Какова дельта эффективности между роторными и современными четырехтактными двигателями?

Задний план

Существует много мнений относительно дельты эффективности между роторными двигателями WANKEL и четырехтактными двигателями различных конфигураций (принудительная индукция и т. Д.).

Эта дельта, какой бы она ни была, кажется, спор о том, сколько. Сколько отходов, сколько КПД, сколько энергии.

Каковы фактические недостатки роторного двигателя?

Какова разница в эффективности между роторным двигателем и современным четырехтактным двигателем?

Какова основная причина конфигурации роторного двигателя, которая делает его таким расточительным?

ПРИМЕЧАНИЕ: двигатели Ванкеля по-прежнему являются двигателями цикла Отто (повторный впуск, сжатие, зажигание, выхлоп), они просто выполняют удары не так, как поршневой двигатель с клапанным управлением.

• Более низкий коэффициент сжатия. Известно, что более высокий коэффициент сжатия обеспечивает большую мощность без каких-либо других модификаций. Считается, что эта разница в степени сжатия составляет примерно 3% увеличения производительности на 1 точку сжатия. В этом учебнике (стр. 14 из 21 [или стр. 274 текста]) коэффициент сжатия равен 6,98: 1. Это, как правило, приводит к отказу в 3-4 точках сжатия от того, что может обеспечить серийный поршневой двигатель, с очень небольшим регрессом для увеличения этого числа. ( ПРИМЕЧАНИЕ: хотя на этих рисунках показана более низкая степень сжатия, Mazda показала, что цифры достигают 10: 1.)

• Форма камеры сгорания - на следующем изображении вы видите основной цикл Отто в двигателе Ванкеля. Из-за присущей формы, когда воздух / топливо воспламеняется (между циклами # 3 и # 4), фронт пламени преследует передний край ротора вокруг камеры сгорания, но никогда полностью не догоняет его. Это позволяет некоторой части воздушно-топливной смеси выходить из выпускного отверстия, поскольку это отверстие открыто. Вот почему иногда можно увидеть пламя, исходящее из выхлопных газов автомобиля с роторным двигателем.

  

• Уплотнение ротора - на самом роторе есть три основных уплотнения, которые контролируют все: верхние уплотнения, торцевые уплотнения и боковые уплотнения. (Ниже приведено изображение, показывающее их местоположение.) Хранение всех газов в соответствующих местах является рутиной для тюленей, и тюлени обычно теряют часть этой целостности. Одна из причин этого заключается в том, что уплотнения должны поддерживать горячую и холодную смесь одновременно.

  

• Впрыск моторного масла - для поддержания хорошего уплотнения моторное масло впрыскивается непосредственно во время цикла впуска и во впускной тракт. Это обеспечивает надлежащее уплотнение и снижает износ, но вносит неэффективность при сжигании смеси воздух / топливо, а также создает больше загрязняющих веществ в выхлопе.

• Выходная мощность - нижеприведенная таблица представляет собой сравнение трех различных транспортных средств с их весом / мощностью / рабочим объемом. Глядя на цифры, становится ясно, что, сравнивая вес автомобиля, мощность в л.с. и пробег, роторный двигатель не справляется. Как и другие двигатели, вы можете использовать турбонаддув для роторного двигателя (MB GLA45 поставляется с турбодвигателем с завода). Это увеличит производительность, но не увеличит эффективность пропорционально из-за того, как происходит поток выхлопных газов, и из-за невозможности контролировать события впуска / выпуска, как это можно сделать с поршневым двигателем. Вы будете выпускать несгоревшие углеводороды из выпускных отверстий, что неэффективно. Я не говорю, что ни один из автомобилей с поршневым двигателем не выпускает углеводороды из выхлопных газов.Я говорю о количестве воздушного топлива, которое вы сбрасываете в двигатель, роторный двигатель сбрасывает гораздо больше, чем поршневые двигатели.

    Размер транспортного средства Мощность Крутящий момент Вес Город HWY
    2011 RX-8 1,3 л 232 л.с. при 8500 159 фунт-фут @ 5500 3064 фунт 16 миль на галлон 22 мг / с   
    2015 GLA45 2.0L 355hp @ 6000 332lb-ft @ 2250 3457lbs 23 миль на галлон 29 миль на галлон
    2105 Stingray 6.2L 455hp @ 6000 460 фунтов-фут @ 4600 3300 фунтов 17 миль на галлон 29 миль на галлон 

Я не мог не заметить, что гораздо больше вращающейся «поршневой» поверхности / на количество топлива, было несколько упущено из рассмотрения этих других ответов. Это может быть в некоторой степени компенсирующим фактором эффективности. Предполагается, что роторные двигатели используют водород и, возможно, углеводородные газы, такие как метан, более эффективно, чем поршневая конфигурация, поскольку большая площадь поверхности может выделять больше движущей энергии из топлива. Похоже, что это было рассмотрено для двигателей Mazda RENISIS, которые используют дополнительный водород, и Mazda утверждает, что ротор Wankel обладает лучшими тепловыми характеристиками, чем поршневой двигатель, обеспечивающий более плавное сгорание. http://www.mazda.com/en/innovation/technology/env/hre/ Теоретически, переключение между выпускными клапанами, расположенными по-разному по радиусу двигателя, может облегчить некоторые из описанных проблем, потому что часть выхлопа цикла Отто может быть изменена вместе с моментом сгорания.