موتور دورانی یا وانکل چیست و چگونه کار می کند؟

موتور دورانی یک موتور احتراق داخلی است درست مثل موتور اتومبیل ولی کاملا متفاوت با موتور های مرسوم پیستونی کار می کند.در یک موتور پیستونی حجم مشخصی از فضا (سیلندر) متناوبا چهار کار متفاوت را انجام می دهد.مکش،تراکم،احتراق،و خروج دود.موتور دورانی همین کار را انجام می دهد اما هر کدام در جای مخصوص خوذ انجام می شود و این شبیه این است که برای هر کدام از چهار مرحله یک سیلندر جداگانه داشته باشیم و پیستون به طور پیوسته از یکی به بعدی حرکت کند.موتور دورانی که مخترع آن دکتر فلیکس وانکل بود، گاهی موتور وانکل یا موتور دورانی وانکل نامیده می شود.در این مقاله می آموزیم که موتور دورانی چگونه کار می کند.

موتور وانکل یا دورانی

موتور وانکل معروف ترین موتور دوار است که با روشی متفاوت از موتورهای پیستونی توان تولید می کند. اغلب خودروبازان موتور وانکل را در کنار نام مزدا می شناسند و تصور می کنند مخترع این موتور شرکت مزدا است. اما این موتور در یک شرکت موتورسیلکت سازی آلمانی توسعه داده شده است.

در ابتدا تصور براین بود که موتور وانکل می تواند به عنوان جایگزینی برای موتورهای رفت و برگشتی در خودروهای سواری، مورد استفاده قرار گیرد.اما با تمام مزایایی که این نوع موتورها دارند تا به حال بخاطر برخی ضعف ها، نتوانسته است جای موتورهای پیستونی را بگیرد.هرچند در تمام این سال ها موتور وانکل بسیار پیشرفت کرده است، اما هنوز باید با مشکلاتی دست و پنجه نرم کند.موتور وانکل از نظر ابعاد کوچکتر و سبک تر است و سرعت بالاتری را ایجاد می کند.که این امر باعث می شود نسبت قدرت به وزن و حجم افزایش یابد.به همین دلیل در هواپیماهای سبک، هواپیماهای مدل، موتور سیکلت ها، قایق های موتوری، ابزارهای باغبانی و… مورد استفاده قرار می گیرد.

تاریخچه موتور وانکل

موتور وانکل برای اولین بار توسط مهندس آلمانی به نام فلیکس وانکل (Felix Wankel) طراحی و ساخته شد.فلیکس وانکل، مخترع موتورهای دوار که به موتورهای وانکل معروف هستند، متولد 13 آگوست 1902 در آلمان است.طبق گزارش ها، وانکل هنگامی که تنها 17 سال داشت، ایده خود را برای نوع جدیدی از موتور بنزینی احتراق داخلی ارائه داد.در سال 1924، وانکل آزمایشگاه کوچکی را تاسیس کرد و در آنجا تحقیق و توسعه موتور رویایی خود را آغاز کرد.

این موتور می توانست به صورت کاملا متفاوت از موتورهای رفت و برگشتی، هنگام چرخش به مکش، تراکم، احتراق و تخلیه برسد.او کار خود را با موسسه تحقیقات هوایی آلمان در طول جنگ جهانی دوم شروع کرد.سپس در سال 1951 به یک شرکت پیشرو در ساخت خودرو و موتورسیکلت، NSU Motorenwerk AG، پیوست.وانکل اولین طراحی رسمی خود را از موتور دوار در سال 1954 انجام داد.اولین نسخه موتور DKM 57 نام داشت و 21 اسب بخار قدرت تولید می کرد.این موتور در سال 1957 آزمایش شد.پس از آنکه NSU رسماً از تکمیل موتور دوار وانکل در اواخر سال 1959 خبر داد، حدود 100 شرکت در سراسر جهان پیشنهادهایی برای دریافت آن موتور فرستادند.

نحوه کارکرد موتور وانکل

موتور وانکل همانند موتور پيستونی از انرژی فشار ايجاد شده بواسطه احتراق مخلوط سوخت و هوا استفاده می کنند؛ در موتور پيستونی فشار ناشی از احتراق به پيستون ها نيرو وارد کرده و آنها را به عقب و جلو می راند.شاتون و ميل لنگ اين حرکت رفت و برگشتی پيستونها را به حرکت دورانی و قابل استفاده برای خودرو تبديل می کنند.

در صورتيکه در موتورهای دورانی, فشار ناشی از احتراق، نيرويی را بر سطح يک روتور مثلث شکل که کاملاً محفظه احتراق را نشت بندی کرده است، وارد می کند. اين قطعه (روتور) همان چيزی است که بجای پيستون از آن استفاده می شود.روتور در مسيری بيضی شکل حرکت می کند؛ بگونه ای که هميشه سه راس اين روتور را در تماس با محفظه سيلندر نگه داشته و سه حجم جداگانه از گازها, بين سه سطح روتور و محفظه سيلندر ايجاد می کند.

همچنان که روتور حرکت می کند هر کدام از اين سه حجم پی در پی منبسط و منقبض می شوند؛ و همين انقباض و انبساط است که مخلوط هوا و سوخت را به داخل سيلندر می کشد, آنرا متراکم می کند, در طول فرآيند انبساط توان مفيد توليد می کند و گازهای سوخته را بيرون می راند.

قسمت های گوناگون موتور دورانی

موتور دورانی یک سیستم جرقه و تحویل سوخت دارد که شبیه به قسمتهای مشابه در موتور پیستونی هستند.

روتور

روتور سه سطح محدب دارد که هر کدام مثل یک پیستون عمل می کند.هر سطح یک فرورفتگی دارد که حجم مخلوط هوا و سوخت را در موتور افزایش می دهد.در قسمت انتهایی هر سطح یک تیغه ی فلزی وجود دارد که اتاقک احتراق را آب بندی می کند و مانع خروج مواد از اتاقک احتراق می شود.همچنین حلقه های فلزی در هر طرف روتور وجود دارند که به اطراف اتاقک احتراق محکم می شوند.روتور یک سری دندانه های داخلی دارد که در مرکز یک لبه بریده شده اند.این دندانه ها با چرخ دنده هایی که به بدنه ی موتور محکم شده اند درگیر می شوند.این در گیر شدن مسیر و جهت حرکت روتور در داخل بدنه را مشخص می کند.

بدنه

بدنه تخم مرغی شکل است.شکل اتاقک احتراق به طوری طراحی شده است که سه رأس روتور همواره در تماس با دیواره ی اتاقک خواهند بود و سه حجم جدای گاز را ایجاد می کنند.هر قسمت بدنه به یک مرحله از عمل احتراق اختصاص دارد.این چهار مرحله عبارتند از:

1. مکش
2. تراکم
3. احتراق
4. تخلیه

مجراهای مکش و تخلیه در بدنه طراحی شده اند. این مجراها سوپاپ ندارند.اگزوز خودرو مستقیماً به مجرای تخلیه وصل می شود. مجرای مکش هم مستقیماً به دریچه ی ساسات وصل می شود.کمپانی مزدا در تولید و توسعه ی خودروهایی که از موتور دورانی استفاده می کنند سابقه ی طولانی دارد. مزدا RX-7 که در ۱۹۷۸ به فروش رسید موفق ترین خودرو با موتور دورانی بوده است. ولی پیش از آن خودروها،کامیون ها و حتی اتوبوس هایی با موتور دورانی تولید شده بودند.سرآغاز آن ها هم Cosmo sportدر ۱۹۶۷ بود.آخرین سالی که RX-7 در آمریکا فروخته شد سال ۱۹۹۵ بود ولی موتور دورانی در آینده ی نزدیک به بازار برمی گردد .

مزدا RX-8 خودرو جدیدی از کمپانی مزدا است که یک موتور دورانی جدید و برتر به نام Renesis را عرضه کرده است.این موتور که موتور بین المللی سال ۲۰۰۳ نامیده شد،به صورت طبیعی مکش دارد و یک موتور ۲ روتوره می باشد که قدرت آن ۲۵۰ اسب بخار است.

تفاوت موتور وانکل با موتورپیستونی

موتورهای دورانی در مقایسه با موتورهای چهار زمانه پیستونی قطعات متحرک کمتری دارند. یک موتور دورانی دو روتوره سه قطعه متحرک اصلی دارد.دو روتور و محور خروجی.این در حالیست که ساده ترین موتورهای پیستونی چهار سیلندر دست کم ۴۰ قطعه متحرک دارد: پیستون ها، شاتونها، میل لنگ، میل بادامک، سوپاپ ها، فنر سوپاپها، اسبک ها، تسمه تایمینگ و … .

کم بودن قطعات متحرک می تواند دلیلی بر قابلیت اعتماد و اعتبار موتورهای دورانی باشد و به همین خاطر است که کارخانه های سازنده وسایل هوانوردی ( هواپیما و کایت های با موتور احتراق داخلی) موتورهای دورانی را به موتورهای پیستونی ترجیح می دهند.

کارکرد نرم و بدون لرزه موتور دورانی

تمام قطعات موتور دورانی بطور پیوسته در حال چرخش آن هم در یک جهت می باشد که در مقایسه با تغییر جهت شدید قطعات متحرک در موتورهای پیستونی از ارجحیت خاصی برخوردار است.موتور دورانی بدلیل تقارن خاص قطعات گردنده دارای بالانس داخلی است که هرگونه ارتعاشی را از بین می برد. همچنین انتقال قدرت در موتورهای دورانی هم نرم تر است ؛ چون هر احتراق در طول ۹۰ درجه چرخش روتور حاصل می شود.از آنجاییکه چرخش محور خروجی سه برابر چرخش روتور است پس هر احتراق در طول ۲۷۰ درجه چرخش محورخروجی حاصل می گردد.این یعنی یک موتور تک روتوره در سه ربع گردش محورخروجی خود قدرت انتقال می دهد؛ در مقایسه با موتور تک سیلندر پیستونی که احتراق در طول ۱۸۰ درجه از دو دور گردش میل لنگ یا یک ربع گردش محور خروجی آن رخ می دهد.از آنجاییکه گردش روتور یک سوم گردش محور خروجی آن است, قطعات اصلی موتور آهسته تر از قطعات موتورهای پیستونی حرکت می کنند. که این موضوع قابلیت اطمینان به این موتور را بالا می برد.

موتور وی تک ( VTEC ) چیست و چگونه کار می کند؟