up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله موتورهاي دوراني PDF
QR code - موتورهاي دوراني

موتورهاي دوراني

موتورهاي دوراني (وانکل) زير مجموعه موتورهاي احتراق داخلي مي باشند. اما شيوه کار آنها با موتورهاي رايج پيستوني کاملاً متفاوت است. در موتورهاي پيستوني يک حجم يکسان و مشخص (حجم سيلندر) بصورت پي در پي تحت تأثير چهار فرآيند, مکش, تراکم, احتراق و تخليه قرار مي گيرد؛ حال اينکه در موتورهاي دوراني هر کدام از اين چهار فرآيند در نواحي خاصي از محفظه سيلندر که تنها متعلق به همان فرآيند مي باشد صورت مي پذيرد. درست مثل اينکه براي هر فرآيند سيلندر مربوط به خودش را اختصاص داده باشيم و پيستون بصورت پيوسته از يکي به ديگري حرکت مي کند تا چهار فرآيند سيکل اتو را کامل نمايد.
موتورهاي دوراني که به موتورهاي وانکل نيز معروف مي باشند براي اولين بار به انديشه مبتکرانه دکتر فليکس وانکل (Felix Wankel) آلماني در سال ۱۹۳۳ خطور يافت و در سال ۱۹۵۷ اولين نمونه اين نوع موتور ساخته شد
موتورهاي دوراني همانند موتورهاي پيستوني از انرژي فشار ايجاد شده بواسطه احتراق مخلوط سوخت و هوا استفاده مي کنند؛ در موتورهاي پيستوني فشار ناشي از احتراق به پيستونها نيرو وارد کرده و آنها را به عقب و جلو مي راند. شاتون و ميل لنگ اين حرکت رفت و برگشتي پيستونها را به حرکت دوراني و قابل استفاده براي خودرو تبديل مي کنند. در صورتيکه در موتورهاي دوراني, فشار ناشي از احتراق، نيرويي را بر سطح يک روتور مثلث شکل که کاملاً محفظه احتراق را نشت بندي کرده است، وارد مي کند. اين قطعه (روتور) همان چيزي است که بجاي پيستون از آن استفاده مي شود.
روتور در مسيري بيضي شکل حرکت مي کند؛ بگونه اي که هميشه سه راس اين روتور را در تماس با محفظه سيلندر نگه داشته و سه حجم جداگانه از گازها, بين سه سطح روتور و محفظه سيلندر ايجاد مي کند.
همچنان که روتور حرکت مي کند هر کدام از اين سه حجم پي در پي منبسط و منقبض مي شوند؛ و همين انقباض و انبساط است که مخلوط هوا و سوخت را به داخل سيلندر مي کشد, آنرا متراکم مي کند, در طول فرآيند انبساط توان مفيد توليد مي کند و گازهاي سوخته را بيرون مي راند.
● قطعات يک موتور دوراني:
موتور هاي دوراني داراي سيستم جرقه و سوخت رساني مشابه با موتورهاي پيستوني مي باشند.
▪ روتور:
روتور يک قطعه مثلث شکل با سه سطح برآمده يا محدب مي باشد که هر کدام از اين سطوح همانند يک پيستون عمل مي کند. همچنين هر کدام از اين سطح ها داراي يک گودي يا تورفتگي مي باشد که حجم موتور را بيشتر مي کند.
در راس هر وجه يک تيغه فلزي قرار گرفته که عمل نشت بندي سه حجم محبوس بين روتور و جداره سيلندر را بر عهده دارد. همچنين در هر طرف روتور ( سطح فوقاني و تحتاني) رينگ هاي فلزي قرار گرفته اند که وظيفه نشت بندي جانبي روتور را به عهده دارد.
روتور داراي چرخدنده داخلي در مرکز يک وجه جانبي مي باشد؛ اين چرخدنده با يک چرخدنده ديگر که روي محفظه سيلندر بصورت ثابت قرار دارد درگير مي شود و اين درگيري است که مسير وجهت حرکت روتور را درون محفظه تعيين مي نمايد.
▪ محفظه سيلندر :
محفظه سيلندر تقريباً بيضي شکل است و شکل محفظه احتراق نيز بگونه اي طراحي شده است که همواره سه لبه روتور در تماس با ديواره محفظه قرار گيرد و سه حجم نشت بندي شده را بسازد.هر قسمت از اين محفظه به يکي از فرآيندهاي موتور اختصاص خواهد داشت. ( مکش- تراکم - احتراق- تخليه)
پورتهاي مکش و تخليه هر دو، در ديواره محفظه تعبيه شده اند. و سوپاپي براي اين پورتها وجود ندارد. پورت تخليه مستقيماً به اگزوز راه دارد و پورت مکش به دريچه گاز.
لايه هاي اول و آخر داراي نشت بندي و ياتاقانهاي مناسب جهت محور خروجي مي باشد. آنها همچنين دو مقطع محفظه روتور را نشت بندي مي کنند. سطح داخلي اين قطعات بسيار هموار است که اين خود به نشت بندي روتور متناسب با کارش کمک مي کند. روي هر يک از قطعات دو انتها يک پورت ورودي تعبيه شده است.
لايه بعدي محفظه بيضي شکلي است که قسمتي از محفظه کل روتور مي باشد اين لايه که در شکل بالا نشان داده شده است داراي پورت خروجي مي باشد.
در مرکز هر روتور يک چرخدنده داخلي بزرگ قرار دارد که حول يک چرخدنده کوچک ثابت روي محفظه موتور مي چرخد. اين دو چرخدنده مسير حرکتي روتور را تعيين مي کنند. همچنين روتور روي بادامک دايروي محور خروجي واقع شده و آن را به گردش در مي آورد.
▪ توليد توان:
موتورهاي دوراني همانند موتورهاي رايج پيستوني از سيکل چهار زمانه استفاده مي کند. که به شکل کاملاٌ متفاوتي به خدمت گرفته شده است. قلب يک موتور دوراني روتور آن است، که بصورت کلي معادل پيستون در موتورهاي پيستوني مي باشد. روتور روي يک بادامک دايروي روي بزرگ محور خروجي سوار شده است. اين بادامک از خط مرکزي محور خروجي فاصله داشته و همانند يک ميل لنگ عمل مي کند. چرخش روتور نيروي لازم جهت چرخش محور خروجي را تامين مي کند. همزمان با چرخش روتور در محفظه, اين قطعه, بادامک را در يک مسير دايروي به حرکت در مي آورد به قسمي که هر دور کامل روتور منجر به سه دور چرخش محور خروجي مي گردد.
همچنان که روتور درون محفظه حرکت مي کند, سه حجم جداگانه ايجاد شده توسط روتور، نيز تغيير مي کند. اين تغيير سايز فرآيند پمپ کردن را ايجاد مي کند. اجازه دهيد روي هر کدام از چهار فرآيند سيکل چهار زمانه بحث کنيم.
▪ مکش:
فاز مکش از زماني شروع مي شود که يکي از تيغه هاي روتور از روي پورت مکش عبور کند و پورت مکش در معرض محفظه سيلندر و روتور واقع شود, در اين لحظه حجم محفظه کمترين مقدار خود مي باشد. با حرکت روتور حجم محفظه منبسط شده و فرآيند مکش اتفاق مي افتد و در پي آن مخلوط سوخت و هوا به داخل محفظه کشيده مي شود. هنگامي که تيغه بعدي روتور از جلوي پورت ورودي مي گذرد محفظه بصورت کامل نشت بندي مي شود تا فرآيند تراکم آغاز گردد.
▪ تراکم:
با ادامه حرکت روتور درون محفظه, حجم محبوس شده سوخت و هوا کوچکتر و فشرده تر مي گردد. وقتي سطح روتور در اين حجم بطرف شمع مي چرخد حجم مربوطه به کمترين مقدار خود نزديک مي شود و اين درست هنگامي است که با جرقه شمع احتراق شروع مي گردد.
▪ احتراق:
حجم محفظه احتراق گسترده و طولاني است بنابراين سرعت پخش شعله تنها با وجود يک شمع بسيار کم است و احتراق ناقصي بدست مي دهد. از اين رو در اکثر موتورهاي دوراني از دو شمع در طول اين ناحيه استفاده مي شود. هنگامي که شمعها جرقه مي زنند مخلوط سوخت و هوا محترق شده و فشار بسيار بالايي را ايجاد مي کنند که باعث تداوم چرخش روتور مي گردد. فشار احتراق، روتور را در جهت خودش وادار به حرکت مي کند و حجم ناحيه محترق شده، رفته رفته زياد مي شود. در اينجاست که فرآيند انبساط و در نتيجه توان توليد مي گردد تا جاييکه تيغه روتور به پورت خروجي برسد.
▪ تخليه:
هرگاه تيغه روتور از پورت خروجي عبور مي کند، گازهاي با فشار بالا رها شده و به سمت پورت خروجي جريان مي يابند. با ادامه حرکت روتور حجم محبوس فشرده مي گردد و گازهاي باقيمانده را به طرف پورت خروجي مي راند. وقتي اين حجم به کمترين مقدار خود نزديک مي شود، تيغه روتور در حال گذار از پورت ورودي است و در اين زمان سيکل جديد شروع مي گردد.
يک مورد بسيار جالب در رابطه با موتورهاي دوراني اينست که هر يک از سه سطح روتور هميشه در يک قسمت سيکل درگير است. به عبارتي بهتر در هر دور کامل روتور، سه بار احتراق خواهيم داشت. اما به ياد داشته باشيد که در هر دور کامل روتور محور خروجي سه دور مي چرخد و در نتيجه يک احتراق براي هر دور محور خروجي.
● تفاوتها با موتور معمولي:
چند مورد زير، موتورهاي دوراني را از موتورهاي پيستوني متمايز مي کند.
▪ قطعات متحرک کمتر:
موتورهاي دوراني در مقايسه با موتورهاي چهار زمانه پيستوني قطعات متحرک کمتري دارند. يک موتور دوراني دو روتوره سه قطعه متحرک اصلي دارد: دو روتور و محور خروجي. اين در حاليست که ساده ترين موتورهاي پيستوني چهار سيلندر دست کم ۴۰ قطعه متحرک دارد: پيستونها، شاتونها، ميل لنگ، ميل بادامک، سوپاپها، فنر سوپاپها، اسبکها، تسمه تايمينگ و ... . کم بودن قطعات متحرک مي تواند دليلي بر قابليت اعتماد و اعتبار موتورهاي دوراني باشد و به همين دليل است که کارخانه هاي سازنده وسايل هوانوردي ( هواپيما و کايت هاي با موتور احتراق داخلي) موتورهاي دوراني را به موتورهاي پيستوني ترجيح مي دهند.
▪ کارکرد نرم و بدون لرزه:
تمام قطعات موتور دوراني بطور پيوسته در حال چرخش آن هم در يک جهت مي باشد که در مقايسه با تغيير جهت شديد قطعات متحرک در موتورهاي پيستوني از ارجحيت خاصي برخوردار است.موتورهاي دوراني بدليل تقارن خاص قطعات گردنده داراي بالانس داخلي است که هرگونه ارتعاشي را از بين مي برد. همچنين انتقال قدرت در موتورهاي دوراني نيز نرم تر است ؛ زيرا هر احتراق در طول ۹۰ درجه چرخش روتور حاصل مي شود. از آنجاييکه چرخش محور خروجي سه برابر چرخش روتور است پس هر احتراق در طول ۲۷۰ درجه چرخش محورخروجي حاصل مي گردد.اين يعني يک موتور تک روتوره در سه ربع گردش محورخروجي خود قدرت انتقال مي دهد؛ در مقايسه با موتور تک سيلندر پيستوني که احتراق در طول ۱۸۰ درجه از دو دور گردش ميل لنگ يا يک ربع گردش محور خروجي آن رخ مي دهد.
▪ آهسته تر:
از آنجاييکه گردش روتور يک سوم گردش محور خروجي آن است, قطعات اصلي موتور آهسته تر از قطعات موتورهاي پيستوني حرکت مي کنند. که اين موضوع قابليت اطمينان به اين موتور را بالا مي برد.
● چالشها در طراحي موتورهاي دوراني:
نوعاً ساخت موتورهاي دوراني که بتواند استانداردهاي آلودگي را پوشش دهد بسيار مشکل است. ( اما نه امکان ناپذير)
هزينه ساخت آنها معمولاً بالاتر از موتورهاي رايج پيستوني است؛ بيشتر به اين دليل که تيراژ توليد آنها نسبت به موتورهاي پيستوني پايينتر است.
نوعاً مصرف سوخت اين گونه موتورها بالاتر از مصرف سوخت موتورهاي پيستوني است زيرا مشکل کشيده و طولاني بودن محفظه احتراق و نسبت تراکم پايين اين موتورها راندمان ترموديناميکي آنها را محدود مي کند

امروزه بر روي اينترنت صدها ميليون صفحه حاوي اطلاعات وجود دارد. کاربران اينترنت با آگاهي از آدرس يک سايت ، قادر به اتصال به سايت مورد نظر و استفاده از ...

هر موتور خودرو ديزلي و بنزيني به عنوان يک موتور چهار زمانه رفت و برگشتي احتراق داخلي طبقه بندي مي شود . اين سومين نمونه از موتور هاي رفت و برگشتي است ...

عمليات سيکل هاي مختلف بيشتر موتورهاي احتراق داخلي فعلي، داراي يک طرح رايج است به اين صورت که انفجار در يک سيلندر پس از تراکم انجام مي شود. نتيجه ان اس ...

مقدمه موتور استرلينگ موتورهاي گرما- کاري هستند که حرارت را تبديل به جنبش مي کنند و نسبت به موتور بنزيني و ديزلي کارآيي بيشتري دارند. امروزه چنين موتور ...

موتور هاي چند فاز موتورهاي چند فازه موتورهاي متناوبي هستند که به صورت دو يا سه فاز کار مي کنند . هر دو از لحاظ ساختماني مشابه بوده و فقط اتصال داخلي ک ...

يکي از بهترين تعريف هايي که از مهندسي برق شده است, اين است که محور اصلي فعاليت هاي مهندسي برق, تبديل يک سيگنال به سيگنال ديگر است که البته اين سيگنال ...

موتورهاي دوراني (وانکل) زير مجموعه موتورهاي احتراق داخلي مي باشند. اما شيوه کار آنها با موتورهاي رايج پيستوني کاملاً متفاوت است. در موتورهاي پيستوني ي ...

- پمپهاي هيدروليکي با توجه به نفوذ روز افزون سيستم هاي هيدروليکي در صنايع مختلف وجود پمپ هايي با توان و فشار هاي مختلف بيش از پيش مورد نياز است . پ ...

دانلود نسخه PDF - موتورهاي دوراني