|
موتور وانكل
موتور وانكل در سال 1964 توسط مخترع آلماني،فليكس وانكل اختراع گرديدوتا
امروز در حال توسعه بوده است.
موتور وانكل يك موتور احتراق داخلي است،بنابراين انرژي شيميايي سوخت را به
انرژي حرارتي وسپس به انرژي مكانيكي تبديل مي كند.
در موتور وانكل مانند موتور هاي بنزيني چهار زمانه مخلوط هوا و بنزين وارد
محفظه ي بزرگي از موتور مي شود سپس با كو چك شدن حجم آن مخلوط هوا و بنزين
تحت فشار قرار گرفته و با ايجاد جرقه به وسيله شمع انفجار حاصل مي
شود،مولكول هاي گاز دراثر احتراق منبسط مي گردند و فشار محفظه ي تراكم به
شدّت بالا مي رودو نيروي حاصل از آن به رو تور اعمال شده وبه علّت اختلاف
مركز دوران بين روتوروميل لنگ نيروي چرخشي درروتور ايجاد مي گردد.
اين نيروي چرخشي به بادامك محور
لنگ كه در داخل روتور قرار دارد،وارد شده و به فلايويل و سيستم انتقال قدرت
مي رسد.
گردنده (
(rotor
روتور
دارای سه صفحه ی محدب است که هر یک در حکم یک پیستون هستند.در هر یک از
صفحه های
rotor
فرورفتگی وجود دارد که حجم موتور را افزایش می دهد تا مخلوط بنزین و
هوای بیشتری راهی موتور شود.
در انتهای هر صفحه تیغه ایی فلزی برای آب بندی بیرون و محفظه ی احتراق وجود
دارد.همچنین حلقه هایی فولادی برای آب بندی کناره ی محفظه ی احتراق و بیرون
کار گذاشته شده است.
Rotor
دارای مجموعه ای از چرخدنده چیده شده در وسط پهلو است.دندانه های این
چرخدنده با دندانه های چرخدنده ایی جفت می شود که به بدنه بسته شده است.
این جفت شدگی چرخدنده ها مسیر و جهت حرکتrotor
را در محفظه تعیین می كند.

محفظه
Housing
محفظه تقریبادارای شکلی تخم مرغی است ولی درحقیقت یک
epitrochidاست.محفظه
احتراق طوری طراحی شده است که سه لبه ی
rotor
همیشه با دیواره ی محفظه در تماس (آب بندی) باشد تا سه محفظه ی جدا برای
بنزین ایجاد کند.
هر یک از سه محفظه ی ایجاد شده در موتور وانکل به یک کار خاص اختصاص داده
شده است.این کار ها عبارت اند از:
- مکش
intake
- تراکم
compression
- احتراق
combustion
- تخلیه
exhaust
مجاری ورود بنزین و خروج دود روی محفظه قرار دارد.توجه کنید که هیچ شیر یا
دریچه ایی سر راه مجاری قرار ندارد و مجاری سوخت مستقیما" به گلویه ی کنترل
بنزین و مجاری سوخت مستقیما" به بخش تخلیه متصل هستند,
و این در حالی است که در موتورهای پیستونی مجاری توسط سوپاپ کنترل می شود.
محفظه
housing

میله ی خروجی یا میل لنگ
Output Shaft
میله ی خروجی دارای برآمدگی های گردی است که
روی میله سوار شده است. و نسبت به مرکز میله جابجا شده است.هر
rotor
بر روی یکی از برآمدگی ها نصب می شود. برآمدگی ها در میله ی خروجی
در حکم میل لنگ در موتور پیستونی است.زمانی که
rotor
در محفظه حرکت می کنند به برآمدگی ها
(lobes)
فشار وارد می کند و این فشار وارده
بر برآمدگی ها
تولید گشتاور در میله می کند که
در نهایت چرخش به وجود می آید.

مونتاژ موتور وانكل :
موتور های دوار (وانکل) بصورت لایه ای مونتاژ می شوند.یک موتور وانکل 2
گردنده ایی(two
rotor) که
ما در نظر گرفتیم از 5 لایه اصلی که بوسیله ی یک طوقه ی بزرگ در کنار هم
چفت شده اند.ماده ی خنک کننده از میان مجاریی که همه ی اجزا را احاطه کرده
است عبور می کند.
دو لایه آخری شامل درزگیر و
یاطاقان برای "میله ی خروجی" است.همچنین این قسمت ها با دو بخش محفظه که
گردنده را شامل می شود,
آب بندی شده است.سطح داخلی این قسمت ها بسیار صیقلی می باشد تا قطعات آب
بندی کننده کار خود را بخوبی انجام دهند.و مجاری ورودی (مکش) در انتهای هر
یک از این قسمت ها قرار دارد.
لایه ی بعدی از بیرون محفظه ی تخم مرغی
rotor است
که شامل دهانه و مجرای تخلیه می باشد. این بخشی از محفظه ی موتور است که
گردنده (rotor)
را در برمی گیرد.
قسمت مرکزی شامل دو مجرای مکش, هر یک برای هر گردنده است.همچنین این دو
گردنده (rotor)
سوا می شوند بنابراین سطح خارجی باید بسیار صیقلی باشد تا موتور آب بندی
شود.
در مرکز هر
rotor
یک چرخدنده ی بزرگ سوار بر چرخدنده ی کوچکی که به محفظه متصل است،
وجود دارد.این بخش برای هدایت چرخش
rotor
است.همچنین گردنده
(rotor)
بر روی برآمدگی های دایره ای بزرگ میله (شفت) سوار می شود.

موتور های وانکل همانند موتور های پیستونی از چرخه ی 4 کورسی احتراق
استفاده می کند.ولی در موتور های وانکل بطور کامل به صورت دیگر است.
قلب موتور وانکل "گردنده" (rotor)
است.گردنده تقریبا" معادل پیستون در موتورهای پیستونی است.گردنده روی
برآمدگی های بزرگ دایره ای
شفت سوار شده است.این برآمدگی ها که از مرکز شفت جابجا شده اند همانند د
سته میل لنگ عمل می کند و این امکان را به
rotor
می دهند که میله ی خروجی را
بگرداند.زمانی که
rotor
در داخل محفظه می گردد بر برآمدگی های شفت در گرداگرد یک دایره ی تنگ فشار
وارد می کند (می چرخاند),
سه بار چرخیدن شفت بازای هر گردش
rotor
به وجود می آورد.
زمانی که
rotor
در میان محفظه می گردد,
سه محفظه ی ایجاد شده بوسیله ی
rotor
تغییر اندازه می دهند.این تغییرات اندازه عمل مکش (pumping) را
ایجاد می کند.اینک به بررسی 4 کورس در موتور وانکل برای یک rotor
می پردازیم :
مکش(intake
stroke)
فاز مکش در چرخه زمانی شروع می شود که یک لبه ی
rotor
از مجرای مکش عبور کند.در
لحظه ایی که
مجرای مکش در برابر
محفظه (یکی از سه قسمت)
قرار دارد,
حجم آن بخش محفظه به حالت مینیمم خود نزدیک می شود و زمانی که گردنده (rotor)
از مجرای مکش عبور می کند حجم محفظه ی مربوط منبسط می شود و مخلوط سوخت و
هوا وارد محفظه می شود.
زمانی که نوک
rotor
از مجرای مکش عبور کرد تراکم انجام می شود.
تراکم:(compression)
همچنانکه روتور به حرکت خود ادامه می دهد، حجم هوا کاهش می یابد و مخلوط
هوا و سوخت متراکم می شود.زمانی که وجه روتور به مقابل شمع ها می رسد،حجم
این قسمت به حداقل مقدار خود نزدیک می شود. در این هنگام عملیات احتراق
آغاز می شود
-احتراقfiring
stroke)):
اکثر موتور های دورانی دو شمع دارند.زیرا اگر تنها یک شمع وجود داشت به
خاطر اینکه اتاقک احتراق نسبتا دراز است،جرقه نمی توانست به خوبی و با سرعت
مناسب گسترش پیدا کند.
وقتی شمع ها جرقه می زنند،مخلوط هوا و سوخت آتش می گیرد و افزایش فشار
روتور را به حرکت در می آورد.
فشار حاصل از احتراق باعث می شود که روتور در جهتی حرکت کند که حجم افزایش
یابد.گازهای احتراق منبسط می شوند و با حرکت دادن روتور نیروی محرکه تولید
می کنند تا هنگامی که نوک روتور به دریچه تخلیه برسد
تخلیه(exhaust
stroke):
هنگامی که نوک روتور از دریچه ی تخلیه عبور می کند،گازهای احتراق که فشار
بالایی دارند از اگزوز خارج می شوند.همچنانکه روتور به حرکت خود ادامه می
دهد،اتاقک منقبض می شود و گازهای باقی مانده را به بیرون هدایت می
کند.زمانی که حجم به حداقل مقدار خود نزدیک می شود، نوک روتور از کنار
دریچه ی مکش عبور می کند و چرخه دوباره تکرار می شود.
روغن كاري موتور وانكل
از آن جا كه روغن موتور درموتور وانكل به طور مستقيم در معرض دود و گاز
قرار ندارد لذا به ندرت آلوده شده و تعويض مرتّب آن چندان ضروري نمي باشد.
روغنكاري ياتاقان هاي موتور عينا مانند موتور هاي پيستوني بوده و با روغن
تحت فشار اويل پمپ،انجام مي شود.ولي روغن كاري در رينگ ها به طور اختلاطي
با بنزين ميباشد.
(همانند موتورهاي دو زمانه ي بنزيني).
روش ديگري براي روغن كاري رينگ ها وجود دارد،در اين روش روغن از وسط محور
اصلي به قسمت خالي روتور رسيده و در اثر نيروي گريز از مركز و حركت پر
تابي، رينگ ها را روغن كاري مي كند.
در روش سوّم روغن كاري رينگها تزريقي بوده وروغن از دريچه ي ورودي گاز به
موتور تزريق مي شود.(مانند نوع اختلاطي).در اين روش روغن تنظيم شده اي به
محفظه عمليّاتي تزريق مي گردد.
خنك كاري موتور وانكل
خنك كاري موتور وانكل همانند
موتور هاي پيستوني در دو نوع هوا خنك و آب خنك مي باشد.(روش آب خنك رايج تر
است.)
مزاياي موتور وانكل
قطعات متحرک کمتر:
یک موتور وانکل دارای قطعات متحرک بسیار کمتری نسبت به نمونه ی قابل مقایسه
ی 4 زمانه ی پیستونی است. یک موتور دوار (وانکل) دو گردنده ایی (two-rotor
rotary engine)
دارای 3 قسمت متحرک اصلی می باشد: 2 عدد گردنده (rotor)
و میله ی خروجی (output
shaft).در
حالی که یک موتور ساده ی 4 سیلندری حداقل دارای 40 قسمت متحرک می باشد,
شامل پیستون,
دسته پیستون,
میل لنگ,
سوپاپ,
فنر سوپاپ,
اسبک سوپاپ,
چرخدنده ی سوپاپ و ...
این کاهش قطعات متحرک می تواند اعتماد بیشتری را نسبت موتورهای دوار
(وانکل) فراهم کند.به همین علت است که بعضی از تولیدکنندگان هواپیما (
همچون سازنده ی
skycar)
موتورهای دوار (وانکل) را به موتورهای پیستونی ترجیح می دهند.
کارکرد روان و آهسته :
همه ی قسمت ها در موتور وانکل مستمرا" در یک جهت می چرخند,
نسبت به تغییرات شدید جهت مثلا یک پیستون که در موتورهای پيستوني مرسوم
انجام می دهد.موتورهای وانکل از درون با وزنه های تعادل بالانس می شود
بطوری که همه ی لرزه های موتور را خنثی می کند.
قدرت خروجی در موتورهای وانکل نیز بیشتر و روان تر است.زیرا هر عمل احتراق
گردنده ها (rotor)
را بیش از 90 درجه می چرخاند,
و
output shaft
بازای هر گردش
rotor
3 بار به چرخش در می آید,
که به ازای هر عمل احتراق (جرقه زنی)
output shaft
بیش از 270 درجه به چرخش در می آید.این بدین معنی است که یک موتور دوار تک
گردنده ایی توان خروجی آن
برای سه چهارم گردش
output shaft
بازای هر گردش گردنده می باشد.این را با یک موتور تک سیلندر پیستونی مقایسه
کنید,
که در مدت هر عمل احتراق
بازای 2 دور گردش پیستون,
میل لنگ 180 درجه می چرخد یا به عبارتی يك چهارم گردش میل لنگ به ازای هر
سیکل پیستون.
از آنجایی که
rotor
با یک سوم سرعت چرخش
output shaft
می چرخد,
قطعات متحرک اصلی موتور دوار (وانکل) آهسته تر از قطعات موتور پیستونی حرکت
می کنند.این امر به اعتماد کردن بیشتر به موتورکمک می کند.(پایداری و عمر
موتور افزایش پیدا می کنند.)
راندمان حرارتي بالاتر:
راندمان حرارتي موتور با نسبت تراكم آن رابطه ي مستقيم دارد در موتور وانكل
افزايش دادن نسبت تراكم به بنزين با اكتان بالا نياز ندارد،بنابر اين مي
توان نسبت تراكم را بالا برد تا راندمان حرارتي آن افزايش يابد.
عامل ديگري كه روي راندمان حرارتي تا ثير دارد سرعت موتور مي باشد.از آن جا
كه اينرسي مقاومتي موتور وانكل به علّت حذف قطعات متحرّك كه قبلا گفته شد
كم تر مي باشد
لذا سرعت موتور وانكل بيشتر مي باشد در نتيجه راندمان حرارتي موتور بالا مي
رود.
عامل ديگر زمان تنفّس وتخليه و بزرگ بودن مجاري ورود و خروج گاز و دود مي
باشد. و معدّل زمان هر مرحله در موتور وانكل270 درجه مي باشد.(حاصل ضرب
تعداد دور محور اصلي در 360 درجه ، تقسيم بر زمان{4 زمانه يا 2 زمانه}.) در
صورتي كه درموتور هاي پيستوني معدّل زمان هر مر حله 180 درجه مي باشد.
هم چنين دريچه هاي ورود گاز و خروج دود بزرگتر از نوع پيستوني مي باشد در
نتيجه راندمان حرارتي نسبت به موتور پيستوني با لا تر است.
- هزينه ي توليد با لا:
چرا كه توليد اين موتور ها
همانند موتور هاي پيستوني بالا نيست.
- مصرف سوخت بیشتر نسبت به موتورهای پیستونی,زیرا
بازده ی ترمودینامیکی موتور بخاطر مخزن بزرگ احتراق کاهش یافته است.
- دشواري در ساخت :
به عنوان مثال از نظر طرّاحان هر يك از محفظه هاي موتور كه عملي جدااز
محفظه ي ديگر انجام مي دهد بايد نسبت به هم كاملا جدا سازي و گاز بندي شده
باشند،تحقق اين خواسته مهم ترين دشواري ساخت موتور هاي وانكل محسوب مي شود.
كاربرد موتور وانكل
از موتور های وانکل در موارد بسیار زیادی از کامیون ها و حتی اتوبوس ها
استفاده شده است. ولی می توان گفت که سرآمد وسایل نقلیه ا ی که از این
موتور استفاده می کنند اتومبیل مزدا
RX-7
و
RX-8
می باشند.
شرکت مزدا در تولید و توسعه ی خودرو هایی که از موتور دورانی استفاده می
کنند سابقه ی طولانی دارد. مزدا
RX-7
که در 1978 به فروش رسید موفق ترین خودرو با موتور دورانی
بوده است. ولی قبل از آن خودرو ها،کامیون ها و حتی اتوبوس هایی با موتور
دورانی تولید شده بودند.سرآغاز آن ها نیز
Cosmo sportدر
1967 بود.آخرین سالی که
RX-7
در آمریکا فروخته شد سال 1995 بود.
مزدا
RX-8
خودرو جدیدی از شرکت مزدا است که یک موتور دورانی جدید و برتر به نام
Renesis
را عرضه کرده است.این موتور که موتور بین المللی سال 2003 نامیده شد،به
صورت طبیعی مکش دارد و یک موتور 2 روتوره می باشد که قدرت آن 250 اسب بخار
است.

www.khodroha.com
|