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:
