موتور وانکل Wankel Engine

تاریخچه موتور :
موتورهای پسیتون روتوری (دورانی) که به موتورهای وانکل معروف هستند برای اولين بار توسط مخترع آلمانی فليکس وانکل ( Felix Wankel ) در سال 1957 طراحی و ساخته ودر سال 1964 اولين نمونه اين 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 میلادی بوسیله دکتر نیکلاس اتو، طرح گردید ولی موتور وانکل مربوط به 50 سال اخیر است.
امروزه کارخانه های NSU آلمان، ToyoKogyo ژاپن،و کرتیس رایت آمریکااز موتور وانکل در انواع خودروها،ایرکرافت،و سایر موتور های صنعتی و مسابقه ای استفاده می کنند.

ساختمان موتور وانکل و اصلاحات انجام شده :
جنس ساختمانی موتور وانکل از همان موادی است که در موتورهای پیستونی با آن ساخته می شوند، در این موتور هم از آلیاژ آلومینیوم ، چدن و فولاد بکار می رود.در یک موتور وانکل تک واحدی، ازشش تا هشت قسمت اصلی تشکیل شده است که به آنها اشاره میکنم "

1)یک محور اصلی وجود دارد که جانشین میل لینگ در موتورهای پیستونی بوده و محور لنگ حذف گردیده وبجای آن بادامک گرد خارج از مرکز ساخته شده است.این قسمت بادامک خارج از مرکزکه استوانه ای شکل است، در داخل روتور بصورت یاتاقانی قرار می گیرد.
2)یک روتور دیده می شود که منشوری شکل است،و وجوه جانبی آن محدب می باشد.در وسط روتور، استوانه ای توخالی ایجاد شده که باداشتن تکیه گاه یاتاقانی (بابیتی یا رولبرینگی) روی بادامک محور اصلی قرار می گیرد. بین مرکز بادامک استوانه ای و مرکز محور اصلی فاصله ای وجود دارد که به آن شعاع خارج از مرکز گفته می شود، که جانشین شعاع لنگ میل لنگ،در موتور های پیستونی می باشد.به عبارت دیگر گشتاور موتور عبارتست از نیروی واردشده بر روتور، ضربدر فاصله خارج از مرکز .
3)یک محفظه که شکل مخصوصی دارد، که کار سیلندر را در موتور وانکل را انجام می دهد. این محفظه مانند دو استوانه متداخل می باشد که دردوقسمت وسط دو برجستگی وجود دارد. در اطراف محفظه مجاری آب برای خنک کاری موتور ، دریچه ورودی و خروجی (اگر دریچه هادر محیط محفظه باشند) و جای شمع وجود دارد.
4)دو درپوش در دوطرف محفظه قرار داردکه بوسیله پیچ های بلند به یکدیگر متصل وبا محفظه اصلی یک مجموعه را تشکیل می دهند.

یاتاقان بندی محور اصلی، درخارج از هر درپوش تکیه گاه یاتاقان بندی شده تا با این طراحی، بار موتور از روی آنها حذف گردد.
5)دو وزنه تعادل که در روی محور اصلی قرار گرفته، در مقابل بادامک خارج از مرکز نصب شده، و تعادل دینامیکی به محور می دهد.

6)نصب دنده ای بر روی محور اصلی برای درگیری با دنده موتور استارت .

واحد های روتور در موتور وانکل :
برای افزودن واحد های روتور کافی است عوامل زیر اضافه شوند :
روتور، محفظه، دیواره واسطه، محور جدید .

قطعات حساس موتور وانکل :
محفظه عملیات، روتور، رینگها و محور اصلی.
محفظه عملیات در طرحهای گوناگون ساخته می شود اما از بهترین طرحها می توان به نوع، اپی تروکوئید اشاره کرد که شبیه دواستوانه متداخل می باشد.
از نظر طراحان هر یک از محفظه های موتورکه عملی جدا از محفظه دیگر انجام میدهد باید نسبت به هم کاملا جداسازی و گاز بندی باشند. تحقق این خواسته مهمترین دشواری موتور وانکل محسوب می شود. اگر رینگ های پیشانی که در رئوس روتور قرار دارند سخت تر بسازند تا ساییدگی کمتری داشته باشند، در اینصورت محیط محفظه را خراش داده و ایجاد خطوط ناصاف می کند. اخیرا مواد مختلفی برای ساختن رینگهابکار می برند که خاصیت روانکاری بهتری دارند. شرکت مزدااز رینگهای کربنی استفاده کرده و یا اخیرا مواد ترکیبی بدست آورده اند که از تزریق پودر آلومینیوم در مجاورت گرما ، پخته شده و جسم محکم کم اسطکاکی بوجود آوردند ویا در از موارد از رینگهای سرامیکی استفاده می شود.
قدرت خرجی موتوروانکل مانند موتورهای دوزمانه محاسبه می شود،(البته محاسبه حجم مفید موتور وانکل پیچیده تر است).
قدرت یک موتور دو روتوری وانکل، برابر یک موتور چهار سیلندر چهار زمانه مشابه از نظر حجم مفید می باشد(چون در هر دور یک احتراق خواهیم داشت یعنی در هر سیکل که شامل سه دور محور است، سه احتراق در سه دور محور)، انجمن مهندسین طراح معتقدند که حجم کل سیلندر موتور وانکل برابر است با دو برابر حجم یک محفظه ضربدر تعداد روتور.
راندمان حرارتی موتور، با نسبت تراکم ارتباط مستقیم دارد. در موتور وانکل افزایش دادن نسبت تراکم نباز به بنزین با اکتان بالا ندارد، لذا می توان نسبت تراکم را بالا برد تا راندمان حرارتی آن افزایش یابد.
عامل موثر دیگر بر راندمان حرارتی موتور، سرعت موتور است، از آنجا که مقاومت موتور وانکل به علت حذف قطعات متحرک اضافی مانند" شاتون، گزین پین،تسمه تايمينگ، سیتم اهرم بندی سوپاپ ها و ... ، کمتر می باشد و لذا سرعت موتور بیشتر بوده و در نتیچه راندمان حرارتی موتور هم از این نظر افزایش می یابد.
عامل دیگر زمان تنفس و تخلیه بزرگ بودن مجاری ورود و خروج گاز و دود می باشد.

موتورهای دورانی وانکل

در موتورهای پيستونی متداول يک حجم يکسان و مشخص (حجم سيلندر) بصورت پی در پی تحت تأثير چهار فرآيند" مکش،تراکم، احتراق،و تخليه قرار مي گيرد درصورتی که در موتورهای دورانی هر کدام از اين چهار فرآيند در نواحی خاصی از محفظه سيلندر که تنها متعلق به همان فرآيند می باشد صورت می گيرد.
موتورهای دورانی مانند موتورهای پيستونی از انرژی فشار ايجاد شده بواسطه احتراق مخلوط سوخت و هوا استفاده می کنند،در موتورهای پيستونی فشار ناشی از احتراق به پيستونها نيرو وارد و شاتون و ميل لنگ اين حرکت رفت و برگشتی پيستونها را به حرکت دورانی و قابل استفاده برای خودرو تبديل می کند،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 قطعه ای است که جایگزین پيستون گردیده است.
روتور در مسيری بيضی شکل حرکت می کند،بطوری 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 شوندو همين انقباض و انبساط است، مخلوط هوا و سوخت را به داخل سيلندر کشده آن را متراکم می کند. در طول فرآيند انبساط توان مفيد توليد می کند و گازهای سوخته را بيرون می راند.

قطعات يک موتور دورانی:
موتور های دورانی دارای سيستم جرقه و سوخت رسانی مشابه با موتورهای پيستونی می باشند.

روتور:
 در راس هر وجه يک تيغه فلزی قرار گرفته که عمل نشت بندی سه حجم محبوس بين روتور و جداره سيلندر را بر عهده دارد. همچنين در هر طرف روتور (سطح فوقانی و تحتانی) رينگ های فلزی قرار گرفته اند که وظيفه نشت بندی جانبی روتور را به عهده دارد.

روتور دارای چرخدنده داخلی در مرکز يک وجه جانبی می باشد. اين چرخدنده با يک چرخدنده ديگر که روی محفظه سيلندر بصورت ثابت قرار دارد،با آن درگير می شود و اين درگيری است که مسير و جهت حرکت روتور را درون محفظه تعيين می کند.

 محفظه در بر دارنده روتورها.:

همواره سه لبه روتور در تماس با ديواره محفظه قرار گيرد و سه حجم گازبندی شده را می سازد. هر قسمت از اين محفظه به يکی از فرآيندهای موتور اختصاص خواهد داشت. ( مکش- تراکم - احتراق- تخليه)

مراحل مکش و تخليه هر دو، در ديواره محفظه تعبيه شده اند. و سوپاپی برای اين مراحل وجود ندارد. مرحله تخليه به طور مستقيم به اگزوز راه دارد و مرحله مکش به دريچه گاز ارتباط دارد.
 
محور خروجی:
محور خروجی دارای يک برآمدگی مدور (بادامک) می باشد که خروج از مرکز نسبت به خط مرکزی دارد. هر روتور روی يکی از اين بادامکها سوار خواهد شد.

 اين بادامک همانند يک ميل لنگ در موتورهای پيستونی عمل می کند. از آنجاييکه اين بادامکها دارای يک خروج از مرکز مي باشند نيروی وارد از طرف روتور به اين بادامکها، گشتاوری در محور ايجاد مي کند که باعث چرخيدن آن مي شود.
 
نحوه قرار گيری اجزاء کنار هم :
موتور دورانی بصورت لايه لايه مونتاژ مي گردد.

يک موتور دو روتوره به پنج لايه اصلی تقسيم بندی ميشود که با يک رديف دايروی از پيچ های بلند کنار هم نگه داشته شده اند. آب خنک کاری درراهگاههای دورتادور قطعات جريان دارد 
 در مرکز هر روتور يک چرخدنده داخلی بزرگ قرار دارد که حول يک چرخدنده کوچک ثابت روی محفظه موتور می چرخد. اين دو چرخدنده مسير حرکتی روتور را تعيين می کنند، همچنين روتور روی بادامک محور خروجی واقع شده و آن رابه گردش درمی آورد.
 

 موتور،سیلندر،پیستون و.....