ロータリーエンジンのしくみ

ロータリーエンジンは次のように、内燃機関であるエンジンあなたに車、それは従来のピストンエンジンよりも完全に異なる方法で動作します。

ピストンエンジンでは、同じ容積のスペース（シリンダー）が交互に4つの異なる仕事をします-吸気、圧縮、燃焼、排気。ロータリーエンジンはこれらの同じ4つの仕事をしますが、それぞれがハウジングのそれ自身の部分で起こります。これは、4つのジョブのそれぞれに専用のシリンダーがあり、ピストンが次から次へと継続的に移動するようなものです。

ロータリーエンジン（元々はフェリックスヴァンケル博士によって考案および開発された）は、ヴァンケルエンジンまたはヴァンケルロータリーエンジンと呼ばれることもあります。

この記事では、ロータリーエンジンがどのように機能するかを学びます。仕事の基本原則から始めましょう。

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コンテンツ

1. ロータリーエンジンの原理
2. ロータリーエンジンの部品
3. ロータリーエンジンアセンブリ
4. ロータリーエンジン出力
5. 違いと課題

ピストンエンジンと同様に、ロータリーエンジンは、空気と燃料の組み合わせが燃焼したときに発生する圧力を使用します。ピストンエンジンでは、その圧力がシリンダーに含まれ、ピストンを前後に動かします。コネクティングロッドとクランクシャフトは、ピストンの往復運動を、自動車に動力を供給するために使用できる回転運動に変換します。

ロータリーエンジンでは、燃焼圧力はハウジングの一部によって形成されたチャンバーに含まれ、ピストンの代わりにエンジンが使用する三角形のローターの片面によって密閉されます。

ローターは、スピログラフで作成するようなパスをたどります。この経路は、ローターの3つのピークのそれぞれをハウジングと接触させたままにし、3つの別々の量のガスを生成します。ローターがチャンバーの周りを移動すると、3つのボリュームのガスのそれぞれが交互に膨張および収縮します。この膨張と収縮により、空気と燃料がエンジンに引き込まれ、圧縮されて、ガスが膨張するときに有用な電力が生成され、排気ガスが排出されます。

ロータリーエンジンの内部を見て部品をチェックしますが、まずはまったく新しいロータリーエンジンを搭載した新しいモデルカーを見てみましょう。

マツダRX-8

マツダは、ロータリーエンジンを搭載した量産車開発のパイオニアです。1978年に発売されたRX-7は、おそらく最も成功したロータリーエンジン搭載車でした。しかし、その前には、1967年のコスモスポーツから始まる一連のロータリーエンジン車、トラック、さらにはバスがありました。RX-7が米国で販売された昨年は1995年でしたが、ロータリーエンジンは近い将来復活する予定です。

マツダの新車マツダRX-8には、受賞歴のある新しいロータリーエンジン「RENESIS」が搭載されています。2003年のインターナショナルエンジンオブザイヤーに選ばれたこの自然吸気2ローターエンジンは、約250馬力を発生します。詳細については、マツダのRX-8Webサイトをご覧ください。

ロータリーエンジンには、ピストンエンジンと同様の点火システムと燃料供給システムがあります。ロータリーエンジンの内部を見たことがない場合は、あまり認識できないので、驚きに備えてください。

ローター

ローターには3つの凸面があり、それぞれがピストンのように機能します。ローターの各面にはポケットがあり、エンジンの排気量を増やし、空気と燃料の混合のためのスペースを増やします。

各面の頂点には、燃焼室の外側へのシールを形成する金属ブレードがあります。ローターの両側には、燃焼室の側面を密閉する金属リングもあります。

ローターには、片側の中央に切り込まれた歯車の歯のセットがあります。これらの歯は、ハウジングに固定されている歯車と噛み合っています。このギア嵌合により、ローターがハウジングを通過する経路と方向が決まります。

ハウジング

ハウジングの形状はほぼ楕円形です（実際にはエピトロコイドです。形状がどのように導出されるかについてのこのJavaデモンストレーションを確認してください）。燃焼室の形状は、ローターの3つの先端が常に燃焼室の壁と接触したままになり、3つの密閉された量のガスを形成するように設計されています。

ハウジングの各部分は、燃焼プロセスの一部専用です。4つのセクションは次のとおりです。

吸気ポートと排気ポートはハウジング内にあります。これらのポートにはバルブがありません。エキゾーストポートはエキゾーストに直接接続し、インテークポートはスロットルに直接接続します。

出力軸

出力シャフトには偏心して取り付けられた丸いローブがあります。つまり、それらはシャフトの中心線からオフセットされています。各ローターは、これらのローブの1つに適合します。ローブは、ピストンエンジンのクランクシャフトのように機能します。ローターがハウジングの周りの経路をたどると、ローブを押します。ローブは出力シャフトに対して偏心して取り付けられているため、ローターがローブに加える力によってシャフトにトルクが発生し、シャフトが回転します。

それでは、これらの部品がどのように組み立てられ、どのように電力を生成するかを見てみましょう。

ロータリーエンジンは層状に組み立てられています。私たちが分解した2ローターエンジンには、長いボルトのリングで一緒に保持されている5つの主要な層があります。クーラントは、すべての部品を囲む通路を通って流れます。

2つの端層には、出力シャフトのシールとベアリングが含まれています。また、ローターを含むハウジングの2つのセクションを密閉します。これらの部品の内面は非常に滑らかで、ローターのシールが機能するのに役立ちます。吸気ポートは、これらの各エンドピースにあります。

外側から次の層は、排気ポートを含む楕円形のローターハウジングです。これは、ローターを含むハウジングの部分です。

センターピースには、各ローターに1つずつ、合計2つの吸気ポートがあります。また、2つのローターを分離しているため、外面は非常に滑らかです。

各ローターの中央には、エンジンのハウジングに固定されている小さなギアの周りを走る大きな内部ギアがあります。これがローターの軌道を決定するものです。ローターは、出力シャフトの大きな円形ローブにも乗っています。

次に、エンジンが実際にどのように動力を生成するかを見ていきます。

ロータリーエンジンは、4ストロークピストンエンジンが使用するのと同じサイクルである4ストローク燃焼サイクルを使用します。しかし、ロータリーエンジンでは、これはまったく異なる方法で実現されます。

注意深く見ると、ローターが完全に回転するたびに、出力シャフトのオフセットローブが3回回転しているのがわかります。

ロータリーエンジンの心臓部はローターです。これは、ピストンエンジンのピストンとほぼ同等です。ローターは、出力シャフトの大きな円形ローブに取り付けられています。このローブはシャフトの中心線からオフセットされており、ウインチのクランクハンドルのように機能し、出力シャフトを回転させるために必要な力をローターに与えます。ローターがハウジング内を周回すると、ローターが1回転するごとに3回回転し、ローブをタイトな円で押します。

ローターがハウジング内を移動すると、ローターによって作成された3つのチャンバーのサイズが変化します。このサイズ変更により、ポンプ動作が発生します。ローターの片面を見ながら、エンジンの4ストロークのそれぞれを見ていきましょう。

摂取

サイクルの吸気フェーズは、ローターの先端が吸気ポートを通過したときに始まります。吸気ポートがチャンバーに露出している瞬間、そのチャンバーの容積は最小値に近づいています。ローターが吸気ポートを通過すると、チャンバーの容積が拡大し、空気と燃料の混合物がチャンバーに引き込まれます。

ローターのピークが吸気ポートを通過すると、そのチャンバーは密閉され、圧縮が始まります。

圧縮

ローターがハウジングの周りで動き続けると、チャンバーの容積が小さくなり、混合気が圧縮されます。ローターの面がスパークプラグに近づくまでに、チャンバーの容積は再び最小値に近づきます。これが燃焼が始まる時です。

燃焼

ほとんどのロータリーエンジンには2つのスパークプラグがあります。燃焼室が長いため、プラグが1つしかない場合、炎の広がりが遅すぎます。スパークプラグが混合気に点火すると、圧力が急速に上昇し、ローターを強制的に動かします。

燃焼圧力により、ローターはチャンバーの体積が大きくなる方向に移動します。ローターのピークが排気ポートを通過するまで、燃焼ガスは膨張し続け、ローターを動かして動力を生み出します。

排気

ローターのピークが排気ポートを通過すると、高圧燃焼ガスが自由に排気から流出します。ローターが動き続けると、チャンバーが収縮し始め、残りの排気がポートから押し出されます。チャンバーの容積が最小に近づくまでに、ローターのピークが吸気ポートを通過し、サイクル全体が再開されます。

ロータリーエンジンの優れた点は、ローターの3つの面のそれぞれが常にサイクルの一部で機能していることです。ローターが完全に1回転すると、3回の燃焼ストロークが発生します。ただし、出力シャフトはローターが完全に1回転するごとに3回回転することを忘れないでください。つまり、出力シャフトが1回転するごとに1回の燃焼ストロークがあります。

ロータリーエンジンを一般的なピストンエンジンと区別するいくつかの明確な特徴があります。

可動部品が少ない

ロータリーエンジンは、同等の4ストロークピストンエンジンよりも可動部品がはるかに少なくなっています。2ローターロータリーエンジンには、2つのローターと出力シャフトの3つの主要な可動部品があります。最も単純な4気筒ピストンエンジンでさえ、ピストン、コネクティングロッド、カムシャフト、バルブ、バルブスプリング、ロッカー、タイミングベルト、タイミングギア、クランクシャフトなど、少なくとも40個の可動部品があります。

この可動部品の最小化は、ロータリーエンジンの信頼性の向上につながります。これが、一部の航空機メーカー（スカイカーのメーカーを含む）がピストンエンジンよりもロータリーエンジンを好む理由です。

よりスムーズ

ロータリーエンジンのすべての部品は、従来のエンジンのピストンのように激しく方向を変えるのではなく、一方向に連続的に回転します。ロータリーエンジンは、振動を打ち消すために段階的に回転するカウンターウェイトと内部でバランスが取れています。

ロータリーエンジンの動力伝達もスムーズです。各燃焼イベントはローターの回転の90度まで続き、出力シャフトはローターの回転ごとに3回転するため、各燃焼イベントは出力シャフトの回転の270度まで続きます。これは、シングルローターエンジンが出力シャフトの各回転の4分の3の電力を供給することを意味します。これを単気筒ピストンエンジンと比較してください。単気筒ピストンエンジンでは、2回転ごとに180度、またはクランクシャフト（ピストンエンジンの出力シャフト）の各回転の4分の1だけが燃焼します。

もっとゆっくり

ローターは出力軸の3分の1の速度で回転するため、エンジンの主要な可動部品はピストンエンジンの部品よりもゆっくりと動きます。これは信頼性にも役立ちます。

課題

ロータリーエンジンの設計にはいくつかの課題があります。

ロータリーエンジンと関連トピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。

初版：2001年3月29日

ロータリーエンジンはどのように機能しますか？

なぜロータリーエンジンが悪いのですか？

ロータリーエンジンの方がいいですか？

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