『מנוע סיבובי』
2021-08-27
המנוע שאנו רואים לעתים קרובות בצורה של תנועת בוכנה הדדית, כלומר, הבוכנה מבצעת תנועה ליניארית הדדית בצילינדר, והתנועה הליניארית של הבוכנה מומרת לסיבוב של גל הארכובה דרך גל הארכובה, בעוד הסיבוב הסיבובי. אין למנוע את תהליך ההמרה הזה, זה דרך הבוכנה הסיבוב בצילינדר מניע את הציר הראשי של המנוע (כלומר, גל הארכובה של מנוע רגיל, מכיוון שהוא לא מעוקל, הוא כבר לא נקרא גל ארכובה), אז יש הבדל גדול בין השניים.
א. מהלך יניקה: תהליך תנועת הבוכנה ממרכז המלח העליון למרכז המת התחתון נקרא מהלך יניקה (זווית סיבוב גל ארכובה 0~180°). במכה זו, שסתום היניקה נפתח, שסתום הפליטה נסגר, ותא האוויר מתקשר עם האטמוספרה. לחץ אטמוספרי גורם לתערובת הנפט והגז להיכנס, והלחץ בצילינדר הוא בערך 0.075~0.09MPa בסוף היניקה.
ב. מהלך דחיסה: תהליך תנועת הבוכנה ממרכז המת התחתון למרכז המת העליון נקרא מהלך דחיסה (זווית סיבוב גל הארכובה היא 180°~360°). במכה זו, שסתומי היניקה והפליטה סגורים לחלוטין, ולחץ תערובת הנפט והגז בתא האוויר עולה בהדרגה. הלחץ בתא האוויר בסוף מהלך הדחיסה הוא כ-0.6 עד 1.2 מגפ"ס.
מכת כוח: תהליך תנועת הבוכנה ממרכז המת העליון למרכז המת התחתון נקרא מכת כוח (זווית סיבוב גל ארכובה 360°~540°). במכה זו, שסתומי היניקה והפליטה סגורים במלואם, והמצת קופץ כאשר הבוכנה נמצאת במצב המרכז המת עליון. האש מציתה את תערובת הנפט והגז כדי לגרום ללחץ בצילינדר לעלות בחדות (עד 3~5MPa), לדחוף את הבוכנה כדי לנוע לכיוון גל הארכובה, הלחץ יורד בהדרגה, והלחץ בתא האוויר הוא בערך 0.3~ 0.5MPa בסוף מהלך הכוח.
D. מהלך פליטה: תהליך תנועת הבוכנה ממרכז מת תחתון למרכז מת עליון נקרא מהלך פליטה (זווית סיבוב גל ארכובה 540°~720°). במכה זו, שסתום היניקה נסגר, שסתום הפליטה נפתח, והבוכנה נעה כלפי מעלה כדי לדחוף את הבעירה. גז הפליטה יוצא מתא האוויר, ולחץ האוויר בתא האוויר הוא בערך 0.105 ~ 0.115 MPa בסוף המהלך. סוף המהלך מסמן גם את סוף מחזור העבודה של המנוע.
האיור שלהלן מראה את ההשוואה בין כל מהלך של מנוע סיבובי ומנוע סיבובי (הצד השמאלי של שני חורי האוויר באיור הוא היניקה והצד הימני הוא הפליטה). המנוע הסיבובי זהה למנוע ארבע פעימות הדדי. דחיסה, עבודה ואגזוז מורכבים מארבע פעימות. חלל העבודה (BC working cavity) הנוצר בין משטח מעוקל BC של הרוטור המשולש ופרופיל הצילינדר נלקח כדוגמה כדי להמחיש את עקרון העבודה ארבע פעימות של מנוע סיבובי.
מהלך היניקה: כאשר פינת ה-C של הרוטור המשולש פונה לקצה הימני של חור היניקה, תא העבודה של BC מתחיל להכניס אוויר. בעמדה a, חורי היניקה והפליטה מחוברים, והכניסה והפליטה חופפים. זהו הנפח הקטן ביותר של תא העבודה BC, אשר שווה ערך למיקום המרכז המת עליון של מנוע ההולך. ככל שהרוטור ממשיך להסתובב, נפח תא העבודה BC גדל בהדרגה, והתערובת הדליקה נשאבת ללא הרף לתוך הגליל. כאשר הרוטור מסתובב 90° (הציר הראשי מסתובב 270°, היחס בין הרוטור למהירות הציר הראשי במנוע הסיבובי הוא 1:3, שנקבע על ידי גלגלי השיניים המתערבבים) מגיע למצב b, נפח ה-BC תא העבודה מגיע למקסימום, אשר שווה ערך לחלק התחתון של מנוע ההדדיות במצב המרכז המת, מהלך היניקה מסתיים.
מהלך דחיסה: כאשר הרוטור המשולש ממשיך להסתובב, הפינה העליון B חוצה את הקצה השמאלי של חור הכניסה, ומהלך הדחיסה מתחיל, נפח תא העבודה BC יורד בהדרגה, והלחץ הופך גדול יותר ויותר. כאשר הוא מגיע למצב c, הרוטור מסתובב 180° (הציר הראשי מסתובב 540°), נפח תא העבודה BC מגיע למינימום, השווה למיקום המרכז המת העליון של המנוע ההדדי, ומהלך הדחיסה מסתיים.
מהלך העבודה: בסוף מהלך הדחיסה, המצת מהבהב, הגז בטמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה דוחף את הבוכנה המשולשת כדי להמשיך להסתובב, ונפח תא העבודה BC גדל בהדרגה. כאשר הפינה C מגיעה לקצה הימני של חור הפליטה, בעמדה d, הרוטור מסתובב 270° (סיבוב ציר 810°), נפח תא העבודה BC מגיע למקסימום, השווה למיקום המרכז המת התחתון של מנוע ההדדיות, ומכת הכוח מסתיימת.
מהלך הפליטה: כאשר זווית רוטור המשולש C פונה לצד ימין של חור הפליטה, מהלך הפליטה מתחיל, ולבסוף רוטור המשולש חוזר למצב a, מהלך הפליטה מסתיים, הרוטור מסתובב 360 מעלות (הציר הראשי מסתובב שלושה פעמים), ועבודה אחת המחזור מסתיים. במקביל, חלל עבודה CA וחלל עבודה AB משלימים גם הם מחזור עבודה בהתאמה.
● השוואה של הרכב המנוע:
מנוע סיבובי: קבוצת גוף, רכבת שסתומים, מערכת אספקה, מערכת הצתה, מערכת קירור, מערכת שימון, מערכת התנעה
מנוע בוכנה בוכנה: סט גוף, מנגנון מוט חיבור ארכובה, רכבת שסתומים, מערכת אספקה, מערכת הצתה, מערכת קירור, מערכת שימון, מערכת התנעה
● היתרונות והחסרונות של שני המנועים:
◆ מנוע גומלין:
יִתרוֹן:
1. טכנולוגיית הייצור בשלה. זה נולד כבר יותר מ-120 שנה. טכנולוגיות שונות שופרו ללא הרף. זהו מנוע הבעירה הפנימית הנפוץ ביותר בעולם ובעל עלויות תחזוקה ותיקון נמוכות.
2. עבודה אמינה, אטימות אוויר טובה ואמינות העברת כוח.
3. צריכת דלק טובה.
חִסָרוֹן:
1. מבנה מורכב, נפח גדול ומשקל כבד.
2. לא ניתן לאזן לחלוטין את כוח האינרציה ההולך ומומנט האינרציה הנגרמים מתנועת הבוכנה ההדדית במנגנון מוט חיבור הארכובה. גודל הכוח האינרציאלי הזה הוא פרופורציונלי לריבוע המהירות, מה שמפחית את חלקות הפעלת המנוע ומגביל את הפיתוח של מנועים מהירים.
3. מכיוון שמצב העבודה של מנוע הבוכנה ההולך ארבע פעימות הוא ששלוש מתוך ארבע פעימות מסתמכות לחלוטין על סיבוב האינרציה של גלגל התנופה, ההספק והמומנט של המנוע הם מאוד לא אחידים, למרות שמנועים מודרניים משתמשים בריבוי צילינדרים ו-V -סידורים בצורת. צמצם את החיסרון הזה, אבל אי אפשר לבטל אותו לחלוטין.
◆ מנוע רוטרי:
יִתרוֹן:
1. גודל קטן וקל משקל, קל להוריד את מרכז הכובד של הרכב. היות ולמנוע הסיבובי אין מנגנון מוט חיבור ארכובה, גובה המנוע מצטמצם מאוד, ובמקביל מורד מרכז הכובד של הרכב.
2. מבנה פשוט. בהשוואה למנוע הבוכנה ההדדית, המנוע הסיבובי מפחית את מנגנון מוט החיבור הארכובה, מה שמוביל למנגנון מנוע מפושט מאוד ולפחות חלקים.
3. מאפייני מומנט אחידים. מכיוון שלצילינדר אחד של מנוע סיבובי יש שלושה תאי עבודה בו זמנית, תפוקת המומנט אחידה יותר מזו של מנוע בוכנה חוזר.
4. תורם לפיתוח מנועים מהירים, מכיוון שיחס המהירות של רוטור הבוכנה והציר הראשי הוא 1:3, אין צורך במהירויות בוכנה גבוהות להשגת מהירויות מנוע גבוהות.
חִסָרוֹן:
1. צריכת הדלק גבוהה, ופליטת הפליטה קשה לעמוד בתקן. מכיוון שלכל צילינדר יש שלושה תאי עבודה, כל סיבוב של רוטור הבוכנה שווה לשלוש פעימות כוח. בהשוואה למנוע 3000 סל"ד ומנוע בוכנה חוזרת, מנוע הבוכנה ההדדית מרסס 750 פעמים/דקה, והמנוע הסיבובי שווה ערך למהירות של 1000 סל"ד, אך הוא צריך 3000 פעמים/דקה. ניתן לראות שצריכת הדלק של המנוע הסיבובי גבוהה משמעותית מזו של מנוע הבוכנה ההדדית. יחד עם זאת, צורת תא הבעירה של המנוע הסיבובי אינה תורמת לבעירה מלאה של התערובת הדליקה, מסלול התפשטות הלהבה ארוך וצריכת המזוט גדולה. יחד עם זאת, תכולת המזהמים בגז הפליטה גבוהה יותר.
2. בשל מבנה המנוע ניתן להשתמש רק בסוג ההצתה במקום בסוג ההצתה בדחיסה, כלומר רק בנזין יכול לשמש כדלק במקום סולר.
3. מכיוון שהמנוע הסיבובי משתמש בציר אקסצנטרי, המנוע רוטט מאוד.
4. המיקום הגבוה של פיר פלט הכוח (ציר) אינו תורם לפריסה של הרכב כולו.
5. טכנולוגיית העיבוד והייצור של המנוע הסיבובי גבוהה, והעלות גבוהה יחסית.
