موتور وانکل چیست و چگونه کار می کند؟

موتور وانکل

موتورها بیشترین استفاده را در سراسر جهان دارند. آنها به بخش مهمی از همه وسایل نقلیه تبدیل شده اند. موتورها با توجه به کاربردهای مختلف انواع مختلفی دارند. موتور وانکل یکی از معروف ترین انواع موتورهای احتراق داخلی است. برای تولید برق از روتور چرخشی استفاده می کند. این مقاله فروشگاه قطعات هیوندای وظیفه، انواع، قطعات و کاربردهای موتور وانکل را شرح می دهد.

موتور وانکل چیست؟

موتورهای وانکل نوعی موتور آی سی هستند که از حرکت چرخشی یک روتور مثلثی نصب شده در یک محفظه بیضوی برای تبدیل انرژی حرارتی سوخت به حرکت چرخشی استفاده می کنند. این موتورها کع به عنوان موتور دوار نیز شناخته می شوند زیرا دارای تمام قطعات چرخان هستند.

این نوع موتور فاقد اجزای رفت و برگشتی است. موتورهای دوار وانکل وزن کم و طراحی فشرده تری نسبت به موتورهای پیستونی دارند.

موتور وانکل به جای موتور پیستونی دارای روتور مثلثی است. این روتور در داخل محفظه می چرخد. این محفظه دارای طراحی بیضی شکل است. روتور دارای سه ضلع است که هر یک به عنوان یک پیستون در حول محفظه می چرخد.

هنگامی که روتور می چرخد، محفظه حجم های مختلفی از فضا تولید می کند که باعث فشرده شدن و انبساط مخلوط هوا و سوخت می شود.

موتور دوار وانکل نسبت به موتور پیستونی لرزش کمتر و گشتاور یکنواخت بیشتری تولید می کند.

موتورهای وانکل بیشتر در کاربردهای مختلف از جمله موتور سیکلت، خودرو و هوانوردی استفاده می شوند. با این حال، استفاده از این موتورها در سال های اخیر به دلیل مقررات سختگیرانه تر آلایندگی و نگرانی های زیست محیطی کاهش یافته است.

تاریخچه موتور وانکل

  • در سال 1924، فلیکس هاینریش وانکل یک آزمایشگاه کوچک ساخت و شروع به توسعه و تحقیق در مورد موتور رویایی خود کرد که می توانست بچرخد، بمکد، فشرده کند، بسوزد و اگزوز کند.
  • در سال 1951، NSU Motorenwerke AG توسعه موتور Wankel را آغاز کرد.
  • در سال 1957، مهندس فلیکس هاینریش وانکل اولین موتور چرخشی وانکل را به عنوان جایگزینی برای موتور رفت و برگشتی معمولی طراحی کرد.
  • مهندس Hanns Dieter Paschke دومین موتور KKM را با پیروی از برخی تغییرات تکنولوژیکی توسعه داد و فناوری موتور Wankel را بهبود بخشید.
  • موتور چرخشی وانکل برای اولین بار در کنفرانس اتحادیه مهندسین آلمان در مونیخ در سال 1960 در معرض دید متخصصان و مطبوعات قرار گرفت.
  • در دهه 1960، به دلیل سادگی، نسبت قدرت به وزن عالی، عملکرد روان و راندمان کاری بسیار بالای موتورهای دوار، آنها در صنعت خودرو و موتور سیکلت مورد توجه همه قرار گرفتند.
  • در آگوست 1967، NSU Motorenwerke AG تبلیغات قابل توجهی برای NSU Ro 80 بسیار جدید به دست آورد که دارای یک موتور وانکل 115 ساعته با دو روتور بود. این اولین خودروی آلمانی در سال 1968 بود که به عنوان “ماشین سال” انتخاب شد.
  • با توجه به ویژگی‌های عالی موتور وانکل، بسیاری از خودروسازان بزرگ (فورد، تویوتا، مرسدس بنز، پورشه، رولز رویس و مزدا) قراردادهای مجوز تولید موتور دوار وانکل را در یک دهه آینده امضا کردند.

طراحی موتور وانکل

یک موتور وانکل بر اساس اصل چرخه اتو کار می کند. برخلاف عملکرد متقابل یک موتور پیستونی، 4 حرکت موتور استاندارد Otto-cycle به صورت سری در اطراف یک روتور بیضوی در موتور وانکل سازماندهی شده است.

یک موتور وانکل دارای یک روتور و یک جعبه بیضوی منفرد به یک روتور مثلثی (سه ضلع Reuleaux) است که می چرخد و در جعبه حرکت می کند. طرف مهر و موم روتور به سه محفظه احتراق در طرف محفظه و گوشه های مهر و موم روتور در محیط جعبه اصلی متصل می شود.

با چرخش روتور، چرخش و شکل محفظه، روتور را به دیواره محفظه نزدیک‌تر می‌کند و محفظه احتراق موتور را در ضربات یک پیستون متقابل نزدیک‌تر و دورتر می‌کند. اما این موتورهای 4 زمانه پس از دو دور چرخش پیستون در داخل سیلندر یک سکته احتراق ایجاد می کنند.

محفظه های احتراق موتور وانکل در هر چرخش یک “سکته احتراق” ایجاد می کند. از آنجایی که شفت قدرت وانکل سه بار به دور روتور می‌چرخد، در هر چرخش شفت خروجی روتور یک «سکته» احتراق می‌شود، دو برابر موتور پیستونی چهار زمانه و معادل یک موتور سیکل دو زمانه است. .

موتور وانکل چگونه کار می کند؟

موتور دوار Wankel یک نوع معروف موتور احتراق داخلی است که بر اساس اصل اولیه چرخه اتو کار می کند. این موتور به روش زیر کار می کند:

  • مکش
  • فشرده سازی
  • احتراق
  • اگزوز

1) سکته مغزی مصرفی یا مکش:

همانطور که در نمودار بالا نشان داده شده است، همانطور که نوک روتور از درگاه ورودی عبور می کند، هوای تازه شروع به ورود به اولین سیلندر می کند.

سیلندر 1 به کشیدن هوای تازه ادامه می دهد تا اینکه نوک دوم روتور به درگاه ورودی برسد و آن را ببندد.

پس از این فرآیند، دریچه ورودی بسته می شود و مخلوط سوخت و هوای تازه برای فشرده سازی و احتراق در سیلندر اول محبوس می شود.

2) فشرده سازی:

پس از اتمام کورس مکش، سکته فشرده سازی مخلوط هوا و سوخت محبوس شده شروع می شود.

با شروع چرخش روتور، فاصله بین گوشه 1 تا گوشه 2 استوانه اول (همانطور که در نمودار بالا نشان داده شده است) کاهش می یابد به این دلیل که حجم مخلوط کاهش می یابد و فشرده سازی مخلوط رخ می دهد.

از آنجایی که مخلوط هوا و سوخت مطابق با الزامات فشرده می شود، برای فرآیند احتراق ارسال می شود.

3) احتراق:

همانطور که مخلوط سیلندر اول (بین 1 تا 2 گوشه) مطابق با نیاز فشرده می شود، یک شمع جرقه ای را به داخل سیلندر وارد می کند که مخلوط هوا و سوخت را مشتعل می کند.

به دلیل اشتعال، مخلوط به گازهای با دمای بالا و فشار تبدیل می شود. انرژی مخلوط احتراق، روتور را مجبور به حرکت به جلو می کند. این روند تا زمانی که گوشه اول از درگاه اگزوز عبور کند ادامه می یابد.

4) اگزوز:

هنگامی که گوشه 1 اگزوز یا درگاه تخلیه را لمس می کند، گازهای سوزاننده فشار بالا از موتور خارج می شود.

پس از تخلیه گازهای خروجی، درگاه اگزوز بسته می شود و دوباره کل چرخه تکرار می شود.

قطعات موتور دوار

یک موتور دوار ممکن است طراحی پیچیده ای داشته باشد، اما به اندازه یک موتور پیستونی دارای قطعات یا اجزای متحرک نیست. در زیر، ما به اجزای ضروری یک موتور دوار وانکل نگاه می کنیم تا به شما درک بهتری از نحوه کارکرد آن ها بدهد.

موتور دوار دارای قطعات اصلی زیر است:

  • روتور
  • شمع موتور
  • شفت خروجی
  • پوشش
  • درگاه های ورودی و خروجی

1) روتور

روتور یک قسمت مقعر مثلثی است که در صورت فشار دادن به محفظه موتور یک مهر و موم محکم ایجاد می کند. یک محفظه هوا یا ورودی هوا در هر طرف روتور وجود دارد که اجازه می دهد گاز بیشتری وارد محفظه شود. این ورودی ها یا جیب ها به طور موثری میزان جابجایی موتور وانکل را افزایش می دهند.

روتور روی چند چرخ دنده که به شفت متصل هستند می چرخد. این شفت در مرکز مسکن واقع شده است. چرخ دنده ها به لبه های روتور اجازه می دهند به گونه ای بچرخند که همیشه با محفظه تماس داشته باشند و سه کیسه احتراق جداگانه را حفظ کنند.

2) محفظه

محفظه یکی از مهم ترین قسمت های موتور وانکل است. به عنوان بدنه موتور نیز شناخته می شود. طراحی بیضوی محفظه به حداکثر رساندن جابجایی موتور در حین چرخش روتور کمک می کند. در طول چرخش روتور، لبه های روتور به طور مداوم با دیواره داخلی محفظه تماس دارند.

هنگامی که روتور در محفظه می چرخد، هر محفظه هوا از چهار قسمت چرخه احتراق عبور می کند:

  • مکش تا فشرده سازی
  • احتراق تا اگزوز

یک انژکتور سوخت و شمع جرقه مستقیماً از طریق دیواره محفظه وارد محفظه احتراق می شوند. گذرگاه‌های خارجی به مایع خنک‌کننده و روغن‌ها اجازه می‌دهند تا در سیستم جریان پیدا کنند تا دما و یکپارچگی قطعات چرخان موتور حفظ شود.

محفظه همچنین به عنوان محافظ برای قطعات داخلی موتور عمل می کند. قطعات داخلی را از هر نوع آسیب ناشی از سقوط هر بار خارجی بر روی موتور نجات می دهد.

3) شفت خروجی

شفت خروجی انرژی تولید شده در اثر فشرده سازی و احتراق را به سیستم انتقال انتقال می دهد تا چرخ خودرو را به حرکت درآورد. مجهز به یک لوب گرد است که روتور را لمس می کند و شفت را می چرخاند.

4) درگاه های ورودی و خروجی

درگاه ورودی اجازه می دهد تا مخلوط تازه وارد محفظه احتراق شود. گازهای خروجی اگزوز از طریق یک خروجی یا درگاه اگزوز خارج می شوند.

5) شمع

شمع بخشی از موتور است که برای انتقال جریان الکتریکی از سیستم احتراق به محفظه احتراق موتور SI برای سوزاندن مخلوط هوا و سوخت فشرده با جرقه الکتریکی استفاده می شود. دارای محفظه فلزی رزوه‌ای است که توسط یک عایق سرامیکی از الکترود مرکزی جدا می‌شود.

این دوشاخه به سیم پیچ احتراق متصل می شود که ولتاژ بالایی تولید می کند. هنگامی که جریان از سیم پیچ عبور می کند، ولتاژی بین الکترود جانبی و الکترود مرکزی ایجاد می شود.

وقتی ولتاژ از قدرت دی الکتریک گاز بیشتر شود، گاز یونیزه می شود. گاز یونیزه شده به عنوان رسانایی عمل می کند که به جریان اجازه می دهد از اتاق عبور کند.

چرا موتور وانکل اینقدر نادر است؟

امروزه موتورهای وانکل به دلایل اصلی زیر رایج نیستند:

  • راندمان حرارتی پایین
  • روغن سوزی
  • مهر و موم روتور
  • نرخ انتشار بالاتر
  • مصرف سوخت ضعیف

1) راندمان حرارتی پایین

محفظه احتراق موتور دوار وانکل شکلی طولانی و منحصر به فرد دارد. بنابراین نسبت به موتورهای رفت و برگشتی راندمان حرارتی پایینی دارد. این اغلب منجر به خروج سوخت نسوخته از لوله اگزوز می شود.

2) روغن سوزی

با توجه به طراحی، این موتورها روغن می سوزانند. منیفولد ورودی این موتور دارای squirters و همچنین انژکتوری است که روغن را مستقیماً به مشعل تزریق می کند. بنابراین، سوارکار باید به طور مرتب سطح روغن را برای روانکاری مناسب روتور بررسی کند. به همین دلیل چیزهای بد بیشتری از اگزوز خارج می شود. محیط چیزهای بد را دوست ندارد.

3) آب بندی روتور

آب بندی روتور موتور دوار زمانی که دمای اطراف روتور به شدت در نوسان است یک چالش است. این مشکل میزان انتشار موتور را نیز افزایش می دهد.

به خاطر داشته باشید که فرآیند مکش و سوختن همزمان اما در مکان های مختلف داخل محفظه موتور اتفاق می افتد. این نشان می دهد که بالای محفظه موتور دمای نسبتاً پایینی نسبت به پایین محفظه دارد.

4) نرخ انتشار بالا

موتورهای دوار وانکل به دلیل میزان آلایندگی بالا معروف نیستند. ترکیبی از چالش های آب بندی، احتراق ذاتی روغن، و احتراق ناکارآمد منجر به موتورهای غیررقابتی بر اساس استانداردهای مصرف سوخت فعلی یا آلایندگی می شود.

5) مصرف سوخت ضعیف

موتورهای وانکل نسبت به موتورهای رفت و برگشتی مصرف سوخت بالایی دارند. به دلیل مصرف زیاد سوخت، هزینه سوخت نیز افزایش می یابد.

مزایا و معایب موتورهای وامکل

موتور دوار وانکل دارای مزایا و معایب عمده زیر است:

مزایای موتورهای وانکل

  • این نوع موتورها طراحی ساده ای دارند.
  • یک موتور دوار فاقد سوپاپ برای کار است.
  • این موتورها به میل لنگ، پیستون، شاتون و غیره نیاز ندارند. حذف این اجزا باعث سبک شدن موتور وانکل می شود.
  • آنها توانایی سوزاندن سوخت با عدد اکتان بالا را بدون ضربه زدن دارند.
  • این موتورها مزایای ایمنی متعددی دارند که آنها را در هواپیما مفید می کند.
  • آنها قدرت خروجی بالایی نسبت به اندازه خود دارند. این باعث می‌شود که آن‌ها برای استفاده در موتورسیکلت، هواپیما و سایر کاربردهایی که وزن مهم‌ترین فاکتور است، مناسب‌تر باشند.
  • موتور وانکل مشکل کوبش ندارد. مشکلات ضربه به دلیل سوختن ناقص مخلوط هوا و سوخت رخ می دهد.
  • این موتورها نسبت قدرت به وزن بسیار بالاتری نسبت به موتورهای ستونی دارند.
  • موتورهای وانکل عملکرد نرم و بی صدا دارند.
  • یک موتور دوار Wankel نسبت دور در دقیقه بالاتری نسبت به موتورهای رفت و برگشتی دارد.
  • نسبت به موتورهای رفت و برگشتی قیمت کمتری دارند.
  • فشرده تر از موتورهای پیستونی با توان خروجی مشابه هستند.
  • موتورهای وانکل توانایی چرخش در دورهای بالا را دارند بدون اینکه فشار و سایش مشابه موتورهای رفت و برگشتی را تجربه کنند.
  • این موتورها در مقایسه با موتورهای رفت و برگشتی لرزش کمتری تولید می کنند که باعث می شود مسافران در وسایل نقلیه ای مانند قایق و هواپیما راحت تر باشند.

معایب موتورهای وانکل

  • نیروی گریز از مرکز، مهر و موم راس را بر روی سطح موتور بدنه ها مجبور می کند تا آب بندی محکمی ایجاد کند. در فعالیت بار سبک، ممکن است در صورت عدم تعادل نیروی گریز از مرکز و فشار گاز، شکاف بین مهر و موم راس و محفظه ایجاد شود.
  • آنها نسبت به موتورهای پیستونی سوخت بیشتری مصرف می کنند.
  • آنها عملکرد انتشار ضعیفی دارند.
  • مخلوط هوا و سوخت را نمی توان از قبل ذخیره کرد زیرا این موتور درگاه ورودی ندارد.
  • این موتورها دارای تکنولوژی تزریق سوخت پیچیده هستند.
  • این موتورها نسبت تراکم پایینی دارند. به همین دلیل، مصرف سوخت و راندمان حرارتی پایینی دارند.
  • در مقایسه با موتورهای رفت و برگشتی با اندازه و توان خروجی مشابه، گشتاور خروجی کمتری دارند.
  • ساخت موتورهای وانکل نسبت به موتورهای پیستونی گران‌تر است.
  • موتور دوار بسیار مستعد احتراق ناقص است، زیرا از دست دادن سکته باعث می شود موتور حرکت خود را از دست داده و دفعه بعد که محفظه احتراق روشن می شود دوباره شروع به حرکت کند. برای جلوگیری از این مشکل، تعمیر و نگهداری سیستم جرقه زنی ضروری است.
  • راندمان سوخت کمتری نسبت به موتورهای پیستونی دارند.

کاربرد موتورهای وانکل

  • خودرو: موتورهای وانکل معمولاً در خودروهای مختلف در طول سال‌ها استفاده می‌شوند، به ویژه در خودروهای اسپرت RX-8 و مزدا RX-7.
  • صنعتی: این موتورها در کاربردهای مختلف صنعتی مانند پمپ و ژنراتور استفاده می شوند. اندازه جمع و جور و توان خروجی بالا آن را برای این نوع کاربردها مناسب می کند.
  • دریایی: موتورهای دوار Wankel در کاربردهای مختلف دریایی مانند کشتی های شخصی و قایق ها استفاده می شوند. توان خروجی بالا و اندازه جمع و جور این موتورها آنها را برای این نوع کاربردها مناسب تر می کند.
  • هوانوردی: آنها هواپیماهای کوچک مختلفی مانند هلیکوپتر Brantly B-2 و هلیکوپتر RotorWay را نیرو می دهند.
  • مسابقه: آنها در برنامه های مختلف مسابقه ای مانند تپه نوردی و مسابقه درگ استفاده می شوند. قدرت خروجی بالا و سرعت بالای این موتورها آنها را برای این نوع مسابقات ایده آل کرده است.

بخش پرسش و پاسخ

چه کسی موتور وانکل را اختراع کرد؟

در سال 1957، مهندس فلیکس هاینریش وانکل اولین موتور وانکل را طراحی کرد.

چرا موتور دوار به عنوان موتور وانکل شناخته می شود؟

وانکل توسط فلیکس هاینریش وانکل اختراع شد. از این رو به دلیل نام موسس آن به موتور وانکل معروف است.

چرا موتورهای دوار اینقدر قدرتمند هستند؟

موتورهای دوار به دلیل حرکت انقلابی خود، لرزش عملکرد کمتری نسبت به موتورهای پیستونی دارند. این اجازه می دهد تا موتور وانکل به گونه ای تنظیم شود که سریعتر کار کند و بتواند قدرت بیشتری تولید کند.

چه خودروهایی دارای موتور وانکل هستند؟

موتورهای وانکل را می توان در حالت خودروهای زیر یافت:

  • سیتروئن M3 1969
  • کانسپت مزدا RX-500 1970
  • سیتروئن جی اس بیروتور 1973
  • مرسدس بنز C111-II 1970
  • 1975 مزدا Roadpacer AP
  • کانسپت شورولت کوروت XP897 GT 1973
  • مزدا پارک وی RE13 Rotary 26 Superdeluxe 1974
  • مزدا RX-8 هیدروژن RE 2003

موتور وانکل از چه قطعاتی تشکیل شده است؟

موتورهای Wankel دارای قطعات زیر اهستند:

  • روتور
  • درگاه های ورودی و خروجی
  • شمع موتور
  • شفت خروجی
  • محفظه
  • محفظه احتراق

موتور وانکل 4 زمانه است یا 2 زمانه؟

موتورهای وانکل موتور 4 زمانههستند که شبیه به موتورهای پیستونی سنتی است. فرآیند احتراق در موتور وانکل در چهار حرکت روتور انجام می شود که عبارتند از ورودی، تراکم، قدرت و اگزوز، درست مانند موتورهای پیستونی. بنابراین، در حالی که موتور وانکل طراحی متفاوتی نسبت به موتور پیستونی دارد، همچنان در همان چرخه 4 زمانه کار می کند.