موتور Wankel: دستگاه، اصل کار

2024 نویسنده: Erin Ralphs | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-02-19 14:59

موتور احتراق داخلی اختراع درخشان بشر است. به لطف موتور احتراق داخلی، پیشرفت فنی به طور قابل توجهی شروع به توسعه کرد. انواع مختلفی از این تنظیمات وجود دارد. اما معروف ترین آنها شاتون و پیستون و پیستون دوار هستند. دومی توسط مهندس آلمانی وانکل با همکاری والتر فروید اختراع شد. این واحد قدرت در مقایسه با موتور احتراق داخلی شاتون پیستون کلاسیک، دستگاه و اصل کار متفاوتی دارد. اصل کارکرد موتور وانکل چیست و چرا این موتور احتراق داخلی تا این حد محبوب نشده است؟ همه اینها را در مقاله امروز خود در نظر خواهیم گرفت.

ویژگی

خب، این موتور چیست؟ این یک موتور احتراق داخلی است که توسط فلیکس وانکل در سال 1957 ساخته شد. عملکرد پیستون در این واحد توسط روتور سه رأس انجام می شد. درون یک حفره با شکل خاص چرخید.

پس از تعدادی مدل آزمایشی موتورسیکلت و اتومبیل که در دهه 70 قرن گذشته رخ داد، تقاضا برای موتور وانکل به میزان قابل توجهی کاهش یافته است. اگرچه امروزه تعدادی از شرکت ها هنوز در حال کار هستندبهبود این موتور بنابراین، شما می توانید موتور Wankel را در سری مزدا PX ملاقات کنید. همچنین این واحد در مدلسازی کاربرد خود را پیدا کرده است.

دستگاه موتور Wankel

این پاوریونیت از چندین جزء تشکیل شده است:

• موارد (استاتور).
• محفظه های احتراق.
• درگاه ورودی و خروجی.
• دنده ثابت.
• چرخ دنده.
• روتور.
• Vala.
• شمع.

اصل کار موتور وانکل چیست؟ ما به این موضوع در زیر نگاه خواهیم کرد.

اصل کار

این ICE به شرح زیر عمل می کند. روتور، که از طریق یاتاقان ها بر روی یک محور غیرعادی نصب شده است، توسط نیروی فشار گاز، که در نتیجه احتراق مخلوط هوا و سوخت ایجاد شده است، هدایت می شود. روتور موتور نسبت به استاتور از طریق یک جفت چرخ دنده. یکی از آنها (بزرگ) در سطح داخلی روتور قرار دارد. دومی (تکیه کننده) کوچکتر است و محکم به پوشش جانبی موتور متصل است. از طریق تعامل چرخ دنده ها، روتور حرکات دایره ای غیرعادی ایجاد می کند. بنابراین، لبه های آن با سطح داخلی محفظه احتراق در تماس هستند.

در نتیجه، چندین محفظه جدا شده با حجم متغیر بین محفظه موتور و روتور تشکیل می شود. تعداد آنها همیشه 3 است. در این محفظه ها فرآیند فشرده سازی مخلوط، احتراق آن، انبساط گازها (که متعاقباً به سطح کار روتور فشار می آورد) و حذف آنها انجام می شود. در نتیجهبا احتراق سوخت، روتور رانده می شود و گشتاور را به شفت خارج از مرکز منتقل می کند. دومی روی بلبرینگ ها نصب می شود و سپس نیرو را به واحدهای انتقال انتقال می دهد. و تنها پس از آن لحظه نیروهای موتور وانکل طبق طرح کلاسیک به چرخ ها می رود - از طریق یک درایو کاردان و شفت های محور به هاب ها. بنابراین، چندین جفت مکانیکی به طور همزمان در یک موتور دوار کار می کنند. اولی مسئول حرکت روتور است و از چندین چرخ دنده تشکیل شده است. د دوم حرکت روتور را به چرخش های شفت خارج از مرکز تبدیل می کند.

نسبت دنده استاتور (محله) و چرخ دنده ها همیشه ثابت است و 3:2 است. بنابراین، روتور برای چرخش کامل شفت 120 درجه زمان دارد تا بچرخد. به نوبه خود، برای چرخش کامل روتور، یک چرخه چهار زمانه کارکرد موتور احتراق داخلی در هر یک از سه محفظه تشکیل شده توسط وجه ها انجام می شود.

مزایا

مزایای این موتور احتراق داخلی چیست؟ موتور پیستونی دوار وانکل طراحی ساده تری نسبت به موتور میله پیستونی دارد. بنابراین، تعداد قطعات موجود در آن 40 درصد کمتر از یک موتور احتراق داخلی چهار زمانه پیستونی است. اما هنوز هم نمی توان با دستان خود موتور وانکل را بدون تجهیزات پیچیده ایجاد کرد. از این گذشته، روتور شکل بسیار پیچیده ای دارد. کسانی که سعی کرده اند با دستان خود یک موتور وانکل خانگی بسازند، دچار شکست های متعددی شده اند.

اما بیایید به مزایای آن ادامه دهیم. در طراحی واحد دوار هیچ میل لنگ، مکانیزم توزیع گاز وجود ندارد. همچنین هیچ شاتون وپیستون ها مخلوط قابل احتراق از طریق پنجره ورودی که توسط لبه روتور باز می شود وارد محفظه می شود. و گازهای خروجی اگزوز در پایان چرخه کاری از طریق درگاه اگزوز از بدن خارج می شود. باز هم نقش شیر در اینجا توسط لبه خود روتور انجام می شود. همچنین، هیچ میل بادامک در طراحی وجود ندارد (که اکنون چندین مورد در واحدهای شاتون استفاده می شود). موتور پیستونی دوار وانکل از نظر اصل عملکرد مکانیزم توزیع گاز مشابه موتور دو زمانه است.

به طور جداگانه، قابل ذکر است سیستم روغن کاری. در واقع در موتور چرخشی وانکل وجود ندارد. اما جفت های اصطکاکی چگونه کار می کنند؟ ساده است: روغن به خود مخلوط قابل احتراق اضافه می شود (مانند موتورهای اولیه موتور سیکلت). بنابراین، روغن کاری قطعات مالشی توسط خود مخلوط هوا و سوخت انجام می شود. این طرح فاقد پمپ روغن آشنا برای همه است، که روان کننده را از حوضچه برداشته و تحت فشار خاصی اسپری می کند.

یکی دیگر از مزایای موتور وانکل وزن و اندازه سبک آن است. از آنجایی که تقریباً نیمی از قطعاتی که در موتورهای پیستونی اجباری هستند در اینجا از دست رفته اند، واحد چرخشی جمع و جورتر است و می تواند در هر محفظه موتور قرار گیرد. ابعاد جمع و جور به شما امکان می دهد از فضای محفظه موتور به طور منطقی تر استفاده کنید و همچنین بار یکنواخت تری را در محورهای جلو و عقب ایجاد کنید (در نهایت در اتومبیل هایی با موتورهای معمولی بیش از 70 درصد بار روی جلو می افتد. بخش). و به دلیل وزن کم، پایداری بالایی حاصل می شود. بله موتور دارهحداقل سطح ارتعاش که تأثیر مثبتی بر راحتی دستگاه دارد.

مزیت بعدی این واحد قدرت ویژه بالایی است که در سرعت های شفت بالا به دست می آید. این ویژگی به شما اجازه می دهد تا به ویژگی های فنی خوبی برسید. به همین دلیل است که موتور وانکل در خودروهای اسپرت مزدا استفاده می شود. موتور به راحتی تا هفت هزار دور یا بیشتر می چرخد. در عین حال، گشتاور و قدرت بسیار بیشتری را در حجم کم ارائه می دهد. همه اینها تأثیر مثبتی بر پویایی شتاب خودرو دارد. به عنوان مثال، می توانید ماشین "مزدا RX-8" را بگیرید. این موتور با حجم 1.3 لیتر 210 اسب بخار قدرت تولید می کند.

ایرادات طراحی

با توجه به دستگاه و اصل عملکرد موتور دوار وانکل، شایان ذکر است که نقص اصلی طراحی است. این راندمان کم درزگیرهای شکاف بین محفظه احتراق و روتور است. دومی شکل نسبتاً پیچیده ای دارد که نه تنها در امتداد لبه ها (که در مجموع چهار عدد وجود دارد) بلکه در امتداد سطح جانبی (که با پوشش موتور در تماس است) نیز به آب بندی قابل اعتماد نیاز دارد. در عین حال، آنها به شکل نوارهای فنری فولادی با پردازش بسیار دقیق هم از انتها و هم از سطوح کار ساخته می شوند. تمام مواردی که برای انبساط در طول گرمایش گنجانده شده است، این ویژگی ها را کاهش می دهد. به همین دلیل، جلوگیری از نفوذ گازها در مکان های انتهایی صفحات آب بندی غیرممکن است. در موتورهای پیستونی، اثر لابیرنت اعمال می شود. بنابراین، طراحی از سه حلقه آب بندی با شکاف در جهات مختلف استفاده می کند.

اما شایان ذکر است که در سالهای اخیر کیفیت مهرها افزایش یافته است. طراحان موتور Wankel را با استفاده از مواد جدید برای مهر و موم بهبود داده اند. اما با این حال، پیشرفت گاز ضعیف ترین نقطه در یک موتور احتراق داخلی دوار در نظر گرفته می شود.

مصرف روغن

همانطور که قبلاً گفتیم، هیچ سیستم روانکاری در این موتور وجود ندارد. با توجه به اینکه روغن همراه با مخلوط قابل احتراق وارد می شود، مصرف آن به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. و اگر در موتورهای شاتون اتلاف طبیعی روان کننده حذف شود یا بیش از 100 گرم در 100 کیلومتر نباشد، در موتورهای دوار این پارامتر از 0.4 تا 1 لیتر در هزار کیلومتر متغیر است. این به این دلیل است که سیستم آب بندی پیچیده نیاز به روانکاری مؤثرتری دارد. همچنین به دلیل مصرف بالای روغن، این موتورها نمی توانند استانداردهای زیست محیطی روز را رعایت کنند. گازهای خروجی خودروهای دارای موتور وانکل حاوی بسیاری از مواد مضر برای بدن و محیط زیست است.

علاوه بر این، موتور دوار فقط با روغن های با کیفیت و گران قیمت کار می کرد. این به چندین عامل مربوط می شود:

• تمایل تماس قطعات محفظه موتور و روتور به سایش زیاد.
• تمایل جفت های اصطکاک به گرم شدن بیش از حد.

مشکلات دیگر

تغییر نامنظم روغن باعث کاهش عمر موتور احتراق داخلی می شود، زیرا ذرات روان کننده قدیمی به عنوان یک ماده ساینده عمل می کند و شکاف ها و احتمال نفوذ گازهای خروجی را در محفظه افزایش می دهد. این دستگاه همچنین در هنگام گرم شدن بیش از حد گوه می شود. و هنگام رانندگی در هوای سرد،خنک کردن ممکن است بیش از حد بوده باشد.

خود RPD دمای کاری بالاتری نسبت به هر موتور پیستونی دارد. محفظه احتراق بیشترین بار را دارد. حجم کمی دارد و به دلیل شکل کشیده، محفظه مستعد انفجار است. علاوه بر روغن، موتور وانکل در مورد کیفیت شمع ها نیز مطالبه می کند. آنها به صورت جفت نصب می شوند و طبق مقررات فنی کاملاً تغییر می کنند. از جمله نکات دیگر، قابل ذکر است که کشش ناکافی موتور دوار. بنابراین، این موتورهای احتراق داخلی می توانند ویژگی های سرعت و قدرت عالی را فقط در سرعت های روتور بالا - از 6 تا 10 یا بیشتر هزار در دقیقه تولید کنند. این ویژگی طراحان را مجبور می‌کند طراحی گیربکس‌ها را اصلاح کنند و آنها را چند مرحله‌ای کند.

مزیت دیگر مصرف سوخت بالا است. به عنوان مثال، اگر یک موتور پیستونی دوار 1.3 لیتری مزدا RX-8 را انتخاب کنید، طبق اطلاعات پاسپورت، 14 تا 18 لیتر سوخت مصرف می کند. علاوه بر این، فقط بنزین با اکتان بالا برای استفاده توصیه می شود.

درباره کاربرد RPD در صنعت خودرو

این موتور در اواخر دهه 60 و اوایل دهه 70 قرن گذشته محبوب ترین بود. پتنت Wankel RPD توسط 11 خودروساز برجسته به دست آمده است. بنابراین، در سال 67، NSU اولین خودروی کلاس تجاری با موتور چرخشی را توسعه داد که NSU RO 80 نام داشت. این مدل به مدت 10 سال به تولید انبوه رسید. در مجموع بیش از 37 هزار نسخه منتشر شد. این خودرو محبوب بود، اما کاستی های موتور چرخشی در نهایت اعتبار این خودرو را خدشه دار کرد. در پس زمینه دیگرانمدل های NSU، سدان NSU RO 80 غیرقابل اعتمادترین بود. مسافت پیموده شده قبل از اورهال فقط 50 هزار با 100 اعلام شده بود.

همچنین، شرکت پژو-سیتروئن، شرکت مزدا و کارخانه VAZ با موتورهای دوار آزمایش کردند (در زیر به طور جداگانه در مورد این مورد صحبت خواهیم کرد). ژاپنی ها با عرضه یک خودروی سواری با موتور چرخشی در سال 63 به بزرگترین موفقیت دست یافتند. در حال حاضر، ژاپنی ها همچنان در حال تجهیز RPD در خودروهای اسپرت سری RX خود هستند. تا به امروز، آنها از بسیاری از "بیماری های دوران کودکی" که در RAP آن زمان ذاتی بودند، عاری هستند.

Wankel RPD و صنعت موتور سیکلت

در دهه های 70 و 80 قرن گذشته، برخی از تولیدکنندگان موتورسیکلت موتورهای چرخشی را آزمایش کردند. اینها هرکول و سوزوکی هستند. اکنون تولید انبوه موتور سیکلت های چرخشی تنها در نورتون ایجاد شده است. این برند دوچرخه های اسپرت NRV588 مجهز به موتورهای دو روتور را با حجم کل 588 سانتی متر مکعب تولید می کند. قدرت دوچرخه نورتون 170 اسب بخار است. این موتورسیکلت با وزن 130 کیلوگرمی عملکرد دینامیکی بسیار خوبی دارد. علاوه بر این، این RPD ها به یک سیستم تزریق سوخت الکترونیکی و یک لوله مکش متغیر مجهز هستند.

حقایق جالب

این نیروگاه ها به طور گسترده در بین مدل سازان هواپیما استفاده می شود. از آنجایی که هیچ الزامی برای کارایی و قابلیت اطمینان در مدل موتور احتراق داخلی وجود ندارد، تولید چنین موتورهایی ارزان بود. در چنین موتورهای احتراق داخلی، اصلاً مهر و موم روتور وجود ندارد یا ابتدایی ترین طراحی را دارند. مزیت اصلی این استواحد مدل هواپیما این است که نصب آن در مدل مقیاس پرنده آسان است. ICE سبک و فشرده است.

یک واقعیت دیگر: فلیکس وانکل، با دریافت حق ثبت اختراع برای RPD در سال 1936، مخترع نه تنها موتورهای دوار، بلکه کمپرسورها و همچنین پمپ هایی شد که طبق همان طرح کار می کردند. چنین واحدهایی را می توان در تعمیرگاه ها و در تولید یافت. ضمناً پمپ باد لاستیک های برقی قابل حمل دقیقاً بر اساس این اصل طراحی شده اند.

خودروهای RPD و VAZ

در زمان اتحاد جماهیر شوروی، آنها همچنین مشغول ایجاد یک موتور پیستونی دوار و نصب آن بر روی خودروهای داخلی VAZ بودند. بنابراین ، اولین RPD در اتحاد جماهیر شوروی موتور VAZ-311 با ظرفیت 70 اسب بخار بود. این بر اساس واحد ژاپنی 13 ولت ایجاد شد. اما از آنجایی که ساخت موتور طبق برنامه ریزی های غیرواقعی انجام شد، این واحد پس از تولید انبوه غیر قابل اعتماد بود. اولین خودرو با این موتور VAZ-21018 بود.

اما داستان نصب موتور وانکل روی VAZ به همین جا ختم نمی شود. دومین مورد متوالی واحد قدرت VAZ-415 بود که در دهه 80 در دسته های کوچک G8 مورد استفاده قرار گرفت. این نیروگاه از مشخصات فنی بهتری برخوردار بود. قدرت با حجم 1308 سانتی متر مکعب به 150 اسب بخار افزایش یافت. به لطف این، VAZ-2108 شوروی با موتور چرخشی در 9 ثانیه به صدها شتاب رسید. و حداکثر سرعت به 190 کیلومتر در ساعت محدود شد. اما این موتور بدون نقص نبود. به ویژه، این یک منبع کوچک است. او به سختی به 80 هزار رسیدکیلومتر همچنین در میان معایب، باید به هزینه بالای ایجاد چنین خودرو اشاره کرد. مصرف روغن برای هر هزار کیلومتر 700 گرم بود. مصرف سوخت حدود 20 لیتر در صد است. بنابراین، واحد چرخشی تنها در وسایل نقلیه خدمات ویژه، در دسته‌های کوچک مورد استفاده قرار گرفت.

نتیجه گیری

بنابراین ما فهمیدیم که موتور Wankel چیست. این واحد چرخشی اکنون به صورت سری فقط در خودروهای مزدا و فقط در یک مدل استفاده می شود. علیرغم پیشرفت‌ها و تلاش‌های متعدد مهندسان ژاپنی برای بهبود طراحی RPD، هنوز منبع نسبتاً کمی دارد و با مصرف بالای روغن مشخص می‌شود. همچنین مزداهای 1.3 لیتری جدید تفاوتی در مصرف سوخت ندارند. تمام این کاستی‌های موتور دوار باعث می‌شود که آن را غیرعملی و کم استفاده در صنعت خودروسازی کنیم.