دانلود رایگان ترجمه مقاله یک موتور احتراقی با توان بالا (SAE سال ۲۰۱۴)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) (ترجمه به صورت ناقص انجام شده است)

برای تحلیل چرخه ایده آل استاندارد هوا، مقادیر ۱٫۳ تا ۱٫۴ برای نمونه استفاده شده اند. تا زمانیکه مقدار مشابه برای مقایسه چرخه های مختلف استفاده شده است، روند بازده نشان داده شده است.

عملکرد
محفظه و روتور سه محفظه کاری درون موتور تشکیل می دهند (شکل ۵ را ببینید). هر یک از این محفظه ها به طور پی در پی در حالیکه روتور در آن می چرخد، متراکم و منبسط می شود. یک چرخه ۴ مرحله ای درون هر یک از سه محفظه به طور کامل انجام شده است و این به طور همزمان اتفاق می افتد. فرآیند ها، برای محفظه پایین سمت راست در شکل ۵ توضیح داده شده، شمل موارد زیر می شوند:
۱) مکش،
۲) تراکم،
۳) احتراق و انبساط و
۴) تخلیه.
موتور پورت بندی شده است و جریان گاز توسط مسیریابی گازهای ورودی و خروجی از طریق روتور به دست آمده است. موتور X1 دارای یک صفحه ورودی برای یک سمت محفظه، و یک صفحه خروجی به عنوان قسمت دوم محفظه آن است. هر صفحه دارای دریچه-هایی است، که به گاز اجازه می دهد تا به محیط (از طریق یک منیفولد) داخل یک کانال درون روتور جریان یابد.

مکش
صفحه مکش دارای سه دریچه است. هوای تازه به طور محوری از منیفولد مکش از میان دریچه جریان می یابد. حداقل یکی از سه دریچه همیشه با کانال ورودی درون روتور درگیر است. بنابراین کانال ورودی روتور به طور پیوسته با هوای تازه از منیفولد ورودی تامین شده است. کانال ورودی اجازه جریان گاز به یکی از محفظه های کاری از طریق دریچه روی سطح شعاعی روتور را می دهد. وقتی روتور می چرخد، دریچه در حال حرکت است، و فقط در معرض یکی از محفظه ها در زمان مشخص قرار گرفته است. وقتی فرآیند مکش شروع می شود، دریچه ورودی روتور ابتدا در معرض یک محفظه مشخص قرار گرفته است هنگامی که حجم آن حداقل است.
موقعیت دریچه ورودی زمان باز و بسته شدن ورودی را تعیین می کند. با قرار گرفتن دریچه ورودی بنابراین آن زود یا دیر بسته می شود، حجم ورودی نهایی کوچکتر از حداکثر حجم انبساط محفظه خواهد بود، بنابراین تغییر هندسی ساده ای می تواند استفاده شود تا انبساط بیشتری در موتور بدست آید.

تخلیه
فرآیند تخلیه شبیه فرآیند مکش است، اما در جهت عکس اتفاق می افتد. صفحه خروجی سه دریچه دارد که به جریان محوری خروجی از کانال تخلیه در روتور اجازه می دهد تا به منیفولد خروجی سرانجام خروج از موتور جریان یاید. در همه زمان ها، حداقل یکی از سه دریچه درگیر با کانال خروجی در روتور است، اجازه جریان بدون وقفه را می دهد. در ادامه فرآیند انبساط درون محفظه، هنگامی که روتور می چرخد، یک دریچه خروجی روی سطح شعاعی روتور به محفظه باز می شود. وقتی حجم حداکثر است دریچه باز می شود. حرکت روتور باعث کاهش حجم می شود، بنابراین موجب جریان گاز های خروجی از محفظه، از طریق دریچه خروجی در روتور، از میان کانال تخلیه داخل روتور، و سرانجام به سمت منیفولد خروجی می شود، هنگامی که گاز از میان دریچه های صفحه خروجی عبور می کند.

تراکم
پس از مرحله مکش، وقتی دریچه ورودی روتور در یکی از محفظه های کاری بسته می شود، حرکت روتور موجب می شود که حجم در محفظه بعلت تراکم گاز کاهش یابد. سرانجام، در TDC، حجم محفظه به حداقل خواهد رسید، حداکثر گاز در حجم ثابت محفظه احتراق قرار گرفته، که اساسا یک دوره رکود درون محفظه است. CR بالا با داشتن محفظه احتراق کوچک بدست آمده است.
احتراق
مرحله تراکم پس از آن احتراق و انبساط است. وقتی روتور به TDC نزدیک می شود، در X1، سوخت با استفاده از یک فشار بالای سیستم تزریق سوخت متداول تزریق شده است. برای توسعه نمونه اولیه، ما از پمپ های اتوماتیک خارج از قفسه بوش و انژکتور ها استفاده کرده ایم. در نزدیکی TDC، قوس محفظه با قوس روتور مطابقت می کند، و حجم بیش از ۲۰ درجه از چرخش روتور تقریبا ثابت باقی می ماند. در مدت این دوره، بشتر گاز در محفظه احتراق است. زمان زیادی برای تزریق سوخت وجود دارد، و موتور می تواند حداکثر سوخت را تحت شرایط حجم ثابت قبل از شروع انبساط مخلوط کند و بسوزاند. در موتور ، سوخت و هوا از قبل مخلوط شده اند و یک CR کمتری با SI استفاده شده است. موتور همچنان انتظار می رود از روند طولانی مدت احتراق حجم ثابت استفاده کند.

انبساط
سرانجام، وقتی روتور به چرخش ادامه دهد، حجم منبسط شده است. فشار گاز به روتور اعمال می شود که به گشتاور ترمز تبدیل می-شود. فرآیند انبساط ادامه می یابد تا اینکه حداکثر حجم انبساط بدست آید، و دریچه خروجی روتور باز شود. اگر دریچه های مکش و خروج به طور نامتقارن قرار گرفته باشند، نسبت انبساط موثر به طور قابل توجهی بیشتر از نسبت تراکم خواهد بود، اجازه می دهد که انرژی بیشتری از گاز به کار مفید تبدیل شود. این انبساط بیشتر همچنین دارای اثر کاهش دمای متوسط در محفظه، کاهش نیاز به سرمایش است. بعلاوه، فشار خروجی می تواند نزدیک اتمسفر باشد- بنابراین دارای دما و فشار کمتر از اگزوز موتور سنتی است.

آب بندی
آب بندی روتور در موتور های دوار وظایف مشابهی را با رینگ های پیستون در یک موتور رفت و برگشتی انجام می دهند زیرا آنها یک آب بند برای گاز های حاصل از احتراق فراهم می کنند. شکل ۶ آب بندی گاز های اصلی اجزای موتور X1 را نشان می دهد. این_ها شامل فیس سیل (کاسه‌نمدی که از ترشح و نشتی سیالات از اطراف محور‌های دوار جلوگیری میکند) در هر طرف روتور، سه حداکثر آب بند و حلقه های O شکل ثابت در محفظه می شوند. فیس سیل ها درون شیار هایی روی سطح روتور با فنر هایی نصب شده اند. حداکثر آب بند های دو تکه ای در موتور X1 برای عملکرد آب بندی گاز بهتر در مقایسه با حداکثر آب بند یک تکه ای استفاده شده اند. با وجود ابعاد متفاوت، آب بند ها مشابه آب بند های مزدا RX-8 هستند.
آب بند های گاز در ابتدا با نیروی فنر قرار گرفته اند، اما در عمل، نیرو های گاز به مراتب بیشتر از نیروی فنر به آب بند ها اعمال می شوند. از آنجاییکه حداکثر آب بند های یک موتور دوار مرسوم در شکاف های شعاعی در هر راس روتور وارد می شوند، قسمت عمده نیرو که روی حداکثر آب بند کار می کند نیروی گریز از مرکز است، که یکی از محدودیت های عمده برای طراحی حداکثر آب بند در موتور های معمولی دوار است. به هر حال، نیروی گریز از مرکزی روی حداکثر آب بند موتور X1 وجود ندارد زیرا حداکثر آب بند در محفظه قرار دارد که یک قسمت ثابت است. همچنین شیوه روغنکاری تغییر می کند، هنگامی که حداکثر آب بند ثابت می تواند با مقدار کمی از روغن به طور مستقیم اندازه گیری شده در موقعیت آب بند از طریق محفظه اصلی ثابت یا قسمت جانبی محفظه روغنکاری شده باشد.

سرمایش
فرآیند انبساط بیش از حد HEHC دمای متوسط سیلندر را کاهش می دهد و خروجی خنک تر است. به عبارت دیگر، دما های احتراق بالاتر در حین احتراق حجم ثابت بدست آمده اند. لازم به ذکر است که حتی احتراق حجم ثابت، حداکثر دما ها و فشار ها در HEHC با مکش طبیعی کمتر از موتور دیزل با توربو شارژر است. سرمایش برای جلوگیری از گرمای بیش از حد اجزا و فشار سایش، بخصوص بعلت تنزل فیلم روغن در سطوح مشترک آب بند ضروری است. بر خلاف موتور وانکل ، احتراق در سه اتاق محفظه گسترش یافته است و هر یک از این اتاق ها همچنین یک مرحله مکش سرد را می بینند، بنابراین مساله گرمایش محفظه انتظار میرود کمتر از گرمایش روتور باشد. تکنیک های سرمایش سنتی، برای مثال صندوق آب در محفظه و سرمایش روغن با گذرگاه هایی در روتور، می تواند مورد استفاده قرار گرفته باشد. نمونه اولیه X1 بدون سرمایش اجرا شد، همانطور که این نمونه اولیه فقط برای نشان دادن عملیات اساسی این چرخه طراحی شده بود موتور از یک تکنیک سرمایش هوا استفاده می کند، هوا به طور محوری از طریق روتور در امتداد تعدادی از شیار ها جریان می یابد. شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) در rpm 10000 و بارگذاری کامل با یک دفع حرارت ۵۵ درصد از LHV سوخت را نشان می دهد، دمای روتور زیر (حداکثر دمای روغن روغنکاری ) با نرخ جریان نگه داشته شده است.