 장치를 사용하여 프로펠러를 설계된 속도 범위 내로 유지해야 합니다. Wankel 엔진이 장착된 실험용 항공기는 프로펠러 속도 감소 장치를 사용하는데, 예를 들어 MidWest 트윈 로터 엔진은 2.95:1의 감속 기어박스를 가지고 있습니다.

최초의 회전 엔진 항공기는 1960년대 후반에 미국 육군의 정찰용 QT-2의 실험적인 록히드 Q-Star 민간 버전으로, 본질적으로 동력이 있는 슈바이저 돛 비행기입니다.^[169] 이 비행기는 185마력(138kW)의 커티스 라이트 RC2-60 완켈 로터리 엔진으로 동력을 공급받았습니다.^[170] 같은 엔진 모델이 다른 비행기들뿐만 아니라 세스나 카디널과 헬리콥터에도 사용되었습니다.^{[108][171][172]} 프랑스 회사인 시트로 ë은 1970년대에 회전식 RE-2 헬리콥터를 개발했습니다. 1970년대 중반 독일에서는 NSU 멀티 로터 로터리 엔진을 개조한 푸셔 덕트 팬 비행기가 민간용과 군용 버전인 팬라이너와 팬트레이너로 개발되었습니다.^[174]

회전 엔진으로 작동하는 본격적인 항공기에 대한 첫 번째 실험과 거의 동시에, 유명한 일본 O.S.의 조합에 의해 모형 항공기 크기의 버전이 개척되었습니다. NSU로부터 라이선스를 받은 엔진 회사이자 당시 독일의 그라우프너 항공 모델링 제품 회사입니다. 그라우프너 모델의 Wankel 엔진은 챔버 부피 V가_k 4.9cm이고³ 16,000rpm에서⁻¹ 460W를 생산하며 질량은 370g입니다. 일본의 O.S 엔진으로 생산되었습니다.^[175]

회전식 엔진은 ARV Super2와 같은 가정용 실험용 항공기에 장착되었으며, 그 중 몇 개는 영국 중서부 항공 엔진에 의해 구동됩니다. 대부분은 항공용으로 개조된 마쓰다 12A와 13B 자동차 엔진입니다. 이는 인증을 받은 항공기 엔진에 대한 매우 비용 효율적인 대안으로, 기존 피스톤 엔진의 몇 분의 1 수준의 비용으로 100~300마력(220kW)에 이르는 엔진을 제공합니다. 이러한 전환은 처음에 1970년대 초에 이루어졌습니다. Flying 잡지의 기고 에디터인 Peter Garrison은 "제 생각에는… 항공용으로 가장 유망한 엔진은 마즈다 로터리입니다"^[176]라고 말했습니다.

세일플레인 제조업체인 Schleicher는 자체 발사 모델인 ASK-21 Mi, ASH-26E,^[179] ASH-25 M/Mi, ASH-30 Mi, ASH-31 Mi, ASW-22 BLE 및 ASG-32 Mi에 오스트리아 엔진 AE50R Wankel을^[177][178] 사용합니다.

2013년, 영국 캠브리지에 본사를 둔 e-Go 비행기들은 새로운 1인승 카나드 항공기가 로트론 파워의 회전 엔진에 의해 동력을 공급받을 것이라고 발표했습니다.^[180]

DA36 E-Star는 Siemens, Diamond Aircraft 및 EADS가 설계한 항공기로, 직렬 하이브리드 파워트레인을 사용하며 프로펠러는 Siemens 70kW(94hp) 전기 모터에 의해 회전합니다. 연료 소비와 배출을 최대 25%까지 줄이는 것이 목표입니다. 온보드 40마력(30kW)의 오스트리아 엔진 로터리 엔진과 발전기가 전기를 공급합니다. 프로펠러 속도 감소 장치가 제거되었습니다. 전기 모터는 발전기 엔진이 꺼진 상태에서 배터리에 저장된 전기를 사용하여 소리 배출을 줄이고 이륙 및 상승합니다. 완켈 엔진을 사용한 직렬-하이브리드 파워트레인은 비행기의 무게를 이전 모델에 비해 100kg 감소시킵니다. DA36 E-Star는 2013년 6월에 처음으로 비행을 했고, 이로써 시리즈 하이브리드 파워트레인으로는 처음으로 비행을 하게 되었습니다. 다이아몬드 항공기(Diamond Aircraft)는 회전 엔진을 사용하는 기술이 100인승 항공기까지 확장 가능하다고 말합니다.^[181][182]

열차

2015년부터 독일의 총 60대의 열차에 디젤 연료를 연소하는 Wankel 엔진 보조 동력 시스템이 장착되었습니다. 이 기관차는 WST KKM 351 Wankel 디젤 연료 연소 엔진을 사용합니다.^[98]

기타 용도

Wankel 엔진은 인간 작업자가 엔진에 근접한 장치, 예를 들어 체인톱과 같은 핸드헬드 장치에 적합합니다.^[183] 우수한 시동 거동과 낮은 질량은 Wankel 엔진을 휴대용 소방 펌프와 휴대용 발전기에도 좋은 발전소로 만듭니다.^[184]

작은 Wankel 엔진은 고카트, 개인 수상기, 항공기용 보조 동력 장치와 같은 응용 분야에서 발견되고 있습니다.^[185] 가와사키 특허 혼합 냉각 로터리 엔진(미국 특허 3991722). 일본 디젤 엔진 제조업체인 독일의 Yanmar와 Dolmar-Sachs는 회전식 체인톱(SAE paper 760642)과 선외선 엔진을 가지고 있었고, 프랑스의 Outils Wolf는 Wankel 회전식 엔진으로 구동되는 잔디 깎는 기계(Rotondor)를 만들었습니다. 생산 비용을 절감하기 위해 로터는 수평 위치에 있었고, 하부에는 씰이 없었습니다.

회전식 엔진의 단순성으로 인해 미니, 마이크로 및 마이크로 미니 엔진 설계에 적합합니다. 버클리 캘리포니아 대학의 MEMS(Micro electromechanical systems) 로터리 엔진 연구소는 이전에 배기량이 0.1cc 미만으로 직경이 최대 1mm인 로터리 엔진 개발을 위한 연구를 수행했습니다. 재료에는 실리콘이 포함되고 동력에는 압축 공기가 포함됩니다. 그러한 연구의 목적은 결국 엔진 자체가 발전기의 회전자 역할을 하고, 엔진 회전자 자체에 자석이 내장되어 있는 100밀리와트의 전력을 공급할 수 있는 내연기관을 개발하는 것이었습니다.^[186][187] DARPA 계약이 종료되면서 UC 버클리에서 미니어처 로터리 엔진의 개발이 중단되었습니다.

1976년, Road & Track은 Ingersoll-Rand가 회전자당 500hp(373kW)의 정격 출력으로 챔버 부피 V가_k 1,500(25dm³)인³ Wankel 엔진을 개발할 것이라고 발표했습니다.^[188] 결국, 제안된 엔진은 배기량이 더 커졌지만 13대가 제작되었으며, 총 90,000시간 이상의 작동 시간을 커버했습니다. 엔진은 챔버 체적 V가_k 2,500 in³(41 dm³), 로터당 출력 550 hp(410 kW)로 제작되었습니다. 단일 로터 엔진과 트윈 로터 엔진 모두(각각 550마력(410kW) 또는 1,100마력(820kW)을 생산) 제작되었습니다. 엔진은 천연 가스로 작동하고 사용되는 응용 프로그램으로 인해 엔진 속도가 상대적으로 낮았습니다.^[189]

Deere & Company는 1984년 2월 Curtiss-Wright 회전 부문을 인수하여 대형 멀티 연료 시제품을 제작하기도 했으며, 일부는 대형 차량용 11리터 로터를 갖추고 있습니다.^{[190][191][192]} 개발자들은 계층화된 전하 개념을 사용하려고 시도했습니다.^[190] 이 기술은 1991년에 RPI로 이전되었습니다.^[193][194]

일본의 Yanmar는 체인톱과 선외기 엔진을 위한 충전 냉각 회전식 소형 엔진을 생산했습니다.^[195] LDR(연소실의 앞쪽 가장자리에 있는 로터 리세스) 엔진과 리드 밸브 제어 흡기 포트가 있어 부품 부하와 낮은 rpm 성능을 향상시킵니다.^[196]

1971년과 1972년, Arctic Cat은 독일에서 만든 Sachs KM 914 303-cc와 KC-24 294-cc Wankel 엔진으로 구동되는 스노우모빌을 생산했습니다.

1970년대 초, 아웃보드 마린 코퍼레이션은 존슨과 다른 브랜드로 스노우모빌을 판매했습니다. 이 스노우모빌은 35~45마력(26~34kW)의 OMC 엔진으로 구동됩니다.

독일의 Axro는 294cc 챔버 충전 냉각 로터와 액체 냉각 하우징을 갖춘 고카트 엔진을 생산 및 판매합니다. 다른 제조업체로는 Wankel AG, Cubewano, Rotron 및 Precision Technology가 있습니다.

비내연

기본적인 Wankel 설계는 내연기관으로서의 적용 이외에도 가스 압축기, 내연기관의 슈퍼차저 등에도 사용되어 왔지만, 이러한 경우에는 설계가 여전히 신뢰성에 이점을 제공하지만, 4행정 내연기관에 비해 크기와 무게 면에서 Wankel의 기본적인 장점은 무관합니다. Wankel 엔진에 Wankel 수퍼차저를 사용하는 설계에서 수퍼차저는 엔진 크기의 두 배입니다.

Wankel 디자인은 일부 메르세데스-벤츠^[198] 및 폭스바겐^[199] 차량의 안전 벨트 프리텐셔너 시스템에^[197] 사용됩니다. 감속 센서가 충돌 가능성을 감지하면 작은 폭발성 카트리지가 전기적으로 작동하고, 그 결과 발생한 가압 가스가 작은 Wankel 엔진으로 공급되어 회전하여 안전 벨트 시스템의 느슨함을 유지하고, 충돌 전에 운전자와 승객을 시트에 단단히 고정시킵니다.^[200]

참고 항목

• 제너럴 모터스 로터리 연소 엔진
• 건더슨 도올 머신
• 마쓰다 RX-8 수소 RE
• 마쓰다 완켈 엔진
• 메르세데스-벤츠 M 950
• 메르세데스-벤츠 C111
• O.S. 엔진, Wankel 모델 엔진의 유일한 라이선스 제조업체
• 피스톤리스 로터리 엔진
• 콰지터빈
• RKM엔진
• 리퀴드피스톤

메모들

참고문헌

외부 링크

• U.S. Patent 2,988,008
• "How Wankel Engines Work". howstuffworks.com. 9 February 2021. Retrieved 19 January 2023.
• Scott, David (March 1960). "Auto Engine Without Pistons". Popular Science. p. 82.
• Norbye, Jan P. (January 1967). "Rivals to the Wankel: A Roundup of Rotary Engines". Popular Science. p. 80. Kauertz, Tschudi, Virmel, Mercer, Selwood, Jernaes examples.{{cite magazine}}: CS1 메인: 포스트스크립트 (링크)