موتور وانکل

[ریپورتر]

موتور دوار یک موتور احتراق داخلی است ، آن شبیه موتور ماشین شماست ، اما روش کار آن کاملاً متفاوت با موتور های پیستونی معمولی است . در موتور پیستونی یک حجم یکسان از فضا ( سیلندر) ، چهار کار مکش ، تراکم ، احتراق و تخلیه را به طور متناوب انجام می دهد . در موتور های دوار ( وانکل) نیز همین چهار کار انجام می شود . اما هر کدام از این چهار فرآیند در قسمت مربوط به خودش از محفظه اتفاق می افتد . این شبیه آن است که هر فرآیند یک سیلندر اختصاصی داشته باشد و با حرکت مداوم پیستون از یکی به دیگری این چهار فرایند انجام شود .موتورهای دوار( اساساً توسط دكتر فليكس وانکل تصور و پیشرفت یافت ) که گاهی موتور وانکل ، یا موتور دوار وانکل نامیده می شوده .
در این مقاله ما یاد خواهیم گرفت که موتور دوار چگونه کار می کند و با اصول اساسی آن شروع به کار می کنیم .

اصول موتور های دوار
شبیه یک موتور پیستونی ، در موتور های دوار از فشار بوجود آمده حاصل از سوختن ترکیب سوخت و هوا استفاده می شود . در موتور های پیستونی ، فشار ایجاد شده در سیلندر ها به پیستون ها نیرو وارد می کند و باعث حرکت آنها به جلو و عقب می شود .
شاتون و میل لنگ حرکت رفت و برگشتی پیستون را به حرکت دورانی تبدیل می کند که از آن می توان برای تولید نیرو در اتومبیل استفاده کرد.
در موتور های دوار نیز فشار حاصل از احتراق که در محفظه تشکیل شده ( محفظه آب بندی شده است ) نیروی بر سطح مثلثی شکل روتور وارد می کند . این همان چیزی است که در عوض پیستون از آن استفاده شده است .
<!--[if !vml]-->file:///C:/DOCUME~1/SD/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.jpgروتور و محفظه در موتور های دوار که مربوط به مزدا RX-7 : این قسمت ها جایگزین پیستونها ، سیلندرها، سوپاپ ها ، شاتون ها میل بادامک که در موتورهای پیستونی پیدا می شود .
روتور ادامه می دهد مسیری را که مانند چیزی به نظر می رسد که شما به یک اسپیروگراف ایجاد کرده باشید . این مسیر هر سه راس روتور که در تماس با محفظه می باشد را حفظ می کند ، و سه حجم مجزا از گازها را به وجود می آورد .
روتور که اطراف محفظه حرکت می کند ، هر سه حجم از گازها متناوباً منبسط و منقبض می شود . این منبسط و منقبض شدن، هوا و سوخت را به داخل موتور می کشد ، آنرا فشرده ( متراکم ) می کند و توان مفیدی از گازها منبسط شده تولید می کند و سپس بعد از احتراق ، آنرا تخلیه می کند .

[ریپورتر]

با نگاه کردن به داخل موتور دوار تمام قسمتهای آنرا بررسی می کنیم ، اما ابتدا اجازه بدهید نگاه کنیم به یک مدل جدید خودرو با یک موتور دوار کاملاً جدید .
مزدا RX-8
<!--[if !vml]-->file:///C:/DOCUME~1/SD/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image004.jpg<!--[endif]-->

مزدا یکی از پیشگامان در پیشرفت و ساخت ماشین های که از موتور های دوار استفاده می کنند . مزدا RX-7 که می خواست در 1978 بفروش برود احتمالاً موفق ترین موتور دوار تولید کننده نیرو در خودرو ها می باشد .
آن توسط یک سری از خودرو های دارای موتور های دوار سبقت گرفته شد ، کامیون ها و حتی اتوبوس ها که در سال 1967 شروع به کار کرده بودند . آخرين سالی که مزدا RX-7 در ايالات متحده را فروخته‌شده بود 1995 بود، اما ساخت موتورهای دوار در آينده نزديك شاید توجیه کننده باشد .
مزدا RX-8 یک ماشین جدید از مزدا است که جدیداً برنده جایزه موتور های دوار شده است که RENESIS نامیده می شود . موتور بین المللی نامبرده شده در سال 2003 به طور عادی با دو روتور نیروی معادل 250 اسب بخار تولید می کند .
قطعات موتور دوار
موتور دوار یک سیستم جرقه زنی و تزریق سوخت شبیه به یک موتور پیستونی دارد .اگر شما داخل یک موتور دوار را ببینید ، خود را برای سورپرایز شدن آماده کنید ، زیرا آن را زیاد نمی شناسید .
روتور
روتور دارای سه سطح برآمده است که هریک مانند یک پیستون عمل می کنند . هر سطح روتور یک فرو رفتگی دارد که حجم موتور را افزایش می دهد ، و فضای بیشتری برای مخلوط سوخت با هوا وجود دارد .
<!--[if !vml]-->file:///C:/DOCUME~1/SD/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image005.jpg<!--[endif]-->


در راس هر سطح یک تیغه فلزی قرار دارد که به عنوان یک آب بندی کننده ( کاسه نمد ) بین روتور و محفظه احتراق عمل می کند . همچنین در هر طرف روتور رینگ های فلزی قرار دارد که اطراف محفظه احتراق را آب بندی می کند .( در شکل بالا نشان داده شده )
روتور مجموعه دندانهاى دنده داخلى را دارد که در مرکز یک وجه جانبی قرار دارد این دنده ها با چرخ دنده ای که در داخل محفظه ثابت است جفت می شوند
( درگیر می شوند ) این چرخ دنده های جفت شده مسیر و جهت حرکت روتور را ، داخل محفظه تعیین می کند .
محفظه
شکل محفظه احتراق تقربیاً بیضی شکل است . شکل محفظه احتراق طوری طراحی شده تا اینکه سه راس (نوک) روتور همیشه در تماس با دیواره احتراق است و سه حجم از گاز، شکل آب بندی دارد .
هر بخش از محفظه اختصاص داده شده به یک بخش از مراحل احتراق، این چهار بخش عبارتند از :
· مکش
· تراکم
· احتراق
· تخلیه
دریچه ها مکش و تخلیه روی محفظه قرار داده شده است . این دریچه ها بدون سوپاپ هستند. دریچه تخلیه مستقیماً به اگزوز وصل شده است . و دریچه مکش مستقیماً به دریچه گاز وصل شده است .

[ریپورتر]

شفت خرجی
شفت خرجی در اطراف خود برآمدگی های دارد که انحرافی از خط مرکزی شفت دارد ( خارج از مرکز نسبت به مرکز شفت است) هر روتور بر روی یکی از برآمدگی ها سوار می شود . این برآمدگی شبیه میل لنگ در موتور های پیستونی عمل می کند . روتور با ادامه مسیر در اطراف محفظه، فشاری بر، برآمدگی ها وارد می کند .
از آنجایی که برآمدگی ها خارج از مرکز بر روی شفت خروجی نصب شده اند نیرویی وارد شده بر روتور ( که روتور روی برآمدگی شفت خروجی سوار می شود ) گشتاور پیچشی در شفت ایجاد می کنند که سبب چرخش شفت می شود .



<!--[if !vml]-->file:///C:/DOCUME~1/SD/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image007.jpg<!--[endif]-->حالا اجازه دهید نگاه کنیم که این قسمت ها چطور مونتاژ و چطور توان تولید می کند .
مونتاژ ( سوار کردن ) موتور های دوار
موتور ها دوار لایه ای ( قسمس به قسمت ) مونتاژ می شوند . ما یک موتور دوار دو روتوره را در پنج لایه اصلی در نظر می گیریم که با حلقه ای از پیچ ها بلند همدیگر را نگه می دارند. مایع خنک کننده در گذرگاه های اطراف همه قطعات جریان دارد .
دو لایه ( دو قسمت ) آخر شامل کاسه نمد ها و یاتاقان ها برای شفت خروجی است . آنها همچنین کاسه نمد، در دو بخش از محفظه که در تماس با روتور است دارند . سطح داخلی این قطعات خیلی صاف ( ضیغلی ) است که این کمک می کند به کاسه نمد های روتور که کارشان را خوب انجام دهند . یک دریچه مکش در هریک از دو انتهای قطعات قرار داده شده است . ( اگر دو تکه در نظر بگیریم)
لایه بعدی ( قسمت بعدی ) سمت بیرونی محفظه بیضوی شکل روتور است ، که به دریچه تخلیه وصل شده است . این قسمت از محفظه در تماس با روتور است .


دریچه خروجی را به یاد داشته باشید .
قسمت مرکزی شامل دو دریچه مکش است ، یکی برای هر روتور . این همچنین دو روتور را از هم جدا می کند ، بنابراین سطح بیرونی آن خیلی آرام است .


The center piece contains another intake port for each rotor
در مرکز هر روتور یک چرخدنده داخلی بزرگ است که اطراف یک چرخ دنده کوچک که در محفظه موتور ثابت شده می چرخد این دو چرخ دنده تعیین می کند مسیر روتور را. همچنین روتور روی برآمدگی دایره ای شکل بزرگ که در روی شفت خروجی قرار دارد می چرخد .
در مرحله بعد ی شما خواهید دید که موتور واقعاً چگونه توان تولید می کند .
توان تولیدی موتور دوار
موتور های دوار استفاده می کنند از سیکل چهار زمانه احتراق ، همانند موتور های پیستونی که از سیکل چهار زمانه استفاده می کنند اما در موتور های دوار از را های کاملاً متفاوت انجام می شود .
روتور قلب موتور های دوار است . آن تقربیاً برابر پیستون در ماشین های پیستونی است . روتور روی برآمدگی دایره ای شکل بزرگ روی شفت خروجی سوار سده است . این برآمدگی از خط مرکزی شفت انحراف دارد و مانند یک هندل عمل می کند .
روتور قدرت لازم را برای چرخش شفت خروجی تامین می کند . با چرخش یک دور روتور در داخل محفظه ، شفت خروجی سه بار می چرخد .


با حرکت روتور داخل محفظه ، سه حجم با اندازه های مختلف بوجود می آید . این تغییر اندازه فرایند پمپ کردن رافراهم می کند . اجازه دهید نگاه کنیم روی هر کدام از چهار سیکل

مکش
مرحله مکش از سیکل ، موقعی شروع می شود که یکی از نوک ای روتور از جلوی دریچه ورودی عبور کند . و این لحظه است که حجم محفظه به حداقل خود رسیده است . با عبور روتور از دریچه ورودی حجم محفظه کوچکتر و مخلوط هوا و سوخت را داخل موتور کشیده می شود .
هنگامی که نوک روتور از دریچه ورودی ( مکش) عبور می کند محفظه آب بندی شده و فرآیند تراکم شروع می شود .
تراکم
با ادامه حرکت روتور در اطراف محفظه ، حجم محفظه کوچکتر و مخلوط هوا و سوخت فشرده می شود. در این موقع سطح روتور به طرف شمع می چرخد و حجم محفظه دوباره به حداقل خود می رسد . این موقعی است که احتراق شروع می شود .
احتراق
بیشتر موتور های روتوری دو شمع دارند . حجم محفظه احتراق بزرگ است بنابراین اگر تنها یک شمع داشته باشد شعله به آرامی پخش می شود . وقتی که شمع جرقه می زند مخلوط هوا و سوخت محترق شده ، و به سرعت فشاری ایجاد می شود . این نیرو باعث حرکت موتورمی شود .
فشار حاصل از احتراق به روتور نیروی در جهت افزایش حجم محفظه وارد می کند . با ادامه انبساط گاز های محترق شده ، روتور حرکت می کند و توان تولید می کند تا نوک روتور از جلوی دریچه خروجی ( تخلیه) عبور کند .

[ریپورتر]

تخلیه
با عبور هر تغیه روتور از جلو دریچه خروجی ( تخلیه )، گازهای حاصل از احتراق با فشاربسیار بالا به سمت دریچه خروجی جریان می یابد . با ادامه حرکت روتور ، حجم محفظه کم می شود و گاز های باقیمانده از دریچه خروجی خارج می شوند . در این موقع حجم محفظه به کمترین حالت خود نزدیک می شود و نوک روتور از دریچه ورودی عبور می کند و تمام سیکل دوباره شروع می شود .
یک چیز جالب در موتور های دوار این است که هریک از سطوح روتور همیشه انجام یک قسمت از سیکل را بر عهده دارد . در یک چرخش کامل روتور سه بار فرآیند احتراق داریم . اما به یاد داشته باشید ، شفت خروجی برای هر دور(چرخش)کامل روتور، سه بار می چرخد و این به منعای این است که یک فرآیند احتراق برای هر چرخش شفت خروجی داریم
تفاوت ها و چالش ها
چند ویژگی زیر موتور های دوار را از نوع پیستونی متمایز می کند .
بخشهاى متحرك كمتر
موتور های دوار قسمت های متحرک کمتری در مقایسه با موتور های چهار زمانه پیستونی دارند . یک موتور دوار دو روتوره ، سه قسمت اصلی متحرک دارد : دو روتور و یک شفت خروجی . هر موتور چهار سیلندر ساده پیستونی بیش از چهار قسمت متحرک دارد . شامل پیستون ها ، شاتون، میل سوپاپ، فنر سوپاپ ها ، اسبک ها ، تسمه تایمینگ ، دنده تایمینگ و میل لنگ .
تمام قسمت های موتور های دوار عملاً در یک جهت می چرخند در صورتیکه در عملکرد موتور های معمول ( پیستونی ) تغییر ناگهانی مثلاً در پیستون ها داریم .
آرام کار کردن ( بدون لرزش)
تمام قطعات موتور دوار بطور پيوسته دریک جهت در حال چرخش هستند . که در مقایسه با تغيير جهت شديد قطعات متحرک در موتورهای پيستونی از ارجحيت خاصی برخوردار است. موتورهای دورانی بدليل تقارن خاص قطعات گردنده دارای بالانس داخلی است که هرگونه ارتعاشی را از بين می برد.
همچنين انتقال قدرت در موتورهای دورانی نيز نرم تر است ، زیرا هر احتراق در طول 90 درجه چرخش روتور حاصل می شود. از آنجایی که چرخش محور خروجی سه برابر چرخش روتور است پس هر احتراق در طول 270 درجه چرخش محور خروجی حاصل می گردد. این یعنی یک موتور تک روتوره در سه چهارم گردش محور خروجی خود قدرت انتقال می دهد، در مقایسه با موتور تک سیلندر پيستونی که احتراق در طول 180 درجه از دو دور گردش میل لنگ يا يک چهارم گردش محور خروجی آن رخ می دهد.
آهسته کار کردن قطعات
از آنجا که روتور یک سوم سرعت شفت خروجی می چرخد پس قسمت ( قطعات متحرک ) اصلی موتور دوار حرکت آرام تری نسبت به قسمت های متحرک در موتور های پیستونی دارد و این به قابلیت اطمینان آن کمک می کند .

چالش ها
بعضی از چالش ها در طراحی یک موتور دوار :
· به عنوان نمونه ساخت موتور های دواری که بتواند استاندارد U.S. emissions پوشش دهد مشکل است ( اما غیر ممکن نیست )
· هزینه ساخت آن می تواند بالا باشد ، بیشتر به دلیل اینکه تولید نسبت به موتور های پیستونی بالا نیست .
· مصرف سوخت بالاتری نسبت به موتور های پیستونی دارد زیرا بازده ترمودینامیکی موتور به خاطر بزرگتر بودن شکل محفظه احتراق و نسبت پایین تراکم کاهش می یابد .