ابزار وبمستر

 

تابلوی اطلائیه ها ی سایت انجمن  مهندسی خودرو ایران

 

 

 

لغو تحریم ها تاثیری در قیمت خودرو های داخلی نخواهد داشت

 قیمت خودرو ها بعد از توافق هسته ای کاهش نخواهد داشت

 ثبت نام در دوره ی جامع برق خودرو با مدرک رسمی

  پاسخ به سوالات خودرویی و عیب یابی آنلاین خودرو

 اگر می خواهید در سایت مهندسی خودرو ایران مدیر شوید کلیک کنید

 لینک دانلود مکانیک سیالات وایت اصلاح شد.

 ارتباط مستقیم با مدیر انجمن و درخواست نمونه سوال و کتاب

 دانلود رایگان حل المسائل ترمودینامیک سنجل

 دانلود رایگان حل المسائل دینامیک مریام (زبان فارسی)

آموزش دریافت 2000 جم در بازی کلش اف کلنز

موتورهای دورانی (وانکل)

 

 

 

 

 

موتور وانکل

 

 

موتورهای دورانی (وانکل) زیر مجموعه موتورهای احتراق داخلی می باشند. اما شیوه کار آنها با موتورهای رایج پیستونی کاملاً متفاوت است. در موتورهای پیستونی یک حجم یکسان و مشخص (حجم سیلندر) بصورت پی در پی تحت تأثیر چهار فرآیند, مکش, تراکم, احتراق و تخلیه قرار می گیرد؛ حال اینکه در موتورهای دورانی هر کدام از این چهار فرآیند در نواحی خاصی از محفظه سیلندر که تنها متعلق به همان فرآیند می باشد صورت می پذیرد. درست مثل اینکه برای هر فرآیند سیلندر مربوط به خودش را اختصاص داده باشیم و پیستون بصورت پیوسته از یکی به دیگری حرکت می کند تا چهار فرآیند سیکل اتو را کامل نماید.

موتورهای دورانی که به موتورهای وانکل نیز معروف می باشند برای اولین بار به اندیشه مبتکرانه دکتر فلیکس وانکل (Felix Wankel) آلمانی در سال 1933 خطور یافت و در سال 1957 اولین نمونه این نوع موتور ساخته شد.

 

 در موتورهای دورانی, فشار ناشی از احتراق، نیرویی را بر سطح یک روتور مثلث شکل که کاملاً محفظه احتراق را نشت بندی کرده است، وارد می کند. این قطعه (روتور) همان چیزی است که بجای پیستون از آن استفاده می شود.

 

روتور در مسیری بیضی شکل حرکت می کند؛ بگونه ای که همیشه سه راس این روتور را در تماس با محفظه سیلندر نگه داشته و سه حجم جداگانه از گازها, بین سه سطح روتور و محفظه سیلندر ایجاد می کند.

 

موتور دورانی

 

 

 

انواع طرحهای ارائه شده برای موتور وانکل

 

محفظة عملیات در طرحهای گوناگون ساخته شده است. ولی بهترین طرح  نوع اپی ترو کوئیدی است که شبیه دو استوانه متداخل می باشد.

 

انواع طرح محفظه احتراق

 

  برای مشاهده کامل این مطلب به ادامه مطلب مراجعه نمایید.

موتورهای دورانی (وانکل)

 

 

 

 

 

موتور وانکل

 

 

موتورهای دورانی (وانکل) زیر مجموعه موتورهای احتراق داخلی می باشند. اما شیوه کار آنها با موتورهای رایج پیستونی کاملاً متفاوت است. در موتورهای پیستونی یک حجم یکسان و مشخص (حجم سیلندر) بصورت پی در پی تحت تأثیر چهار فرآیند, مکش, تراکم, احتراق و تخلیه قرار می گیرد؛ حال اینکه در موتورهای دورانی هر کدام از این چهار فرآیند در نواحی خاصی از محفظه سیلندر که تنها متعلق به همان فرآیند می باشد صورت می پذیرد. درست مثل اینکه برای هر فرآیند سیلندر مربوط به خودش را اختصاص داده باشیم و پیستون بصورت پیوسته از یکی به دیگری حرکت می کند تا چهار فرآیند سیکل اتو را کامل نماید.

موتورهای دورانی که به موتورهای وانکل نیز معروف می باشند برای اولین بار به اندیشه مبتکرانه دکتر فلیکس وانکل (Felix Wankel) آلمانی در سال 1933 خطور یافت و در سال 1957 اولین نمونه این نوع موتور ساخته شد.

 

 در موتورهای دورانی, فشار ناشی از احتراق، نیرویی را بر سطح یک روتور مثلث شکل که کاملاً محفظه احتراق را نشت بندی کرده است، وارد می کند. این قطعه (روتور) همان چیزی است که بجای پیستون از آن استفاده می شود.

 

روتور در مسیری بیضی شکل حرکت می کند؛ بگونه ای که همیشه سه راس این روتور را در تماس با محفظه سیلندر نگه داشته و سه حجم جداگانه از گازها, بین سه سطح روتور و محفظه سیلندر ایجاد می کند.

 

موتور دورانی

 

 

 

انواع طرحهای ارائه شده برای موتور وانکل

 

محفظة عملیات در طرحهای گوناگون ساخته شده است. ولی بهترین طرح  نوع اپی ترو کوئیدی است که شبیه دو استوانه متداخل می باشد.

 

انواع طرح محفظه احتراق

 

قطعات یک موتور دورانی:

 

 موتور های دورانی دارای سیستم جرقه و سوخت رسانی مشابه با موتورهای پیستونی می باشند. 

 

 قطعات وانکل

 

 

 

روتور:

 

 روتور یک قطعه مثلث شکل با سه سطح برآمده یا محدب می باشد که هر کدام از این سطوح همانند یک پیستون عمل می کند. همچنین هر کدام از این سطح ها دارای یک گودی یا تورفتگی می باشد که حجم موتور را بیشتر می کند.

 

 در راس هر وجه یک تیغه فلزی قرار گرفته که عمل نشت بندی سه حجم محبوس بین روتور و جداره سیلندر را بر عهده دارد. همچنین در هر طرف روتور ( سطح فوقانی و تحتانی) رینگ های فلزی قرار گرفته اند که وظیفه نشت بندی جانبی روتور را به عهده دارد.

 

 روتور دارای چرخدنده داخلی در مرکز یک وجه جانبی می باشد؛ این چرخدنده با یک چرخدنده دیگر که روی محفظه سیلندر بصورت ثابت قرار دارد درگیر می شود و این درگیری است که مسیر وجهت حرکت روتور را درون محفظه  تعیین می نماید.

 

 

 

 

 

محفظه سیلندر :

 

 محفظه سیلندر تقریباً بیضی شکل است و شکل محفظه احتراق نیز بگونه ای طراحی شده است که همواره سه لبه روتور در تماس با دیواره محفظه قرار گیرد و سه حجم نشت بندی شده را بسازد.هر قسمت از این محفظه به یکی از فرآیندهای موتور اختصاص خواهد داشت. ( مکش- تراکم - احتراق- تخلیه)

 

 پورتهای مکش و تخلیه هر دو، در دیواره محفظه تعبیه شده اند. و سوپاپی برای این پورتها وجود ندارد. پورت تخلیه مستقیماً به اگزوز راه دارد و پورت مکش به دریچه گاز.

 

 

 

 

محور خروجی:

 

 محور خروجی دارای یک برآمدگی مدور (بادامک) می باشد که خروج از مرکز نسبت به خط مرکزی دارد. هر روتور روی یکی از این بادامکها سوار خواهد شد.این بادامک همانند یک میل لنگ در موتورهای پیستونی عمل می کند. از آنجاییکه این بادامکها دارای یک خروج از مرکز می باشند نیروی وارد از طرف روتور به این بادامکها گشتاوری در محور ایجاد میکند که باعث چرخیدن آن میگردد.

 

 

 

 

رینگها:

 

اگر رینگهای پیشانی را که در رئوس روتور قرار دارند سخت بسازند تا سائیدگی کمتری داشته باشند در اینصورت محیط محفظه را خراش داده و ایجاد خطوط ناصافی می کند.

 

البته راه حلهای مختلفی برای مشکل فوق پیشنهاد گردیده است. مثلاً بعضی از کارخانه های اتومبیل سازی محیط محفظه را با پوشش سختی اندود می کنند و برخی دیگر از رینگهای سخت و کم اصطکاک استفاده می نمایند.

 

رینگهای روی روتور در معرض نیروهای مختلفی قرار دارند. مثلاً نیروهای گریز از مرکز و جذب به مرکز، نیروی فشار گاز و نیروی اصطکاک ناشی از مقاومت مسیر حرکت. از طرف دیگر موقعیت رینگهای پیشانی دائماً در حال تغییر می باشد. وقتی رأس روتور در روی بزرگترین و کوچکترین محور قرار دارد رینگ پیشانی عمود بر محیط محفظه می باشد و در مواضع دیگر رینگها با زاویة غیر 90 حرکت می کنند.

 

اخیراً مواد مختلفی برای ساختن رینگها به کار می برند که خاصیت روانکاری بهتری دارند مثلاً شرکت مزدا از رینگهای کربنی استفاده نموده است و یا اخیراً مواد ترکیبی بدست آورده اند که با تزریق پودر آلومینیوم در مجاورت گرما پخته شده و جسم محکم کم اصطکاکی بوجود می آید( Sintering ) بعضی موقع هم از رینگ های سرامیکی استفاده می شود.

 

 

 

شکل وجایگاه رینگها درموتور

 

رینگ وانکل

 

 

 

نحوه قرار گیری اجزاء کنار هم :

 

موتور دورانی بصورت لایه لایه مونتاژ میگردد. یک موتور دو روتوره به پنج لایه اصلی تقسیم بندی میشود که با یک ردیف دایروی از پیچ های بلند کنار هم نگه داشته شده اند. آب خنک کاری درراهگاههای دورتادور قطعات جریان دارد.

 

 

 

 لایه های اول و آخر دارای نشت بندی و یاتاقانهای مناسب جهت محور خروجی می باشد. آنها همچنین دو مقطع محفظه روتور را نشت بندی می کنند. سطح داخلی این قطعات بسیار هموار است که این خود به نشت بندی روتور متناسب با کارش کمک می کند. روی هر یک از قطعات دو انتها یک پورت ورودی تعبیه شده است.

 

یکی از دو قسمت انتهایی موتور وانکل دو روتوره

 

 

 

 

محفظه در بر دارنده روتورها. (به موقعیت پورت خروجی توجه کنید)

 

 لایه بعدی محفظه بیضی شکلی است که قسمتی از محفظه کل روتور می باشد این لایه که در شکل زیر نشان داده شده است دارای پورت خروجی می باشد.

 

 در مرکز هر روتور یک چرخدنده داخلی بزرگ قرار دارد که حول یک چرخدنده کوچک ثابت روی محفظه موتور می چرخد. این دو چرخدنده مسیر حرکتی روتور را تعیین می کنند. همچنین روتور روی بادامک دایروی محور خروجی واقع شده و آن را به گردش در می آورد.

 

 

 

 

تولید توان:

 

موتورهای دورانی همانند موتورهای رایج پیستونی از سیکل چهار زمانه استفاده می کند. که به شکل کاملاٌ متفاوتی به خدمت گرفته شده است. قلب یک موتور دورانی روتور آن است، که بصورت کلی معادل پیستون در موتورهای پیستونی می باشد. روتور روی یک بادامک دایروی روی بزرگ محور خروجی سوار شده است. این بادامک از خط مرکزی محور خروجی فاصله داشته و همانند یک میل لنگ عمل می کند. چرخش روتور نیروی لازم جهت چرخش محور خروجی را تامین می کند. همزمان با چرخش روتور در محفظه, این قطعه, بادامک را در یک مسیر دایروی به حرکت در می آورد به قسمی که هر دور کامل روتور منجر به سه دور چرخش محور خروجی می گردد.

 

کارخانة مرسدس بنز در روی موتورهای وانکل از روش انژکتوری استفاده می کند. درنوع کاربراتوری از کاربراتورهای دودهانه سولکس، وبر و هیتاچی استرامبورگ استفاده می شود.

 

محل قرار گرفتن دریچه های ورودی وخروجی اثر مهمی در راندمان موتور دارد. کارخانه های اتومبیل سازی آلمانی مانند NSU و بنز معتقد به دریچه های محیطی هستند که در محیط محفظه ایجاد می شود.

 

در حالیکه کارخانه های ژاپنی مانند: Toyo Kogyo و مزدا نوع جانبی را ترجیح می دهند و معتقدند که دور آرام موتور با دریچه های روش درپوش، و نیز بازدهی در دوره های کم و تحت بار زیاد بهتر انجام می باشد.

 

بطور کلی دریچه محیطی برای موتور با دور زیاد و دریچه جانب برای موتور با بار زیاد مناسب است. سوخت موتورهای وانکل مانند موتورهای بنزینی است که با 87 تا 91 درصد اکتان می باشد.

 

این موتور نیاز به بنزین اصلاح شده با تترااتیل سرب که محیط را آلوده می سازد ندارد. آزمایش انجام شده در روی موتور مزدا نشان می دهد که بنزین با 67% اکتان راندمان بهتری را برای موتور بوجود می آورد. در بعضی از موتورهای وانکل سوخت گازوئیل نتیجة خوبی را نشان داده است.

 

حجم مفید موتور وانکل مانند موتورهای پیستونی یکی از عوامل مؤثر در قدرت محسبو می شود. در موتور پیستونی حجم بالای پیستون ها وقتیکه در نقطة مرگ پائین قرار دارند معادل حجمموتور محاسبه می شود. البته برخی از طراحان حجم جابجائی محدود بین نقطة مرگ بالا و پائین را مبنای محاسبه قدرت به حساب می آورند و عقیده دارند که موتور بطور کامل از هوا و سوخت پر نمی شود لذا حجم مفید مبنای عملی تری را ارائه می دهد.

 

قدرت خروجی موتور وانکل مانند موتورهای دوزمانه محاسبه می شود. البته محاسبه حجم مفید موتور وانکل پیچیده تر است.

 

میدانیم که در هر دور محور اصلی یک کار مفید انجام می شود مانند موتورهای دوزمانه.

 

بنابراین در هر دور محور یک احتراق بوجود می آید.

 

قدرت یک موتور دو روتوری وانکل برابر یک موتور چهار سیلندر چهارزمانه مشابه از نظر حجم فید می باشد. انجمن مهندسین طراح معقد است که حجم کل سیلندر موتو وانکل برابر است با دو برابر حجم یک محفظه ضربدر تعداد روتور. مثلاً هر گاه حجم یک محفظه 983 باشد، حجم مفید کل موتور دو روتوری برابر است با:

3932=(تعداد روتور)2*983*2

 

مکش:

 فاز مکش از زمانی شروع می شود که یکی از تیغه های روتور از روی پورت مکش عبور کند و پورت مکش در معرض محفظه سیلندر و روتور واقع شود, در این لحظه حجم محفظه کمترین مقدار خود می باشد. با حرکت روتور حجم محفظه منبسط شده و فرآیند مکش اتفاق می افتد و در پی آن مخلوط سوخت و هوا به داخل محفظه کشیده می شود.

  هنگامی که تیغه بعدی روتور از جلوی پورت ورودی می گذرد محفظه بصورت کامل نشت بندی می شود تا فرآیند تراکم آغاز گردد.

موتور دورانی

 

تراکم:

با ادامه حرکت روتور درون محفظه, حجم محبوس شده سوخت و هوا کوچکتر و فشرده تر می گردد. وقتی سطح روتور در این حجم بطرف شمع می چرخد حجم مربوطه به کمترین مقدار خود نزدیک می شود و این درست هنگامی است که با جرقه شمع احتراق شروع می گردد.

 

طریقه محاسبة نسبت تراکم در موتور وانکل:

در موتور وانکل نسبت تراکم با تغییر شکل هندسی محفظه، روتور و میل لنگ و تجربه های گوناگون بدست می آید. نسبت تراکم موتور وانکل بر اساس طراحی مقدر شعاع روتور و مقدار خارج از مرکز بین محول میل لنگ و محور روتور می باشد.                             

این نسبت تراکم در حدود موتورهای پیستونی جدید و بین 1: 5/8 تا 5/10 است و محدودیت استفاده از بنزین با اکتان بالا همانند موتورهای پیستونی با افزایش نسبت تراکم در وانکل مطرح نمی باشد.

در موتور وانکل Audi – Nsu مدل R080 با حجم مفید  87/994 در دور RPM 5500 قدرت hp 130 و نسبت تراکم آن /1 : 9 می باشد.

در موتور مزدا مدل R100 حجم مفید موتور 4/983 است که در دور RPM 7000 قدرتی معادل hp 100 با نسبت تراکم 1 : 4/9 تولید می کند.

احتراق:

حجم محفظه احتراق گسترده و طولانی است بنابراین سرعت پخش شعله تنها با وجود یک شمع بسیار کم است و احتراق ناقصی بدست می دهد. از این رو در اکثر موتورهای دورانی از دو شمع در طول این ناحیه استفاده می شود. هنگامی که شمعها جرقه می زنند مخلوط سوخت و هوا محترق شده و فشار بسیار بالایی را ایجاد می کنند که باعث تداوم چرخش روتور می گردد. فشار احتراق، روتور را در جهت خودش وادار به حرکت می کند و حجم ناحیه محترق شده، رفته رفته زیاد می شود. در اینجاست که فرآیند انبساط و در نتیجه توان تولید می گردد تا جاییکه تیغه روتور به پورت خروجی برسد.

 

. در موتور وانکل، روتور ضمن چرخش بدور محور خود حرکت انتقالی هم انجام می دهد، عیناً مانند گردش زمین بدور خورشید که در حال گردش بدور خود حول خورشید هم می گردد. مرکز محور موتوربا مرکز محفظه بر هم منطبق است. ولی مرکز بادامکهای محور به اندازة e نسبت به مرکز آن دو، خارج از مرکز می باشد. در حقیقت وجود اختلاف مرکز e باعث حرکت انتقالی روتور در محفظه و ایجاد تغییر حجم در آن می شود. در حالیکه روتور یک دور کامل در محفظه گردش می کند محوراصلی را سر دور می چرخاند. این نسبت حرکت ناشی از تأثیر در حرکت چرخشی و انتقالی روتور می باشد. برای اصلاح حرکت صحیح انتقالی روتور در محفظه داخلی از سیستم چرخ دندانة هادی استفاده می شود. چرخ دنده کوچک ثابت بوده و در روی درپوش جانبی قرار می گیرد و کوچکترین تأثیری در تغییر نسبت حرکت بین روتور و محور ایجاد نمی کند. چرخ دندانه روتور که داخل می باشد با نسبت 3 و چرخ دندانة روی درپوش که خارجی است با نسبت 2 ساخته می شود. بنابراین نسبت چرخ دندانه ها  است.

همانطور که گفته شد چرخ دندانه ها فقط به عنوان راهنمای روتور طرح گردیده است و اگر وجود نداشته باشد روتور تمایل دارد در محلی از تماس با محفظه دوری کرده ودر موضعی دیگر در دیوارة سیلندر فرو رود. بهتر است بدانیم که بادامک خارج از مرکز روی محور اصلی، روتور را به دور خود می چرخاند اما نمی تواند حرکت مطلوبی به آن بدهد تا در تمام لحظات رئوس روتور  با محیط محفظه تماس داشته باشد.

 

تخلیه:

هرگاه تیغه روتور از پورت خروجی عبور می کند، گازهای با فشار بالا رها شده و به سمت پورت خروجی جریان می یابند. با ادامه حرکت روتور حجم محبوس فشرده می گردد و گازهای باقیمانده را به طرف پورت خروجی می راند. وقتی این حجم به کمترین مقدار خود نزدیک می شود، تیغه روتور در حال گذار از پورت ورودی است و در این زمان سیکل جدید شروع می گردد.

 یک مورد بسیار جالب در رابطه با موتورهای دورانی اینست که هر یک از سه سطح روتور همیشه در یک قسمت سیکل درگیر است. به عبارتی بهتر در هر دور کامل روتور، سه بار احتراق خواهیم داشت. اما به یاد داشته باشید که در هر دور کامل روتور محور خروجی سه دور می چرخد و در نتیجه یک احتراق برای هر دور محور خروجی.

 

 

در یک موتور پیستونی مقدار فرصت تخلیه دود را طرح بادامکها میل سوپاپ معین می کند اما در موتورهای دوزمانه وانکل این عمل بوسیلة موقعیت دریچه های روی محفظه عملیات مشخص می گردد.

در موتور وانکل دریچه های ورودی و خروجی بطور دائم باز هستند و هر وجهی که در مقابل این دریچه ها واقع شود عملیات ورود و خروج گاز و دود فقط در آن وجه تحقق می یابد.

یکی از مزایای وانکل آن است که فرصت هر مرحله از عملیات چهار زمان سیگل اتو زیادتر و در حدودة 270 درجه است. دور محور اصلی مرحله عملیات

 

 روغنکاری در موتور وانکل

از آنجا که روغن موتور در موتور وانکل بطور مستقیم در معرض دود و گاز قرار ندارد لذا بندرت آلوده شده و تعویض مرتب روغن چندان ضروری نمی باشد.

روغنکاری یاتاقانهای موتور عیناً مانند موتورهای پیستونی بوده و با روغن تحت فشار اویل پمپ انجام می شود. شکل 207. ولی روغن کاری رینگها بصورت اختلاطی با بنزین می باشد، عیناً مانند موتورهای دوزمانه بنزینی.

روش دیگری برای روغن کاری رینگها وجود دارد. در این روش روغن از وسط محور اصلی به قسمت خالی روتور رسیده و در اثر نیروی گریز از مرکز و حرکت پرتابی رینگها را روغنکاری می کند.

در روش سوم روغنکاری رینگها تزریقی بوده و روغن از دریچه ورودی گاز به موتور  تزریق می شود ( مانند نوع اختلاطی ). در این روش روغن تنظیم شده ای به محفظه عملیاتی ارسال می گردد.

 

تفاوتها با موتور معمولی:

 1.کارکرد نرم و بدون لرزه:

 تمام قطعات موتور دورانی بطور پیوسته در حال چرخش آن هم در یک جهت می باشد که در مقایسه با تغییر جهت شدید قطعات متحرک در موتورهای پیستونی از ارجحیت خاصی برخوردار است.موتورهای دورانی بدلیل تقارن خاص قطعات گردنده دارای بالانس داخلی است که هرگونه ارتعاشی را از بین می برد. همچنین انتقال قدرت در موتورهای دورانی نیز نرم تر است ؛ زیرا هر احتراق در طول 90 درجه چرخش روتور حاصل می شود. از آنجاییکه چرخش محور خروجی سه برابر چرخش روتور است پس هر احتراق در طول 270 درجه چرخش محورخروجی حاصل می گردد.این یعنی یک موتور تک روتوره در سه ربع گردش محورخروجی خود قدرت انتقال می دهد؛ در مقایسه با موتور تک سیلندر پیستونی که احتراق در طول 180 درجه از دو دور گردش میل لنگ یا یک ربع گردش محور خروجی آن رخ می دهد.

 2.آهسته تر:

 از آنجاییکه گردش روتور یک سوم گردش محور خروجی آن است, قطعات اصلی موتور آهسته تر از قطعات موتورهای پیستونی حرکت می کنند. که این موضوع قابلیت اطمینان به این موتور را بالا می برد.

چالشها در طراحی موتورهای دورانی:

 1.نوعاً ساخت موتورهای دورانی که بتواند استانداردهای آلودگی را پوشش دهد بسیار مشکل است. ( اما نه امکان ناپذیر)

 2.هزینه ساخت آنها معمولاً بالاتر از موتورهای رایج پیستونی است؛ بیشتر به این دلیل که تیراژ تولید آنها نسبت به موتورهای پیستونی پایینتر است.

 3.نوعاً مصرف سوخت این گونه موتورها بالاتر از مصرف سوخت موتورهای پیستونی است زیرا مشکل کشیده و طولانی بودن محفظه احتراق و نسبت تراکم پایین این موتورها راندمان ترمودینامیکی آنها را محدود می کند.

 

                                         

منابع:

تهیه کنندگان : علی بهبودی و مرتضی سپاهی

 

 

 

 

لینک ثابت این پست
 

0 پاسخ


    با نظرات و پیشنهادات خود ما را در اداره ی بهتر سایت یاری فرمایید


نظر بدهید

آدرس ایمیل شما نمایش داده نخواهد شد . فیلد های ضروری مشخص شده اند *


*

برای افزایش امنیت لطفا کدی را که در تصویر زیر می بینید در کادر وارد کنید :
CAPTCHA Image   Reload Image
Enter Code*:

 


 تبلیغات در سایت انجمن مهندسی خودرو ایران  

 

 

            

 

 

 تبلیغاتتبلیغات