موتور دوراني يك موتور احتراق داخلي است درست مثل موتور اتومبيل ولي كاملا متفاوت با موتور هاي مرسوم پيستوني كار مي كند.در يك موتور پيستوني حجم مشخصي از فضا (سيلندر) متناوبا چهار كار متفاوت را انجام مي دهد.مكش ،تراكم ،احتراق ،و خروج دود.موتور دوراني همين كار را انجام مي دهد اما هر كدام در جاي مخصوص خوذ انجام مي شود و اين شبيه اين است كه براي هر كدام از چهار مرحله يك سيلندر جداگانه داشته باشيم و پيستون به طور پيوسته از يكي به بعدي حركت كند.
موتور دوراني كه مخترع آن دكتر فليكس وانكل بود، گاهي موتور وانكل يا موتور دوراني وانكل ناميده مي شود.در اين مقاله مي آموزيم كه موتور دوراني چگونه كار مي كند.
مانند يك موتور پيستوني،موتور دوراني از فشار توليد شده هنگام احتراق مخلوط سوخت و هوا استفاده مي كند.در موتور پيستوني،اين فشار در سيلندر جمع مي شود و پيستون را به جلو و عقب مي راند.ميل لنگ حركت رفت و برگشتي پيستون ها را به حركت دوراني تبديل مي كند.
در يك موتور دوراني،فشار حاصل از احتراق،در يك اتاقك ايجاد مي شود كه اين اتقك قسمتي از فضاي موتور است كه به وسيله ي وجه روتور مثلثي شكل پديد مي آيد و موتور دوراني از اين اتاقك به جاي پيستون استفاده مي كند.
روتور و محفظه ي يك موتور دوراني در Mazda RX-7
اين قسمت ها جايگزين پيستون ها،سيلندر ها،سوپاپ ها،ميل سوپاپ و ميل لنگ در موتور پيستوني مي شود.روتور مسيري را طي مي كند كه در اين مسير هر سه گوش روتور با محفظه در تماس باقي مي ماند و سه حجم مجزاي گاز را ايجاد مي كند.وقتي روتور مي چرخد،اين سه حجم متناوبا منبسط و منقبض مي شوند.همين انقباض و انبساط است كه هوا و سوخت را به داخل موتور مي كشد،آن را متراكم مي كند و انرژي قابل استفاده آن را مي گيرد و سپس دود را خارج مي كند.
در ادامه به داخل موتور دوراني خواهيم پرداخت تا قسمت هايش را بشناسيم اما اينك به مدل تازه ي موتور دوراني نگاهي مي اندازيم:
مزدا RX-8 :
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.سرآغاز آن ها نيز غير مجاز مي باشدmo sportدر 1967 بود.آخرين سالي كه RX-7 در آمريكا فروخته شد سال 1995 بود ولي موتور دوراني در آينده ي نزديك به بازار برمي گردد .
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.
موتور دوراني يك سيستم جرقه و تحويل سوخت دارد كه شبيه به قسمتهاي مشابه در موتور پيستوني هستند.در ادامه به معرفي بخش هاي اصلي موتور دوراني مي پردازيم:
روتور:
روتور سه سطح محدب دارد كه هر كدام همانند يك پيستون عمل مي كند.هر سطح يك فرورفتگي دارد كه حجم مخلوط هوا و سوخت را در موتور افزايش مي دهد.
در قسمت انتهايي هر سطح يك تيغه ي فلزي وجود دارد كه اتاقك احتراق را آب بندي مي كند و مانع خروج مواد از اتاقك احتراق مي شود.همچنين حلقه هاي فلزي در هر طرف روتور وجود دارند كه به اطراف اتاقك احتراق محكم مي شوند.
روتور يك سري دندانه هاي داخلي دارد كه در مركز يك لبه بريده شده اند.اين دندانه ها با چرخ دنده هايي كه به بدنه ي موتور محكم شده اند درگير مي شوند.اين در گير شدن مسير و جهت حركت روتور در داخل بدنه را مشخص مي كند.
بدنه:
بدنه تخم مرغي شكل است.شكل اتاقك احتراق به گونه اي طراحي شده است كه سه راس روتور همواره در تماس با ديواره ي اتاقك خواهند بود و سه حجم جداي گاز را ايجاد مي كنند.
هر قسمت بدنه به يك مرحله از عمل احتراق اختصاص دارد.اين چهار مرحله عبارتند از:
1-مكش
2-تراكم
3-احتراق
4-تخليه
مجراهاي مكش و تخليه در بدنه طراحي شده اند. اين مجرا ها سوپاپ ندارند.اگزوز خودرو مستقيما به مجراي تخليه وصل مي شود. مجراي مكش هم مستقيما به دريچه ي ساسات وصل مي شود.
محور خروجي:
محور خروجي قطعه هاي گردي دارد كه خارج از مركز(تعمير خودرو خارج از محور ميله) نصب شده اند. هر روتور روي يكي از اين قطعات خارج از مركز نصب مي شود.اين قطعه ها تقريبا شبيه ميل لنگ عمل مي كنند.هنگاميكه روتور مسير خودش را درون بدنه طي مي كند،به اين قطعه ها فشار مي آورد و از آن جاييكه قطعه ها خارج از مركز اند،نيروي اعمال شده از روتور به قطعه ها گشتاوري بر ميله وارد مي كند و آن را مي چرخاند.
اكنون بياييد ببينيم اين قسمت ها چگونه به هم متصل مي شوند و چگونه نيروي حركتي را ايجاد مي كنند.
يك موتور دوراني به صورت لايه اي سر هم مي شود.موتور دو روتوره كه ما بررسي كرديم 5 لايه اصلي دارد كه به وسيله حلقه اي از غلاف هاي دراز كنار هم نگه داشته شده اند و سيال خنك كننده كه در راههاي مخصوص خود جريان دارد همه ي قطغات را در بر مي گيرد.
دو لايه ي انتهايي شامل مهره ها ، ياتاقان ها و شفت خروجي مي باشد.آن ها همچنين دو قسمت اتاقك را كه شامل روتور ها مي شوند را به هم متصل مي كنند.سطح داخلي اين قطعات خيلي صاف و صيقلي مي باشد كه كمك مي كند مهره هاي روي روتور كار خود را به خوبي انجام دهند.يك دريچه ورودي بر روي هر كدام از اين قطعات انتهايي وجود دارد.
يكي از دو قطعه انتهايي از يك موتور دو روتوره ي ونكل
لايه ي بعدي (از بيرون به داخل) اتاقك تخم مرغي شكل روتور است كه دريچه هاي اگزوز را شامل مي شود.
قسمتي از اتاقك روتور(به مكان مجراي تخليه توجه كنيد)
قطعه مياني شامل دو دريچه ورودي مي باشد كه هر كدام از آن ها براي يكي از روتور هاست.اين قطعه علاوه بر اين دو روتور را از يكديگر مجزا مي كند لذا سطوح خارجي آن بسيار صاف است.
قطعه ي مياني براي هر روتور يك دريچه ورودي ديگر فراهم مي كند.
در مركز هر روتور يك چرخ دنده ي بزرگ داخلي وجود دارد كه روي يك چرخ دنده ي كوجك تر حركت مي كند كه اين چرخ دنده ي كوچك به اتاقك موتور متصل شده است. اين قسمت آن چيزي است كه چرخش روتور را ايجاد مي كند.روتور همچنين روي پوسته بزرگ و دايروي شفت خروجي حركت مي كند.
در ادامه خواهيم ديد كه موتور چگونه نيروي محرك توليد مي كند.
موتورهاي دوراني چرخه ي چهار زمانه اي را طي مي كنند كه شبيه چرخه ايست كه موتور پيستوني در آن كار مي كند.ولي در موتور دوراني نحوه ي رسيدن به هدف كاملا متفاوت است.
قلب يك موتور دوراني،روتور آن است كه معادل پيستون در موتورهاي پيستوني مي باشد.
روتور روي يك پوسته ي بزرگ دايروي روي شفت خروجي نصب مي شود.اين پوسته از خط مركزي شفت انحراف دارد و مانند يك دسته اهرم در جرثقيل هاي كوچك عمل مي كند و به روتور قدرت لازم براي چرخاندن شفت خروجي را مي دهد.هنگامي كه روتور درون اتاقك مي چرخد،پوسته را حول دايره هايي مي چرخاند كه به ازاي هر دور روتور،پوسته 3 دور مي چرخد.
هنگامي كه روتور درون اتاقك مي چرخد سه قسمتي كه توسط روتور در فضاي اتاقك از هم جدا مي شوند،حجمشان تغيير مي كند(مطابق شكل بالا) اين تغيير حجم باعث ايجاد عملياتي شبيه به پمپ كردن مي شود.حال به بررسي هر كدام از چهار مرحله ي موتور دوراني مي پردازيم.
1-مكش :
فاز مكش هنگامي آغاز مي شود كه نوك روتور از دريچه ي ورودي عبور مي كند.وقتي كه دريچه مكش باز مي شود در ابتدا حجم اين قسمت در حداقل مقدار خود است و با ادامه حركت روتور حجم افزايش مي يابد و هوا به داخل كشيده مي شود.
وقتي راس ديگر روتور از دريچه مكش عبور مي كند ديگر هوايي وارد اين قسمت نمي شود و مرحله تراكم آغاز مي شود.
2-ترا كم:
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.
3-احتراق:
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.
4-تخليه:
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.
نكته ي ظريف در مورد موتور دوراني اين است كه هر كدام از سه وجه روتور همواره در حال طي كردن يك قسمت چرخه هستند (در يك دور چرخش كامل روتور،سه بار مرحله احتراق وجود دارد). ولي به خاطر داشته باشيد كه شفت خروجي به ازاي هر دور چرخش روتور سه دور مي زند كه اين يعني به ازاي هر دور چرخش شفت خروجي يك مرحله احتراق داريم.
ويژگي هاي متعددي وجود دارد كه موتور دوراني را از يك موتور پيستوني معمولي متمايز مي كند:
● قسمتهاي متحرك كمتر:
در موتور دوراني تعداد قسمت هاي متحرك به مراتب كمتر از يك موتور پيستوني مشابه است.يك موتور دوراني دو روتوره سه قسمت متحرك دارد:دو روتور و يك شفت خروجي.حتي ساده ترين موتور پيستوني چهار سيلندر،حداقل 40 قسمت متحرك دارد:پيستون ها،ميل بادامك،سوپاپ ها،فنر سوپاپ ها ،رقاصك ها،تسمه تايم،چرخ دنده ها و ميل لنگ،ميله هاي رابط.
اين تعداد كم قسمت هاي متحرك،قابليت اطمينان موتورهاي درواني را بالا مي برد.به همين دليل است كه بعضي از سازنگان فضاپيما،موتورهاي دوراني را ترجيح مي دهند.
● يكنواختي حركت :
همه ي قسمت هاي موتور دوراني در يك جهت و به طور پيوسته مي چرخند و تغيير جهت هاي ناگهاني (مانند پيستون ها) وجود ندارد.
موتورهاي دوراني از نظر داخلي به وسيله ي وزنه هاي تعادلي چرخان ،كه براي از بين بردن ارتعاشات نصب شده اند، متعادل مي شوند.
تحويل نيرو در موتورهاي چرخان نيز يكنواخت تر انجام مي شود.از آنجاكه هر مرحله احتراق در چرخس روتور به اندازه ي 90 درجه پايان مي يابد و شفت خروجي به ازاي هر دور روتور، سه دور مي زند، بنابراين هر مرحله احتراق پس از 270 درجه چرخش شفت خروجي پايان مي يابد. اين بدان معني است كه يك موتور تك روتوره،براي 4/3 از هر دور چرخش شفت خروجي ، نيروي محركه توليد مي كند. اين را مقايسه كنيد با يك موتور تك سيلندر پيستوني كه در آن احتراق در 180 درجه از دو دوران كامل اتفاق مي افتد (يعني 4/1 از هر چرخش ميل لنگ)
● آرامتر بودن حركت :
از آن جا كه روتور ها با سرعتي به اندازه 3/1 سرعت شفت خروجي مي چرخند، قسمت هاي متحرك موتور دوراني آرامتر از قسمت هاي موتور پيستوني حركت مي كنند. كه اين موضوع قابليت اطمينان موتور هاي دوراني را افزايش مي دهد.
چالش ها:
● معمولا ساختن يك موتور چرخان سخت تر از موتور پيستوني است.
● هزينه هاي توليد بالاتر مي باشد زيرا تعداد موتورهاي دوراني كه توليد مي شوند به اندازه تعداد موتورهاي پيستوني نيست.
● موتورهاي دوراني معمولا سوخت بيشتري مصرف مي كنند زيرا بازده ترموديناميكي موتور دوراني كم است.آموزش مكانيك خودرو(به دليل اتاقك احتراق بزرگ و دراز و ضريب تراكم پايين)
منبع اصلي: وبلاگ اموزش سيستمهاي مختلف خودرو