موتور وانکل - دستگاه و اصل عملکرد ماشین RPD
مقدار
در طول تاریخ صنعت خودرو ، راه حل های پیشرفته بسیاری وجود داشته است ، طراحی قطعات و مجموعه ها تغییر کرده است. بیش از 30 سال پیش ، تلاش های فعال باعث شد تا موتور پیستون به پهلو منتقل شود و این مزیت را به موتور پیستونی دوار وانکل می دهد. اما به دلیل شرایط بسیار زیاد ، موتورهای دوار حق حیات خود را دریافت نکردند. در زیر همه این موارد را بخوانید.
اصل عمل
روتور دارای یک شکل مثلثی است ، در هر طرف آن یک شکل محدب دارد که به عنوان یک پیستون عمل می کند. هر طرف روتور شیارهای خاصی دارد که فضای بیشتری برای مخلوط سوخت و هوا فراهم می کند و در نتیجه سرعت کارکرد موتور را افزایش می دهد. بالای لبه ها مجهز به یک سرپیچ آب بندی کوچک است که اجرای هر ضرب را تسهیل می کند. روتور از هر دو طرف به حلقه های آب بندی مجهز شده است که دیواره محفظه ها را تشکیل می دهد. وسط روتور مجهز به دندانه است که به کمک آن مکانیزم می چرخد.
اصل کارکرد موتور وانکل کاملاً متفاوت از نمونه کلاسیک است ، اما آنها با یک فرآیند واحد متشکل از 4 حرکت (اگزوز). سوخت وارد محفظه شکل گرفته اول می شود ، در اتاق دوم فشرده می شود ، سپس روتور می چرخد و مخلوط فشرده شده توسط شمع مشتعل می شود ، پس از اینکه مخلوط کار می کند روتور را چرخانده و به منیفولد اگزوز خارج می شود. اصل اصلی متمایز این است که در یک موتور پیستونی دوار ، محفظه کار ایستا نیست ، بلکه با حرکت روتور تشکیل می شود.
دستگاه
قبل از درک دستگاه ، باید اجزای اصلی موتور پیستونی دوار را بشناسید. موتور وانکل شامل موارد زیر است:
- مسکن استاتور؛
- روتور
- مجموعه ای از چرخ دنده ها؛
- شافت غیر عادی؛
- شمع (جرقه زدن و پس از سوختن).
موتور دوار یک واحد احتراق داخلی است. در این موتور ، هر 4 حرکت کار به طور کامل اتفاق می افتد ، با این حال ، برای هر فاز ، محفظه مخصوص به خود را دارد که توسط روتور با حرکت چرخشی تشکیل می شود.
با روشن شدن جرقه ، استارتر چرخ دنده را چرخانده و موتور روشن می شود. با چرخش ، روتور از طریق تاج دنده ، گشتاور را به شافت خارج از مرکز منتقل می کند (برای موتور پیستونی ، این یک میل بادامک است).
نتیجه کار موتور وانکل باید تشکیل فشار مخلوط کارگر باشد ، و باعث شود حرکات چرخشی روتور بارها و بارها تکرار شود و گشتاور را به سیستم انتقال قدرت منتقل کند.
در این موتور ، سیلندرها ، پیستون ها ، میل لنگ با میله های اتصال ، کل محفظه استاتور را با یک روتور جایگزین می کنند. به لطف این ، حجم موتور به میزان قابل توجهی کاهش می یابد ، در حالی که قدرت چندین برابر بیشتر از یک موتور کلاسیک با مکانیزم لنگ ، با همان حجم است. این طرح دارای جعبه دنده بالا نیز به دلیل تلفات اصطکاک کم است.
ضمناً ، سرعت کارکرد موتور می تواند از 7000 دور در دقیقه باشد ، در حالی که موتورهای مزدا وانکل (برای مسابقات ورزشی) دارای دورهایی بیش از 10000 دور در دقیقه هستند.
طرح
یکی از مزیت های اصلی این دستگاه جمع و جور بودن و وزن سبک تر آن نسبت به موتورهای کلاسیک هم اندازه است. طرح به شما امکان می دهد مرکز ثقل را به میزان قابل توجهی کاهش دهید و این به طور مطلوب بر ثبات و وضوح کنترل تأثیر می گذارد. هواپیماهای کوچک، خودروهای اسپرت و وسایل نقلیه موتوری از این مزیت استفاده کرده و هنوز هم استفاده می کنند.
داستان
تاریخچه پیدایش و گسترش موتور وانکل به شما این امکان را می دهد تا بهتر بفهمید که چرا این موتور بهترین موتور در زمان خود بوده و چرا امروز از کار افتاده است.
تحولات اولیه
در سال 1951، شرکت آلمانی NSU Motorenwerke دو موتور را توسعه داد: اولی - توسط Felix Wankel، با نام DKM، و دوم - KKM Hans Paschke (بر اساس توسعه Wankel).
اساس کار واحد وانکل چرخش جداگانه بدنه و روتور بود که به دلیل آن چرخشهای عملیاتی به 17000 در دقیقه می رسید. ناراحتی این بود که موتور باید جدا شود تا شمع ها را تعویض کند. اما موتور KKM بدنه ای ثابت داشت و طراحی آن بسیار ساده تر از نمونه اصلی بود.
مجوزهای صادر شده
در سال 1960 ، NSU Motorenwerke توافق نامه ای را با شرکت تولید کننده آمریکایی Curtiss-Wright Corporation امضا کرد. این قرارداد برای مهندسان آلمانی متمرکز بر توسعه موتورهای کوچک پیستونی دوار برای وسایل نقلیه سبک بود ، در حالی که کورتیس-رایت آمریکایی درگیر توسعه موتورهای هواپیما بود. مهندس مکانیک آلمانی ماکس بنتله نیز به عنوان طراح استخدام شد.
اکثریت قریب به اتفاق خودروسازان جهانی از جمله سیتروئن ، پورشه ، فورد ، نیسان ، جنرال موتورز ، مزدا و بسیاری دیگر. در سال 1959 ، شرکت آمریکایی نسخه پیشرفته موتور Wankel را معرفی کرد و یک سال بعد رولز رویس انگلیسی موتور پیستونی دوار دیزلی دو مرحله ای خود را نشان داد.
در همین حال ، برخی از خودروسازان اروپایی شروع به تجهیز خودروها به موتورهای جدید کردند ، اما همه آنها کاربرد خود را پیدا نکردند: GM رد کرد ، سیتروئن بر توسعه موتور با پیستون های ضد هواپیما متمرکز شد و مرسدس بنز یک موتور پیستونی دوار نصب کرد در مدل آزمایشی C 111.
در سال 1961 ، در اتحاد جماهیر شوروی ، NAMI ، همراه با سایر مutesسسات تحقیقاتی ، توسعه موتور وانکل را آغاز کردند. گزینه های زیادی طراحی شده است ، یکی از آنها کاربرد خود را در ماشین VAZ-2105 برای KGB پیدا کرد. تعداد دقیق موتورهای مونتاژ شده ناشناخته است ، اما از چند ده موتور بیشتر نیست.
به هر حال، سال ها بعد، تنها شرکت خودروسازی مزدا واقعاً کاربرد موتور پیستونی دوار را پیدا کرد. نمونه بارز این مدل RX-8 است.
پیشرفت های موتورسیکلت
در انگلیس ، تولیدکننده موتورسیکلت ، نورتون موتورسیکلت ، موتور پیستونی دوار خنک با هوا ساکس را برای وسایل نقلیه موتوری تولید کرده است. با مطالعه در مورد موتور سیکلت Hercules W-2000 می توانید در مورد پیشرفت بیشتر بدانید.
سوزوکی کنار نیامد و موتورسیکلت خود را نیز آزاد کرد. با این حال ، مهندسان با دقت طراحی موتور را مورد استفاده قرار دادند ، از آهن آلیاژ استفاده کردند ، که به طور قابل توجهی قابلیت اطمینان و عمر مفید واحد را افزایش داد.
تحولات خودروها
با امضای قرارداد تحقیقاتی بین مزدا و NSU ، شرکت ها برای قهرمانی در تولید اولین خودرو با واحد Wankel رقابت کردند. در نتیجه ، در سال 1964 ، NSU اولین اتومبیل خود ، NSU Spider را ارائه داد ، در پاسخ ، مزدا نمونه اولیه موتورهای 2 و 4 روتور را ارائه داد. پس از 3 سال ، NSU Motorenwerke مدل Ro 80 را منتشر کرد ، اما به دلیل خرابی های متعدد در زمینه طراحی ناقص ، نظرات منفی زیادی دریافت کرد. این مشکل تا سال 1972 حل نشد و شرکت پس از 7 سال جذب آئودی شد و موتورهای Wankel قبلاً بدنام شده بودند.
تولیدکننده ژاپنی مزدا اعلام کرد که مهندسان آنها مشکل آب بندی قسمت فوقانی (برای محکم بودن بین محفظه ها) را حل کرده اند ، آنها شروع به استفاده از موتورها نه تنها در اتومبیل های اسپرت ، بلکه در وسایل نقلیه تجاری نیز کردند. به هر حال ، دارندگان اتومبیل های مزدا با یک موتور دوار ، به پاسخگویی بالای گاز و کشش موتور اشاره کردند.
بعداً مزدا معرفی گسترده موتور پیشرفته را کنار گذاشت و آن را فقط در مدل های RX-7 و RX-8 نصب کرد. برای RX-8 ، موتور Renesis طراحی شده است ، که از بسیاری جهات بهبود یافته است ، یعنی:
- دریچه های خروجی اگزوز برای بهبود ضربه ، که به طور قابل توجهی قدرت را افزایش می دهد.
- برخی از قطعات سرامیکی را برای جلوگیری از تحریف حرارتی اضافه کرده است.
- سیستم مدیریت موتور الکترونیکی خوب فکر شده.
- وجود دو شمع (اصلی و برای پس سوز) ؛
- افزودن ژاکت آب برای از بین بردن رسوبات کربن در دهانه خروجی.
در نتیجه یک موتور جمع و جور با حجم 1.3 لیتر و توان خروجی حدود 231 اسب بخار به دست آمد.
مزایا
مزایای اصلی موتور پیستونی دوار:
- وزن و ابعاد کم آن ، که مستقیماً بر اساس طراحی خودرو تأثیر می گذارد. این فاکتور هنگام طراحی یک ماشین اسپرت با مرکز ثقل کم اهمیت دارد.
- جزئیات کمتر این نه تنها به شما امکان می دهد تا هزینه های نگهداری موتور را کاهش دهید ، بلکه همچنین می توانید تلفات برق را برای حرکت یا چرخش قطعات مرتبط کاهش دهید. این عامل به طور مستقیم بر راندمان بالا تأثیر می گذارد.
- با همان حجم موتور پیستونی کلاسیک ، قدرت یک موتور پیستونی دوار 2-3 برابر بیشتر است.
- صافی و کشش کار ، عدم وجود ارتعاشات ملموس به دلیل عدم وجود حرکت رفت و برگشتی واحدهای اصلی.
- موتور را می توان از بنزین با اکتان کم تأمین کرد.
- دامنه سرعت عملیاتی گسترده امکان استفاده از گیربکس با دنده های کوتاه تر را فراهم می کند که برای شرایط شهری بسیار مناسب است.
- "قفسه" گشتاور برای یک چرخه فراهم شده است ، و نه برای یک چهارم ، مانند موتور اوتو.
- روغن موتور عملاً آلوده نیست ، فاصله تخلیه چندین برابر بیشتر است. در اینجا ، روغن تحت احتراق نیست ، مانند موتورهای پیستونی ، این فرآیند از طریق حلقه ها اتفاق می افتد.
- هیچ منفجر کننده ای وجود ندارد.
به هر حال ، ثابت شده است که حتی اگر این موتور در آستانه یک منبع باشد ، روغن زیادی مصرف کند ، با فشرده سازی کم کار کند ، قدرت آن کمی کاهش می یابد. همین کرامت بود که من را به نصب موتور پیستون دوار در هواپیما رشوه داد.
در کنار مزایای چشمگیر ، معایبی نیز وجود دارد که مانع رسیدن موتور پیشرفته پیستونی دوار به توده ها می شود.
محدودیت ها
- روند احتراق به اندازه کافی کارآمد نیست ، به همین دلیل مصرف سوخت افزایش می یابد و استانداردهای سمیت خراب می شود. با وجود شمع دوم که مخلوط کار را می سوزاند مشکل تا حدی برطرف می شود.
- مصرف زیاد روغن این عیب با این واقعیت توضیح داده می شود که موتورهای وانکل بیش از حد روغن کاری می شوند و در بعضی مکان ها ، بعضی اوقات ، روغن می تواند بسوزد. در مناطق احتراق روغن اضافی وجود دارد و منجر به تجمع کربن می شود. آنها سعی کردند با نصب لوله های "گرما" که انتقال گرما را بهبود می بخشند و دمای روغن را در کل موتور برابر می کنند ، با این مشکل کنار بیایند.
- مشکل در تعمیر. همه متخصصان آماده مقابله حرفه ای با تعمیر موتور وانکل نیستند. از نظر ساختاری ، واحد پیچیده تر از یک موتور کلاسیک نیست ، اما تفاوت های ظریف زیادی وجود دارد که عدم رعایت آنها منجر به خرابی زود هنگام موتور می شود. به این کار هزینه بالای تعمیرات را اضافه می کنیم.
- منبع کم برای دارندگان مزدا RX-8 ، مسافت پیموده شده 80،000 کیلومتر به معنی زمان آن است که یک تعمیر اساسی انجام دهید. متأسفانه ، چنین جمع و جوری و کارایی بالا باید با تعمیرات گران و پیچیده هر 80-100 هزار کیلومتر پرداخت شود.
سوالات و پاسخ ها:
تفاوت بین موتور دوار و موتور پیستونی چیست؟ هیچ پیستونی در موتور دوار وجود ندارد، به این معنی که از حرکات رفت و برگشتی برای چرخاندن شفت موتور احتراق داخلی استفاده نمی شود - روتور بلافاصله در آن می چرخد.
موتور دوار در خودرو چیست؟ این یک واحد حرارتی است (به دلیل احتراق مخلوط هوا و سوخت کار می کند)، فقط از یک روتور چرخشی استفاده می کند که روی آن یک شفت ثابت شده است که به گیربکس می رود.
چرا موتور دوار اینقدر بد است؟ نقطه ضعف اصلی یک موتور دوار منبع کار بسیار کوچک به دلیل سایش سریع مهر و موم بین اتاقک های احتراق واحد است (زاویه کار دائما در حال تغییر است و دمای ثابت کاهش می یابد).
