《موتور چرخشی』
2021-08-27
موتوری که اغلب به صورت حرکت رفت و برگشتی پیستون می بینیم، یعنی پیستون یک حرکت خطی رفت و برگشتی در سیلندر انجام می دهد و حرکت خطی پیستون به چرخش میل لنگ از طریق میل لنگ تبدیل می شود، در حالی که چرخش موتور این فرآیند تبدیل را ندارد، از طریق پیستون است. چرخش در سیلندر اصلی را به حرکت در می آورد. شفت موتور (یعنی میل لنگ موتور معمولی چون منحنی نیست دیگر به آن میل لنگ نمی گویند) بنابراین تفاوت زیادی بین این دو وجود دارد.
الف. کورس ورودی: فرآیند حرکت پیستون از نقطه مرگ بالا به نقطه مرده پایین، ضربه ورودی (زاویه چرخش میل لنگ 0~180 درجه) نامیده می شود. در این ضربه، دریچه ورودی باز می شود، دریچه خروجی بسته می شود و محفظه هوا با جو ارتباط برقرار می کند. فشار اتمسفر باعث می شود مخلوط نفت و گاز وارد شود و فشار در سیلندر حدود 0.075 ~ 0.09 MPa در انتهای ورودی است.
ب. سکته فشرده سازی: فرآیند حرکت پیستون از نقطه مرده پایین به نقطه مرده بالا، ضربه فشرده سازی نامیده می شود (زاویه چرخش میل لنگ 180 درجه ~ 360 درجه است). در این ضربه، دریچه های ورودی و خروجی کاملاً بسته شده و فشار مخلوط روغن و گاز در محفظه هوا به تدریج افزایش می یابد. فشار در محفظه هوا در انتهای ضربه فشرده سازی حدود 0.6 تا 1.2 مگاپاسکال است.
ج. کورس برق: فرآیند حرکت پیستون از نقطه مرگ بالا به نقطه مرده پایین را ضربه قدرتی می نامند (زاویه چرخش میل لنگ 360°~540°). در این سکته، سوپاپ های ورودی و خروجی کاملا بسته می شوند و هنگامی که پیستون در نقطه مرده بالایی قرار دارد، شمع می پرد. آتش مخلوط نفت و گاز را مشتعل می کند تا فشار در سیلندر به شدت افزایش یابد (تا 3 ~ 5 مگاپاسکال)، پیستون را فشار دهید تا به سمت میل لنگ حرکت کند، فشار به تدریج کاهش می یابد و فشار در محفظه هوا حدود 0.3 ~ است. 0.5 مگا پاسکال در پایان کورس برق.
D. کورس اگزوز: فرآیند حرکت پیستون از نقطه مرگ پایین به نقطه مرده بالا را کورس اگزوز می نامند (زاویه چرخش میل لنگ 540 درجه ~ 720 درجه). در این حرکت، سوپاپ ورودی بسته می شود، دریچه خروجی باز می شود و پیستون به سمت بالا حرکت می کند تا احتراق را فشار دهد. گاز خروجی از محفظه هوا تخلیه می شود و فشار هوا در محفظه هوا حدود 0.105 تا 0.115 مگاپاسکال در پایان سکته مغزی است. پایان سکته مغزی همچنین نشان دهنده پایان یک چرخه کاری موتور است.
شکل زیر مقایسه هر حرکت یک موتور دوار و یک موتور رفت و برگشتی را نشان می دهد (سمت چپ دو سوراخ هوا در شکل ورودی و سمت راست اگزوز است). موتور دوار همان موتور چهار زمانه رفت و برگشتی است. فشرده سازی، کار، و اگزوز از چهار ضربه تشکیل شده است. حفره کاری (حفره کاری BC) که بین یک سطح منحنی BC روتور مثلثی و پروفیل سیلندر تشکیل شده است به عنوان مثال برای نشان دادن اصل کار چهار زمانه یک موتور دوار در نظر گرفته شده است.
کورس ورودی: هنگامی که گوشه C روتور مثلثی به لبه سمت راست سوراخ ورودی می‌چرخد، محفظه کار BC شروع به جذب هوا می‌کند. در موقعیت a، سوراخ‌های ورودی و خروجی به هم متصل شده‌اند و ورودی و خروجی روی هم همپوشانی دارند. این کوچکترین حجم محفظه کار BC است که معادل موقعیت نقطه مرده بالای موتور رفت و برگشتی است. با ادامه چرخش روتور، حجم محفظه کار BC به تدریج افزایش می یابد و مخلوط قابل احتراق به طور مداوم به داخل سیلندر مکیده می شود. هنگامی که روتور 90 درجه می چرخد (شفت اصلی 270 درجه می چرخد، نسبت روتور به سرعت محور اصلی در موتور دوار 1:3 است که توسط چرخ دنده های مشبک تعیین می شود) به موقعیت b یعنی حجم BC می رسد. محفظه کار به حداکثر می رسد، که معادل قسمت پایینی موتور رفت و برگشتی است.
ضربه فشرده سازی: با ادامه چرخش روتور مثلثی، گوشه بالای گوشه B از لبه سمت چپ سوراخ ورودی عبور می کند و حرکت فشاری شروع می شود، حجم محفظه کار BC به تدریج کاهش می یابد و فشار بزرگتر و بزرگتر می شود. هنگامی که به موقعیت c می رسد، روتور 180 درجه می چرخد (شفت اصلی 540 درجه می چرخد)، حجم محفظه کار BC به حداقل می رسد، که معادل موقعیت نقطه مرده بالای موتور رفت و برگشتی است، و سکته فشرده سازی به پایان می رسد.
ضربه کار: در پایان کورس تراکم، شمع چشمک می زند، گاز با دمای بالا و فشار بالا، پیستون مثلثی شکل را به چرخش ادامه می دهد و حجم محفظه کار BC به تدریج افزایش می یابد. هنگامی که گوشه C به لبه سمت راست سوراخ اگزوز می رسد، در موقعیت d، روتور 270 درجه می چرخد (چرخش دوک 810 درجه)، حجم محفظه کار BC به حداکثر می رسد، که معادل موقعیت نقطه مرده پایینی است. موتور رفت و برگشتی، و سکته قدرت به پایان می رسد.
کورس اگزوز: هنگامی که زاویه روتور مثلث C به سمت راست سوراخ اگزوز می چرخد، کورس اگزوز شروع می شود و در نهایت روتور مثلثی به موقعیت a باز می گردد، کورس اگزوز به پایان می رسد، روتور 360 درجه می چرخد (شفت اصلی سه می چرخد بار)، و یک کار چرخه به پایان می رسد. در همان زمان، حفره کاری CA و حفره کاری AB نیز به ترتیب یک چرخه کاری را تکمیل می کنند.
● مقایسه ترکیب موتور:
موتور دوار: گروه بدنه، قطار سوپاپ، سیستم تامین، سیستم جرقه زنی، سیستم خنک کننده، سیستم روغن کاری، سیستم راه اندازی
موتور پیستونی رفت و برگشتی: مجموعه بدنه، مکانیزم میله اتصال لنگ، قطار سوپاپ، سیستم تامین، سیستم جرقه زنی، سیستم خنک کننده، سیستم روغن کاری، سیستم راه اندازی
● مزایا و معایب دو موتور:
◆ موتور رفت و برگشتی:
مزیت:
1. فن آوری ساخت بالغ است. بیش از 120 سال است که متولد شده است. فن آوری های مختلف به طور مداوم بهبود یافته است. این موتور پرکاربردترین موتور احتراق داخلی در جهان است و هزینه نگهداری و تعمیرات پایینی دارد.
2. کار قابل اعتماد، تنگی هوا خوب و قابلیت اطمینان انتقال قدرت.
3. مصرف سوخت خوب.
نقص:
1. ساختار پیچیده، حجم زیاد و وزن سنگین.
2. نیروی اینرسی رفت و برگشتی و ممان اینرسی ناشی از حرکت رفت و برگشتی پیستون در مکانیزم شاتون میل لنگ را نمی توان به طور کامل متعادل کرد. بزرگی این نیروی اینرسی متناسب با مجذور سرعت است که نرمی کارکرد موتور را کاهش می دهد و توسعه موتورهای پرسرعت را محدود می کند.
3. از آنجایی که حالت کار موتور پیستونی رفت و برگشتی چهار زمانه به این صورت است که سه تا از چهار زمانه کاملاً به چرخش اینرسی چرخ فلایویل متکی است، قدرت و گشتاور خروجی موتور بسیار ناهموار است، اگرچه موتورهای مدرن از چند سیلندر و V استفاده می کنند. ترتیبات شکل این کاستی را کاهش دهید، اما رفع کامل آن غیرممکن است.
◆ موتور دوار:
مزیت:
1. اندازه کوچک و وزن سبک، آسان برای پایین آوردن مرکز ثقل وسیله نقلیه. از آنجایی که موتور دوار مکانیزم شاتون میل لنگ ندارد، ارتفاع موتور به شدت کاهش می یابد و مرکز ثقل خودرو در همان زمان پایین می آید.
2. ساختار ساده. در مقایسه با موتور پیستونی رفت و برگشتی، موتور دوار مکانیزم میله اتصال میل لنگ را کاهش می دهد که منجر به یک مکانیسم موتور بسیار ساده شده و قطعات کمتری می شود.
3. مشخصات گشتاور یکنواخت. از آنجایی که یک سیلندر از یک موتور دوار دارای سه محفظه کار به طور همزمان است، گشتاور خروجی یکنواخت تر از موتور پیستونی رفت و برگشتی است.
4. مساعد برای توسعه موتورهای با سرعت بالا، به دلیل اینکه روتور پیستون و نسبت سرعت محور اصلی 1:3 است، برای دستیابی به سرعت های بالای موتور به سرعت های بالای پیستون نیازی نیست.
نقص:
1. مصرف سوخت بالا است و انتشار اگزوز به سختی می تواند استاندارد را برآورده کند. از آنجایی که هر سیلندر دارای سه محفظه کار است، هر دور چرخش روتور پیستون معادل سه ضربه قدرت است. در مقایسه با موتور پیستونی 3000 دور در دقیقه و پیستونی رفت و برگشتی، موتور پیستونی رفت و برگشتی 750 بار / دقیقه اسپری می کند و موتور دوار معادل سرعت 1000 دور در دقیقه است، اما به 3000 بار /min نیاز دارد. مشاهده می شود که مصرف سوخت موتور دوار به طور قابل توجهی بیشتر از موتور پیستونی رفت و برگشتی است. در عین حال، شکل محفظه احتراق موتور دوار برای احتراق کامل مخلوط قابل احتراق مناسب نیست، مسیر انتشار شعله طولانی است و مصرف روغن کوره زیاد است. در عین حال، محتوای آلاینده در گازهای خروجی بیشتر است.
2. با توجه به ساختار موتور به جای نوع جرقه زنی تراکمی فقط می توان از نوع جرقه زنی استفاده کرد یعنی به جای گازوئیل فقط از بنزین می توان به عنوان سوخت استفاده کرد.
3. از آنجایی که موتور دوار از یک محور غیرعادی استفاده می کند، موتور به شدت لرزش دارد.
4. موقعیت بالای شفت خروجی قدرت (اسپیندل) برای چیدمان کل وسیله نقلیه مناسب نیست.
5. فن آوری پردازش و ساخت موتور دوار بالا است و هزینه آن نسبتاً بالا است.
