دانلود تحقیق بررسی انواع موتورهای احتراق داخلی

بررسی و معرفی انواع موتورهای احتراق داخل:
موتور دیزل:
موتور دیزل توسط رادولف دیزل طراحی و به اصطلاح اختراع شد. در موتورهای بنزینی بنزین قبل از ورود به سیلندر با هوا مخلوط شده و سپس تا اندازه ای که به خودسوزی نیفتد تحت فشار قرار میگیرید و با جرقه شمع مشتعل میشود اما در موتور های دیزل فقط هوا تحت فشار قرار گرفته و زمانی که دمای هوای متراکم شده به حد قابل قبولی برسد مخلوط سوخت به آن اضافه میشود و احتراق به صورت خود به خود انجام میشود.
یکی از مشکلات موتور های دیزل سوخت مایع و نحوه تزریق آن بود ، چون در موتور های دیزل از گرمایی که توسط هوای متراکم شده برای اشتعال استفاده شده است ، پس سوخت باید در زمان مناسب و با غلظت مناسب تزریق شود ،که حدودا تا سال 1922 این مشکل پا برجا بود (موتور دیزل در سال 1893 اختراع شد). در سال 1923 رابرت بوش با ساخت انژکتورهایی برای موتور دیزل توانست مشکل موتور های دیزل را حل کرده و بازدهی این موتور ها رو بالا ببرد.
موتور های دیزل به خاطر دارا بودن نسبت تراکم بالا و نداشتن مانعی در مقابل جریان هوای ورودی به موتور، دارای بازده حرارتی و حجمی بالاتری نسبت موتورهای اشتعال- جرقه ای هستند و در نتیجه مصرف سوخت پایین و آلایندگی کمتری دارند.

موتور های چهار زمانه:
1-کورس مکش:
با حرکت پیستون از نقطه مرگ بالا به طرف پایین و به دلیل آب بندی بودن پیستون و سرسیلندر حجم بالای پیستون به صورت ناگهانی افزایش یافته که با باز شدن سوپاپ سوخت مخلوط سوخت وارد سیلندر شده و این فضای خالی را پر می کند.
2-کورس تراکم:
پس از کورس مکش کورس تراکم اغاز شده و پیستون از نقطه مرگ پایین به طرف بالا حرکت میکند. که در این حالت مخلوط سوخت (که به صورت گاز هست) متراکم میشود. این مخلوط به گونه ای متراکم میشود که حجم آن به یک هشتم تا یک دوازدهم حجم اولیه میرسد. و فشار درون سیلندر در پایان زمان تراکم و هنگام زمان جرقه به 8 تا 16 اتمسفر میرسد. میزان تراکم مخلوط هوا و سوخت را نسبت تراکم می گویند.
3-کورس قدرت(انجام کار):
در این مرحله مخلوط سوخت مشتعل شده( توسط شمع تعبیه شده در بالا سر سیلندر) باعث میشود که پیستون رو به پایین حرکت کند و مرحله کار به وجود بیاید. که در این مرحله هر دو سوپاپ (در ماشین های جدید و نیاز به قدرت زیاد عدد سوپاپ ها میتواند بیشتر باشد که هم به صورت زوج هست و هم به صورت فرد) بسته میباشند. اما قبل از رسیدن پیستون به نقطه مرگ پایین سوپاپ دود باز شده و با بالا آمدن مجدد پیستون گازهای حاصل از احتراق از محفظه سیلندر خارج میشوند.
4-کورس تخلیه:
در این مرحله با خارج شدن گاز های حاصل از احتراق یک دوره یا سیکل موتور به طور کامل انجام میشود. لازم به ذکر است که سیکل معادل چرخش 720 درجه ای میل لنگ است که شامل دو دور رفت و دو دور برگشت پیستون هم میشود.(در مجموع 4 دور)که در هر دور میل لنگ 180 درجه میچرخد.

موتورهای دو زمانه:
موتور های دو زمانه گونه ای از موتورها هستند که هر سیکل آنها در دو کورس پیستون تکمیل میشود. بنابراین موتور های دو زمانه نسبت به موتور های چهار زمانه در یک دقیقه دو برابر سیکل دارن و اگر هردو این موتور ها در یک شرایط کاری مساوی کار کنند موتور چهار زمانه 2 برابر قدرت بیشتر تولید میکند. در موتور های 4 زمانه ما فقط یک مرحله کار داریم که این کار تولید شده علاوه بر حرکت دادن خودرو باید قسمتی از نیروی بدست آمده را صرف به حرکت درآوردن دیگر قسمت های موتور، برای تکرار سه مرحله قبلی کند که کلا" بازدهی این موتورها را پایین می آورد و در 4 مرحله یک مرحله دارای گشتاور مثبت و بقیه مراحل دارای گشتاور منفی هستند. و دیگر عیب آنها نیاز به وجود استفاده از یک فلایویل بزرگ برای ذخیره نیروی کورس کار و باز پس دادن آن در سه مرحله دیگر است. اما در موتور های دو زمانه با حرکت کردن پیستون به طرف بالا گاز ورودی متراکم شده و با زدن جرقه به طرف پایین حرکت میکند. در این زمان کار انجام شده ، که با پایین آمدن آن همزمان هم گازهای حاصل از احتراق خارج شده و هم مخلوط سوخت که در زیر پیستون هست (به اصطلاح کارتل ) متراکم میشود.

از معایب این گونه موتور ها میشود به موارد زیر اشاره کرد. :
1-در کورس اول مقداری از توان موتور صرف عمل پیش تراکم میشود که با استفاده از توربو شارژر این عیب را میتوان برطرف کرد.
2-خارج شدن مخلوط ورودی از دریچه خروجی سیلندر باعث هدر رفتن سوخت می شود.
3-گازهای حاصل از احتراق به طور کامل تخلیه نمی شوند.
4-به دلیل پشت سر هم بودن مراحل امکان خنک کردن قطعاتی از موتور که توسط هوا خنک می شوند وجود ندارد و باعث تشدید اصطکاک می شود.
برخی از مزایای این موتورها عبارتند از:
1- به دلیل وجود فاصله زمانی کوتاه بین کورسهای قدرت گشتاور زیادی تولید شده و موتور کاردکرد آرام تری دارد.
2- در موتور های کوچک دو زمانه معمولا از سیستم سوپاپ استفاده نمی کنند که باعث کاهش هزینه های ساخت و همچنین کاهش اصطکاک بین قطعات متحرک می شود.
3- به علت سبک بودن وزن موتور و بالاتر بودن قدرت تولیدی موتور از توان وزنی بیشتری نسبت به موتور های 4 زمانه برخوردار هست.
لازم به ذکر است که موتور دو زمانه در تصویر بالا مجهز به پمپ خارجی است ، که محل آن در تصویر سمت چپ موتور و درست روبروی منیوفیلد ورودی قرار دارد.


موتور های وانکل:(Winkel engine)
تاریخچه موتور :
موتورهای (( پیستون روتوری))که به موتورهای وانکل(دورانی) معروف هستند برای اولین بار توسط مخترع آلمانی فلیکس وانکل( Felix Wankel ) در سال 1957 م. طراحی و ساخته شده ودر سال 1964 م. اولین نمونه این نوع موتور به تولید انبوه رسید ، که از آن زمان تا کنون این موتور دوزمانه ، تحت پژوهش و تکامل قرار گرفته است.








باتوجه به جدید بودن موتور وانکل پیشرفت نسبی مناسبی در آن بوجود آمده است. زیرا موتورهای پیستونی که از اختراع آن حدود130سال می گذرد در سالهای اخیر تکامل نسبی پیدا کرده اند. اولین موتور پیستونی احتراق داخلی درسال 1878 م . بوسیله دکتر نیکلاس اتو ، مطرح گردید ولی موتور وانکل مربوط به 50 سال اخیر است.


طرز کار موتور :
اساس کار موتور وانکل مانند سایر موتورهای احتراق داخلی است ، با این تفاوت که در موتورهای پیستونی متداول یک حجم یکسان و مشخص (حجم سیلندر) بصورت پی در پی تحت تأثیر چهار فرآیند مکش ، تراکم ، احتراق و تخلیه قرار می گیرد درصورتی که در موتورهای دورانی هر کدام از این چهار فرآیند در نواحی خاصی از محفظه سیلندر که تنها متعلق به همان فرآیند می باشد صورت می گیرد. این موتور ها از دو الی سه روتور که در محفظه های بیضوی میچرخند تشکیل شده اند و چون این محفظه ها در داخل موتورند به(( اشتعال دورانی )) معروف هستند.
موتورهای دورانی مانند موتورهای پیستونی از انرژی فشار ایجاد شده بواسطه احتراق مخلوط سوخت و هوا استفاده می کنند، در موتورهای پیستونی فشار ناشی از احتراق به پیستونها نیرو وارد و شاتون و میل لنگ این حرکت رفت و برگشتی پیستونها را به حرکت دورانی و قابل استفاده برای خودرو تبدیل می کنند ، در صورتیکه در موتورهای دورانی فشار ناشی از احتراق، نیرویی را بر سطح یک روتور مثلث شکل که کاملاً محفظه احتراق را نشت بندی کرده است، وارد می کند، این قطعه (روتور) همان قطعه ای است که جایگزین پیستون گردیده است.



روتور در مسیری بیضی شکل حرکت می کند، بطوری که همیشه سه راس، این روتور را در تماس با محفظه سیلندر نگه داشته و سه حجم جداگانه از گازها بین سه سطح روتور و محفظه سیلندر ایجاد می کند.که در آن انرژی شیمیایی به حرارتی و در نهایت به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود.


مراحل احتراق در موتور وانکل(دورانی) :



1)مرحله مکش :
کورس مکش از لحظه ای شروع می شود که راس یکی از وجه های روتور ، از مقابل دریچه ورودی هوا عبور نموده ودریچه باز می شود. بزرگترین مقدار حجم مکش موتور در قسمت مکش صورت می گیرد، که به دلیل ازدیاد ناگهانی حجم، فشار داخل محفظه کاهش یافته و این اختلاف فشار (محیط با داخل محفظه) سبب وارد شدن مخلوط سوخت وهوا به داخل آن می شود. هنگامی که وجه بعدی روتور از جلوی پورت ورودی می گذرد محفظه بصورت کامل نشت بندی می شود تا فرآیند تراکم شروع شود. دریچه موتور وانکل، گاهی در محیط محفظه و گاهی بر روی درپوش های جانبی ساخته می شودو یا ممکن است یکی در روی درپوش و دیگری در روی محیط محفظه باشد.

2)مرحله تراکم :
با چرخش روتور حجم محصور شده سوخت به سمت شمع سوق داده شده،حجم مربوطه به کمترین مقدار خود نزدیک می شود و این درست هنگامی است که با جرقه شمع، احتراق شروع می گردد. گاز تحت فشار بین رینگ های روی روتور که تعداد آنها بین نه تا پانزده عدد است، محصور بوده و از فرار آن جلو گیری می کند ( از نه عدد رینگ، سه عدد رینگ پیشانی و شش عدد رینگ جانبی است که در دوسطح روتور نصب می شود). نسبت تراکم موتورهای وانکل را با تغییر شکل هندسی محفظه ، روتور و میل لنگ و تجربه های گوناگون بدست می آورند.
در موتورهای وانکل Audi-NSU مدل RO80 باحجم مفید CM^3 87/994 ، در دور r.p.m 5500 قدرت موتور 130hp (اسب بخار) و نسبت تراکم آن 9:1 می باشد.
در موتور Mazda مدل R100 حجم مفید موتور CM^3 983/4 است که در دور r.p.m7000 قدرتی معادل 100hp را با نسبت تراکم 1: 4/9 تولید می کند.
نسبت تراکم موتور وانکل بر اساس طراحی مقدار شعاع روتور و مقدار خارج از مرکز محور تعیین می شود.

3)مرحله قدرت (احتراق) :
پس از اینکه روتور به مرحله تراکم رسید و مخلوط سوخت و هوا به بالا ترین سطح تراکم رسید، شمع جرقه می زند و مخوط سوخت و هوا متراکم شده، منفجر می گردد. پس ازحرکت بیشتر روتور، گازمحترق شده منبسط می گرددو فشار محفظه احتراق را به شدت افزایش می دهد این فشار ایجادشده برسطح روتور تاثیر گذاشته و نیروی فشاری تولید می گردد که اثر نیرو در بازوی اهرم، گشتاور متوسط موتور را بوجود می آورد. در بعضی(بیشتر)مواقع احتراق ناقصی رخ می دهد، به همین دلیل در اکثر موتورهای دورانی از دو شمع در این ناحیه استفاده می شود. در حقیقت می توان گفت ، از تاثیرنیروی وارده بر روتور در این فاصله، گشتاور موتور بوجود می آید.