موتور وانكل چيست

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 داراي سه صفحه ي محدب است كه هر يك در حكم يك پيستون هستند.در هر يك از صفحه هاي rotor فرورفتگي وجود دارد كه حجم موتور را افزايش مي دهد تا مخلوط بنزين و هواي بيشتري راهي موتور شود. در انتهاي هر صفحه تيغه ايي فلزي براي آب بندي بيرون و محفظه ي احتراق وجود دارد.همچنين حلقه هايي فولادي براي آب بندي كناره ي محفظه ي احتراق و بيرون كار گذاشته شده است. Rotor داراي مجموعه اي از چرخدنده چيده شده در وسط پهلو است.دندانه هاي اين چرخدنده با دندانه هاي چرخدنده ايي جفت مي شود كه به بدنه بسته شده است. اين جفت شدگي چرخدنده ها مسير و جهت حركتrotor را در محفظه تعيين مي كند.

محفظه Housing محفظه تقريباداراي شكلي تخم مرغي است ولي درحقيقت يك epitrochidاست.محفظه احتراق طوري طراحي شده است كه سه لبه ي rotor هميشه با ديواره ي محفظه در تماس (آب بندي) باشد تا سه محفظه ي جدا براي بنزين ايجاد كند. هر يك از سه محفظه ي ايجاد شده در موتور وانكل به يك كار خاص اختصاص داده شده است.اين كار ها عبارت اند از: - مكش intake - تراكم compression - احتراق combustion - تخليه exhaust مجاري ورود بنزين و خروج دود روي محفظه قرار دارد.توجه كنيد كه هيچ شير يا دريچه ايي سر راه مجاري قرار ندارد و مجاري سوخت مستقيما" به گلويه ي كنترل بنزين و مجاري سوخت مستقيما" به بخش تخليه متصل هستند, و اين در حالي است كه در موتورهاي پيستوني مجاري توسط سوپاپ كنترل مي شود.

محفظه housing

ميله ي خروجي يا ميل لنگ Output Shaft ميله ي خروجي داراي برآمدگي هاي گردي است كه روي ميله سوار شده است. و نسبت به مركز ميله جابجا شده است.هر rotor بر روي يكي از برآمدگي ها نصب مي شود. برآمدگي ها در ميله ي خروجي در حكم ميل لنگ در موتور پيستوني است.زماني كه rotor در محفظه حركت مي كنند به برآمدگي ها (lobes) فشار وارد مي كند و اين فشار وارده بر برآمدگي ها توليد گشتاور در ميله مي كند كه در نهايت چرخش به وجود مي آيد.

مونتاژ موتور وانكل : موتور هاي دوار (وانكل) بصورت لايه اي مونتاژ مي شوند.يك موتور وانكل 2 گردنده ايي(two rotor) كه ما در نظر گرفتيم از 5 لايه اصلي كه بوسيله ي يك طوقه ي بزرگ در كنار هم چفت شده اند.ماده ي خنك كننده از ميان مجاريي كه همه ي اجزا را احاطه كرده است عبور مي كند. دو لايه آخري شامل درزگير و ياطاقان براي "ميله ي خروجي" است.همچنين اين قسمت ها با دو بخش محفظه كه گردنده را شامل مي شود, آب بندي شده است.سطح داخلي اين قسمت ها بسيار صيقلي مي باشد تا قطعات آب بندي كننده كار خود را بخوبي انجام دهند.و مجاري ورودي (مكش) در انتهاي هر يك از اين قسمت ها قرار دارد. لايه ي بعدي از بيرون محفظه ي تخم مرغي rotor است كه شامل دهانه و مجراي تخليه مي باشد. اين بخشي از محفظه ي موتور است كه گردنده (rotor) را در برمي گيرد. قسمت مركزي شامل دو مجراي مكش, هر يك براي هر گردنده است.همچنين اين دو گردنده (rotor) سوا مي شوند بنابراين سطح خارجي بايد بسيار صيقلي باشد تا موتور آب بندي شود. در مركز هر rotor يك چرخدنده ي بزرگ سوار بر چرخدنده ي كوچكي كه به محفظه متصل است، وجود دارد.اين بخش براي هدايت چرخش rotor است.همچنين گردنده (rotor) بر روي برآمدگي هاي دايره اي بزرگ ميله (شفت) سوار مي شود. موتور هاي وانكل همانند موتور هاي پيستوني از چرخه ي 4 كورسي احتراق استفاده مي كند.ولي در موتور هاي وانكل بطور كامل به صورت ديگر است. قلب موتور وانكل "گردنده" (rotor) است.گردنده تقريبا" معادل پيستون در موتورهاي پيستوني است.گردنده روي برآمدگي هاي بزرگ دايره اي شفت سوار شده است.اين برآمدگي ها كه از مركز شفت جابجا شده اند همانند د سته ميل لنگ عمل مي كند و اين امكان را به rotor مي دهند كه ميله ي خروجي را بگرداند.زماني كه rotor در داخل محفظه مي گردد بر برآمدگي هاي شفت در گرداگرد يك دايره ي تنگ فشار وارد مي كند (مي چرخاند), سه بار چرخيدن شفت بازاي هر گردش rotor به وجود مي آورد. زماني كه rotor در ميان محفظه مي گردد, سه محفظه ي ايجاد شده بوسيله ي rotor تغيير اندازه مي دهند.اين تغييرات اندازه عمل مكش (pumping) را ايجاد مي كند.اينك به بررسي 4 كورس در موتور وانكل براي يك rotor مي پردازيم : مكش(intake stroke) فاز مكش در چرخه زماني شروع مي شود كه يك لبه ي rotor از مجراي مكش عبور كند.در لحظه ايي كه مجراي مكش در برابر محفظه (يكي از سه قسمت) قرار دارد, حجم آن بخش محفظه به حالت مينيمم خود نزديك مي شود و زماني كه گردنده (rotor) از مجراي مكش عبور مي كند حجم محفظه ي مربوط منبسط مي شود و مخلوط سوخت و هوا وارد محفظه مي شود. زماني كه نوك rotor از مجراي مكش عبور كرد تراكم انجام مي شود.

تراكم:(compression) همچنانكه روتور به حركت خود ادامه مي دهد، حجم هوا كاهش مي يابد و مخلوط هوا و سوخت متراكم مي شود.زماني كه وجه روتور به مقابل شمع ها مي رسد،حجم اين قسمت به حداقل مقدار خود نزديك مي شود. در اين هنگام عمليات احتراق آغاز مي شود

-احتراقfiring stroke)): اكثر موتور هاي دوراني دو شمع دارند.زيرا اگر تنها يك شمع وجود داشت به خاطر اينكه اتاقك احتراق نسبتا دراز است،جرقه نمي توانست به خوبي و با سرعت مناسب گسترش پيدا كند.

وقتي شمع ها جرقه مي زنند،مخلوط هوا و سوخت آتش مي گيرد و افزايش فشار روتور را به حركت در مي آورد. فشار حاصل از احتراق باعث مي شود كه روتور در جهتي حركت كند كه حجم افزايش يابد.گازهاي احتراق منبسط مي شوند و با حركت دادن روتور نيروي محركه توليد مي كنند تا هنگامي كه نوك روتور به دريچه تخليه برسد

تخليه(exhaust stroke): هنگامي كه نوك روتور از دريچه ي تخليه عبور مي كند،گازهاي احتراق كه فشار بالايي دارند از اگزوز خارج مي شوند.همچنانكه روتور به حركت خود ادامه مي دهد،اتاقك منقبض مي شود و گازهاي باقي مانده را به بيرون هدايت مي كند.زماني كه حجم به حداقل مقدار خود نزديك مي شود، نوك روتور از كنار دريچه ي مكش عبور مي كند و چرخه دوباره تكرار مي 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 متحرك كمتر: يك موتور وانكل داراي قطعات متحرك بسيار كمتري نسبت به نمونه ي قابل مقايسه ي 4 زمانه ي پيستوني است. يك موتور دوار (وانكل) دو گردنده ايي (two-rotor rotary engine) داراي 3 قسمت متحرك اصلي مي باشد: 2 عدد گردنده (rotor) و ميله ي خروجي (output shaft).در حالي كه يك موتور ساده ي 4 سيلندري حداقل داراي 40 قسمت متحرك مي باشد, شامل پيستون, دسته پيستون, ميل لنگ, سوپاپ, فنر سوپاپ, اسبك سوپاپ, چرخدنده ي سوپاپ و ... اين كاهش قطعات متحرك مي تواند اعتماد بيشتري را نسبت موتورهاي دوار (وانكل) فراهم كند.به همين علت است كه بعضي از توليدكنندگان هواپيما ( همچون سازنده ي skycar) موتورهاي دوار (وانكل) را به موتورهاي پيستوني ترجيح مي دهند.

كاركرد روان و آهسته : همه ي قسمت ها در موتور وانكل مستمرا" در يك جهت مي چرخند, نسبت به تغييرات شديد جهت مثلا يك پيستون كه در موتورهاي پيستوني مرسوم انجام مي دهد.موتورهاي وانكل از درون با وزنه هاي تعادل بالانس مي شود بطوري كه همه ي لرزه هاي موتور را خنثي مي كند. قدرت خروجي در موتورهاي وانكل نيز بيشتر و روان تر است.زيرا هر عمل احتراق گردنده ها (rotor) را بيش از 90 درجه مي چرخاند, و output shaft بازاي هر گردش rotor 3 بار به چرخش در مي آيد, كه به ازاي هر عمل احتراق (جرقه زني) output shaft بيش از 270 درجه به چرخش در مي آيد.اين بدين معني است كه يك موتور دوار تك گردنده ايي توان خروجي آن براي سه چهارم گردش output shaft بازاي هر گردش گردنده مي باشد.اين را با يك موتور تك سيلندر پيستوني مقايسه كنيد, كه در مدت هر عمل احتراق بازاي 2 دور گردش پيستون, ميل لنگ 180 درجه مي چرخد يا به عبارتي يك چهارم گردش ميل لنگ به ازاي هر سيكل پيستون. از آنجايي كه rotor با يك سوم سرعت چرخش output shaft مي چرخد, قطعات متحرك اصلي موتور دوار (وانكل) آهسته تر از قطعات موتور پيستوني حركت مي كنند.اين امر به اعتماد كردن بيشتر به موتوركمك مي كند.(پايداري و عمر موتور افزايش پيدا مي كنند.) 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 بيشتر نسبت به موتورهاي پيستوني,زيرا بازده ي ترموديناميكي موتور بخاطر مخزن بزرگ احتراق كاهش يافته 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 هاي وانكل در موارد بسيار زيادي از كاميون ها و حتي اتوبوس ها استفاده شده است. ولي مي توان گفت كه سرآمد وسايل نقليه ا ي كه از اين موتور استفاده مي كنند اتومبيل مزدا RX-7 و RX-8 مي باشند. شركت مزدا در توليد و توسعه ي خودرو هايي كه از موتور دوراني استفاده مي كنند سابقه ي طولاني دارد. مزدا RX-7 كه در 1978 به فروش رسيد موفق ترين خودرو با موتور دوراني بوده است. ولي قبل از آن خودرو ها،كاميون ها و حتي اتوبوس هايي با موتور دوراني توليد شده بودند.آموزش مكانيك خودرو سرآغاز آن ها نيز غير مجاز مي باشدmo sportدر 1967 بود.آخرين سالي كه RX-7 در آمريكا فروخته شد سال 1995 بود. مزدا RX-8 خودرو جديدي از شركت مزدا است كه يك موتور دوراني جديد و برتر به نام Renesis را عرضه كرده است.اين موتور كه موتور بين المللي سال 2003 ناميده شد،به صورت طبيعي مكش دارد و يك موتور 2 روتوره مي باشد كه قدرت آن 250 اسب بخار است.