تحقیق کامل درباره موتور وانکل دورانی

این تحقیق شامل اطلاعاتی جامع در مورد موتور وانکل (موتور دورانی) است، که عملکرد آن با موتورهای پیستونی کاملاً متفاوت است. این موتورها با حجم کوچک خود توانایی تولید قدرت بالا را دارند و در خودروهایی مانند مزدا RX-8 استفاده می‌ شوند.

موتوری با حجمی شگفت‌ انگیز

موتورهای کوچک وانکل که اساس کار آنها تقریباً با تمامی موتورهای خودروهای موجود متفاوت است، با اندازهٔ کوچک خود، قدرت بسیار زیادی تولید می‌کنند، برای مثال موتور وانکلی که به اندازهٔ موتور پیکان است بیشتر از ۶ برابر موتور پیکان قدرت تولید می‌کنند.

نسل جدید موتور پرقدرت و کوچک وانکل بر روى خودروى مزدا تا کنون نظر بسیارى را به خود جلب کرده است، مزدا RX 8 در جهان تنها خودروئى است که با موتور پیستونى کار نمى‌کند.
موتورهاى وانکل به خاطر اندازهٔ کوچک موتور و برخوردارى از موتور گردشى بدون پیستون یک نمونهٔ منحصربه‌فرد در صنعت خودرو هستند، البته این موتورها پس از گذشت چهار دهه استفاده ازموتور وانکل این سامانه دوباره در مزدا متولد شده است.

این موتور از موتورهاى قبلى خودروها بسیار کوچکتر است ولى توانائى کسب قدرت بالائى نسبت به موتورهاى پیستونى را دارد. به‌عنوان مثال یک موتور ۱۳۰۰ سى‌سى حجم،قدرت ۲۵۰ اسب بخار را تولید مى‌کند و داراى دورى معادل ۸۵۰۰ دور در دقیقه است.

کارآئى گرمائى موتورهاى وانکل به‌دلیل هم‌زمانى سه مرحلهٔ مکش، تخلیه و انفجار بسیار بالا است و این عملکرد باعث مى‌شود در سرعت بالا نیز این خودروها با حالت فقیرسوزى توانائى کارکرد داشته باشند. مکش بالا و سیستم انژکتورى در موتور وانکل باعث مى‌شود در هر سرعت، احتراق کامل صورت گیرد؛ این موتورها به‌صورتى ساخته شده‌اند که نسبت به موتورهاى معمولى اکسید نیتروژن کمترى تولید کنند.

اگزوزهاى کنارى این موتورها، هیدروکربن‌هاى نسوخته را گرفته و آن را براى احتراق بعدى آماده مى‌کند. ویژگى این موتور تبدیل‌کنندهٔ کاتالیز و مانفولد خاص اگزوز دو لایه آن است که دماى گازهاى خروجى را حفظ مى‌کند تا عمل کاتالیز هنگام روشن شدن موتور، حتى در شرایط سرد، عملکرد قابل قبولى داشته باشد. اساس کار موتور وانکل مانند سایر موتورهاى احتراق داخلى است که در آن، انرژى شیمیائى به حرارتى و بعد به انرژى مکانیکى تبدیل مى‌شود.

در موتور وانکل مانند موتورهاى بنزین ”چهار زمان“ وجود دارد که مخلوط هوا و بنزین وارد محفظه‌اى از موتور مى‌شود سپس با کوچک شدن حجم آن، مخلوط هوا و بنزین تحت فشار قرار گرفته و با ایجاد جرقه از طریق شمع انفجار حاصل مى‌شود. مولکول‌هاى گاز بر اثر احتراق منبسط مى‌شود بنابراین فشار محفظهٔ تراکم به شدت بالا مى‌رود نیروى آن به روتور اعمال شده و به‌دلیل اختلاف مرکز دوران بین روتور و میل‌لنگ، نیروى چرخش در روتور تولید مى‌شود. این نیروى چرخشى به بادامک محور که در داخل روتور قرار دارد، وارد مى‌شود و باعث چرخش محور متصل به چرخ‌ها مى‌شود.

در موتورهاى پیستونى چرخهٔ کامل در چهار زمان و یا در دو زمان انجام مى‌شود، در موتور وانکل نمى‌توان این اصطلاح را به‌کار برد زیرا حرکت مشخصى در یک زمان مشخص، قابل تفکیک نیست تنها مى‌توان گفت عملیات انجام شده چرخه‌اى خودکار است. اساسى‌ترین اختلاف بین موتور پیستونى و نوع روتورى در حرکت پیستون و روتور است. در موتور وانکل، پیستونى به روتور تبدیل مى‌شود که جسمى است مثلثى‌شکل با وجوه محدّب که در داخل محفظهٔ مخصوص، حرکت دورانى مى‌کند. حذف قطعات متحرک یکى از مزایاى موتور وانکل از نظر صرفهٔ اقتصادى محسوب مى‌شود.

در موتور وانکل محفظهٔ عملیات به شکل مخصوصى ساخته مى‌شود و همان وظیفه را دارد که سیلندر موتورهاى پیستونى عهده‌دار است یعنى با گردش روتور در داخل آن، تغییر حجم به‌وجود مى‌آید و عملیات احتراق صورت مى‌گیرد، روتور جانشین پیستون مى‌شود و همان وظیفه را انجام مى‌دهد یعنى گاز را متراکم مى‌کند نیروى احتراق را تحمل مى‌کند و نیروى تولید خود را به بادامک انتقال نیرو، منتقل مى‌کند.

در موتورهاى خودرو معمولاً یک یا دو روتور وجود دارد، بنابراین محور موتور معمولاً یک بادامک یا دو بادامکى است. با مقایسه با چهار لنگ موجود بر روى میل‌لنگ موتور هفت سیلندر، فضاى بسیار کمى در موتور وانکل اشغال مى‌شود. کشور ایران با تولید موتورهاى وانکل سرى جدید ”مزدا“ در حال بازگشت به صنعت خودرو است که در صورت برطرف شدن معایب این موتورها، صنعت خودرو جهان شاهد رشد قابل توجهى در قیمت و قدرت خودروها خواهد بود.

تاریخچه موتور :

موتورهای پسیتون روتوری (دورانی) که به موتورهای وانکل معروف هستند برای اولین بار توسط مخترع آلمانی فلیکس وانکل ( Felix Wankel ) در سال 1957 طراحی و ساخته ودر سال 1964 اولین نمونه این نوع موتور به تولید انبوه رسید، که از آن زمان تا کنون این موتور دوزمانه، تحت پژوهش و تکامل قرار گرفته است.

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 همانند موتورهای پیستونی از انرژی فشار ایجاد شده بواسطه احتراق مخلوط سوخت و هوا استفاده می کنند؛ در موتورهای پیستونی فشار ناشی از احتراق به پیستونها نیرو وارد کرده و آنها را به عقب و جلو می راند. شاتون و میل لنگ این حرکت رفت و برگشتی پیستونها را به حرکت دورانی و قابل استفاده برای خودرو تبدیل می کنند. در صورتیکه 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.

همچنان که روتور حرکت می کند هر کدام از این سه حجم پی در پی منبسط و منقبض می شوند؛ و همین انقباض و انبساط است که مخلوط هوا و سوخت را به داخل سیلندر می کشد, آنرا متراکم می کند, در طول فرآیند انبساط توان مفید تولید می کند و گازهای سوخته را بیرون می راند.

باتوجه به جدید بودن موتور وانکل پیشرفت نسبی مناسبی در آن بوجود آمده است، زیرا موتورهای پیستونی که از اختراع آن حدود130سال می گذرد در سالهای اخیر تکامل نسبی پیدا کرده اند. اولین موتور پیستونی احتراق داخلی درسال 1878 میلادی بوسیله دکتر نیکلاس اتو، طرح گردید ولی موتور وانکل مربوط به 50 سال اخیر است .

امروزه کارخانه های NSU آلمان، ToyoKogyo ژاپن،و کرتیس رایت آمریکااز موتور وانکل در انواع خودروها،ایرکرافت،و سایر موتور های صنعتی و مسابقه ای استفاده می کنند.

فهرست مطالب:

موتوری با حجمی شگفت‌انگیز
تاریخچه موتور
ساختمان موتور وانکل و اصلاحات انجام شده
واحد های روتور در موتور وانکل
قطعات حساس موتور وانکل
قدرت
راندمان حرارتی
مراحل کارکرد موتور وانکل
قطعات یک موتور دورانی
روتور
محور خروجی
توان موتور دورانی
نحوه ی کار موتور وانکل
مرحله مکش
مرحله تراکم
مرحله قدرت (احتراق)
مرحله تخلیه
مونتاژ موتور های وانکل
اختلاف هاوشباهت ها در موتور های پیستونی و موتور های وانکل (روتوری)
نمونه ها
روتور
بدنه
محور خروجی
سوار کردن قسمتها و ایجاد نیرو محرکه:
قسمتهای متحرک کمتر
آرامتر بودن حرکت
چالش ها
نحوه قرار گیری اجزاء کنار هم
یکی از دو قسمت انتهایی موتور وانکل دو روتوره
محفظه در بر دارنده روتورها
تولید توان
کارکرد نرم و بدون لرزش
آهسته تر
چالشها در طراحی موتورهای دورانی