Wankelův, Stirlingův motor

KATEDRA VOZIDEL A MOTOR
Wankel v, Stirling v
motor
#13/14
Karel Páv
2 / 11
Wankel v motor
1954 – Felix Wankel
Motor s rota ním triangulárním pístem
Charakteristika motoru:
Excentrický h ídel koná 3 otá ky na ob h (na 1 otá ku pístu)
Pohyb excentricky umíst ného pístu je synchronizován ozubením
Ozubení není zat žováno od tlaku plyn
Pracovní proces je podobný 4-dobému motoru
Ozubené kolo na pístu
w
zp
Rp
p
w
zk
e
k
Rk
Ozubené kolo na sk íni
1. Sání
p
k
Rp
Rk
Rk
Rp
k
Rp
Rk
Rp
zp
zk
2. Komprese
p
zp
Rp
zk
zp
3
2
e
p
… absolutní úhlová rychlost pístu
(v i sk íni)
1
3
Rp
Rk
1
Rk
2
3. Ho ení, expanze
4. Výfuk
3 / 11
Wankel v motor
Konstrukce peritrochoidy (epitrochoidy):
- Odvalování kružnice po základní kružnici
- Sledovaný bod leží mimo odvalovanou kružnici
Rp
3
Rk
2
e
1
Rk
2
x
e cos
R cos
y
e sin
R sin
y
3
3
Rp
R
/3
e
x
Rk
Zdvihový objem jedné komory:
Vz1 Vz1max Vz1min
Vz 1
3
3 e R b
Výkon 4-dobého pístového motoru: Pe
Výkon Wankelova motoru: Pe
n
peVz1 3
3
peVz
n
2
peVz1n
Ekvivalentní zdvihový objem WM:
VzWM
2Vz1
Wankel v motor
Výhody:
Malé zástavbové rozm ry
Malé vibrace (absence sil od posuvných hmot, rota ní hmoty lze snadno vyvážit)
Jednoduchý ventilový rozvod
Nevýhody:
Komplikované ut sn ní spalovacího prostoru
Tvar spalovacího prostoru není vhodný pro difúzní plamen (vzn tový motor)
Velké p ekrytí obvodových sacích a výfukových kanál
4 / 11
5 / 11
Wankel v motor
Úprava asování:
Šoupátkový rozvod na bocích sk ín
Cílem je snížení množství zbytkových plyn
i nízkých otá kách a zatíženích
S rostoucími otá kami a zatížením se otevírá
sekundární hlavní kanál a poté i sekundární
ídavný kanál
ps
ps < pv
pv
6 / 11
Nekonven ní motory
Motor s oto
uloženým pístem
(Pivotal Engine)
Motor s plynule prom nným
kompresním pom rem
= 7 ÷ 15
= 8,5 ÷ 17,5
komp
exp
o
k
zk
zo
zo
1
2
zk
zo
3
2
7 / 11
Nekonven ní motory
4-dobý motor s prodlouženou expanzí
(vychází z p vodního Atkinsonova patentu)
p
V
8 / 11
Stirling v motor
1816 – Robert Stirling
Motor s uzav eným ob hem a vn jším p ívodem tepla
Charakteristika motoru:
V ideálním p ípad probíhá komprese a expanze izotermicky, p ívod a odvod tepla izochoricky
Sdílení tepla v oh íva i, chladi i a regenerátoru
Teoretický p edpoklad pro dosažení ú innosti Carrnotova ob hu díky regeneraci tepla (reáln
p
Využití uloženého tepla
i regeneraci
T
3
c
< 0,4)
HÚ
4
ídící píst
3
DÚ
HÚ
2
2
4
90°KH
1
qodv
Pracovní píst
q
DÚ
1
V
s
1
2
3
4
1
2
Teplý prostor
Oh íva
Regenerátor
ídící píst
(p emis ovací píst,
ehan )
Studený
prostor
Chladi
Pracovní píst
1
2
3
4
9 / 11
Modifikace Stirlingova motoru
- modifikace
- modifikace
Kompresní
prostor
Expanzní
prostor
Klikový mechanismus s
pooto ením ramen o 90°
Kompresní
prostor
p
Expanzní
prostor
–
+
Rombický mechanismus:
V
- modifikace
10 / 11
Regulace výkonu Stirlingova motoru
Pístový spalovací motor
s kvantitativní regulací
T
tmax
konst.
Pístový spalovací motor
s kvalitativní regulací
T
2300°C
konst.
t
tmax
Stirling v motor
T
1600°C
tmax
700°C
konst.
t
Pro všechna
zatížení
tmin
70°C
t
tmin
tmin
80°C
s
s
Možnosti regulace výkonu:
Zm
Zm
Zm
Zm
Tmin
Tmax
innost by klesala se zatížením
80°C
s
1
200
na intenzity zdroje tepla (nevýhodné)
nou množství pracovní látky (zm nou tlaku)
nou zdvihu ídícího pístu
nou fázového úhlu mezi pracovním a ídícím pístem
180
Plné zatížení
160
140
St ední tlak ob hu bývá až 20MPa
Pracovní látkou bývá H2 nebo He kv li menším ztrátám
proud ním (nízké viskozit ), nízké tepelné kapacit a
vysoké tepelné vodivosti
Zmenšení zatížení klikového mechanismu se realizuje
zavedením vyššího tlaku na spodní stranu pístu s
využitím vyrovnávacího objemu
p [bar]
120
100
80
60
áste né zatížení
40
20
0
V
11 / 11
Stirling v motor
Výhody:
Možnost práce s jakýmkoliv vn jším zdrojem tepla
Potenciál pro nízké emise díky stacionárnímu spalování
Jednoduchost konstrukce
Dlouhá životnost
Tichost chodu
Nevýhody:
Velikost a cena (vým níky tepla, pracovní plyn)
Malý hmotnostní výkon motoru, nutnost použití drahých
pracovních plyn
Vysoké nároky na teplotní odolnost použitých materiál
(max.700°C)
Obtížné zajišt ní odvodu tepla ze studeného prostoru
Obtížné zajišt ní t snosti pracovního prostoru, dopl ování
pracovního plynu
H2 nebo He mohou difundovat p es kov
Pro zm ny výkonu motoru je nutný kompresor pro
epoušt ní pracovní látky
Dlouhá doba startu (zah átí na provozní teplotu)
Motor firmy Philips: