موتور وانکل چیست و عملکرد آن چگونه است؟

از دست ندهید

از تندر ۹۰ جدید ایران خودرو تا تندر ۹۰ جدید سایپا ؛ تفاوت این دو خودرو در چیست؟

دو شرکت ایران خودرو و سایپا در حال کار روی دو مدل جدید از تندر ۹۰ هستند اما هر...

ثبات قیمت و رکود معاملات در بازار خودرو ادامه دارد + جدول قیمت

ثبات قیمت و رکود معاملات در بازار خودرو ادامه دارد. بیت ران - ثبات قیمت و رکود معاملات در بازار...

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.

بیت ران- امیرحسین اسماعیل بیگی: وانکل‌ به موتورهایی گفته می‌شود که فاقد پیستون هستند و به آنها دورانی می گویند.

در موتورهای وانکل، فشار حاصل از احتراق، نیرویی بر روتور وارد می‌کند و باعث چرخش آن می‌شود.

یعنی همان کاری که پیستون در موتورهای دیگر می‌کند.

موتورهای دوار (وانکل) زیر مجموعه موتورهای احتراق داخلی بنزینی محسوب می شوند.

این موتورها مانند موتور پیستونی بنزینی کاملا براساس سیکل اتو کار می کنند.

پس اصول موتور وانکل کاملا با موتور پیستونی بنزینی یکسان است.

اما شیوه انجام آن چهار سیکل با موتورهای پیستونی کاملا متفاوت 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.

فلیکس وانکل
فلیکس وانکل

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.

اولین موتور وانکل
اولین موتور ساخته شده توسط فلیکس وانکل

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.

مزدا کازمو اولین خودرو ساخته شده با موتور وانکل

مزدا، خودروساز ژاپنی، پس از دریافت تاییدیه از دولت ژاپن در سال 1961 با NSU قرارداد رسمی امضا کرد.

مزدا در سال 1963 دپارتمان تحقیقاتی (Engine Rotary) را تشکیل داد.

تلاش برای توسعه موتور دوار و تکمیل آن برای استفاده در وسایل نقلیه، از آن زمان شروع شد.

برای اولین بار موتور دو روتور وانکل 800 سی سی با قدرت 110 اسب بخار روی خودرو اسپرت مزدا کازمو (Mazda Cosmo) به بازار عرضه شد.

مزدا کازمو
مزدا کازمو اسپرت

مزدا در سال 1968 نصب موتورهای وانکل را در سدان ها و کوپه های خود آغاز کرد.

این خودروها در سال 1971 وارد بازار ایالات متحده شد.

در سال ۱۹۶۹ فولکس‌واگن، شرکت NSU را با اتو یونیون (Auto Union) ادغام کرد.

از این ادغام برند جدید آئودی متولد شد.

در پی بروز بحران جهانی نفت در 1973، مزدا به طور مداوم روی بهبود موتورهای دوار خود برای بهبود راندمان سوخت کار می کرد.

علاوه بر مزدا، تعدادی از شرکت های دیگر در دهه های 1960 و 1970 مجوز تولید موتور وانکل را دریافت کردند.

دایملر-بنز، آلفا رومئو، رولز رویس، پورشه، جنرال موتورز، سوزوکی و تویوتا از آن جمله اند.

در همین حال، فلیکس وانکل کار خود را با موتور دوار ادامه داد و مرکز تحقیقات خود را در اواسط دهه 1970 در لینداو، آلمان تشکیل داد.

در سال 1986، او این موسسه را برای 100 میلیون دویچ مارک (حدود 41 میلیون دلار) به دایملر-بنز فروخت.

وانکل ثبت اختراع جدید را در اواخر سال 1987 انجام داد.

سال بعد، او پس از یک بیماری طولانی درگذشت.

این موتور هنوز روی برخی محصولاتی مانند مزدا RX-8 نصب می شود.

پیکربندی موتور وانکل

موتور وانکل، پیکربندی متفاوتی از موتورهای پیستونی دارد.

هرچه موتورهای پیستونی پیچیده و پر از قطعات متنوع هستند، در مقابل موتور وانکل ساختاری ساده دارد.

ساختار شامل سه قسمت اصلی روتور، محفظه و محور خروجی است.

هیچ خبری از سوپاپ ها، میل سوپاپ ها و قسمت های تایم بندی نیست.

تمام چهار مرحله چرخه اتو در فضای بین یک روتور متقارن سه‌گوش و یک بدنه رخ می‌دهد.

در این موتور دو بخش چرخنده وجود دارد: روتور مثلثی شکل و محور خروجی.

در طراحی این موتور از یک محور (Shaft) غیر هم‌ مرکز استفاده شده که قادر است انرژی تولید شده از احتراق گاز را به صورت مستقیم به حرکت چرخشی در محور محرک تبدیل کند.

موتور وانکل می تواند شامل یک، دو یا چند روتور باهم روی یک محور خروجی باشد.

ما در ادامه موتور تک روتور را بررسی می کنیم.

تصویر زیر تمام اجزا مکانیکی اصلی موتور دو روتور وانکل و هندسه آن را نشان می دهد.

اجزا موتور وانکل
اجزا موتور وانکل

روتور:

روتور دارای سه وجه محدب، در واقع یک مثلث باد شده است که هر وجه آن کار یک پیستون را انجام می‌دهد.

روی هر وجه یک فرو رفتگی وجود دارد که باعث افزایش حجم محفظه احتراق می شود.

کار آب ‌بندی هر وجه نسبت به وجه دیگر به عهده سه گوشه روتور است.

و کار آب بندی نسبت به محیط بیرون بر عهده دو واشر دو طرف روتور است.

همچنین، روتور دارای دندانه ‌هایی در قسمت درونی است که به آن اجازه می‌دهد مانند چرخ‌دنده، حول محور بچرخد.

این دنده ها کار زمان بندی و تایم را در موتورهای پیستونی انجام می دهد.

و در پشت دنده ها یک یاتاقان قرار می گیرد.

روتور موتور وانکل
روتور موتور وانکل

بدنه (Housing):

این محفظه تقریباً بیضی شکل است (در واقع اپی تروکوئید است).

طراحی محفظه به شکلی است که سه گوشه روتور، همیشه با آن در تماس باشد و بتواند آب بندی هر قسمت را انجام دهد.

دریچه ورودی و اگزوز، مستقیم به داخل محفظه باز می‌شوند و سوپاپی وجود ندارد.

این مراحل عبارتند از: مکش، تراکم، احتراق و تخلیه دود.

در اطراف بدنه کانال های آب وجود دارند که کار انتقال حرارت و خنک کاری را انجام می دهند.

در سمت چپ تصویر دو سوراخ مشاهده می کنید که مکان قرارگیری شمع های این موتور است.

در بالای بدنه یک سوراخ برای نصب انژکتور روغن قرار دارد.

بدنه موتور وانکل
بدنه موتور وانکل

محور خروجی:

این محور مانند میل لنگ در موتورهای پیستونی عمل می کند.

محور خروجی دارای برآمدگی ‌های دایره ای است که به صورت غیر هم‌ مرکز روی یک محور قرار گرفته‌ اند.

روتورهای مختلف را می‌توان روی هر یک از این برآمدگی‌ها قرار داد.

بنابراین، نیروی هر روتور، تبدیل به گشتاوری می‌شود که این محور را به چرخش در می ‌آورد.

سوراخ های موجود روی محور برای روغن کاری یاتاقان ها استفاده می شود.

شفت موتور وانکل
شفت موتور وانکل

نحوه کار موتور وانکل

چرخه موتور وانکل از قوانین سایر موتورهای احتراق داخلی پیروی می‌کند.

در این بخش، نگاهی به چهار مرحله موتور که با چرخش روتور ایجاد می شود می اندازیم.

شکل زیر، شماتیک این چهار مرحله و تناظر یک به یک آنها را با مراحل موتور پیستونی نشان می‌دهد.

با حرکت روتور در درون بدنه، سه محفظه ایجاد شده در اطراف روتور، توسط چرخش روتور تغییر اندازه می دهد.

این تغییر اندازه یک عمل پمپاژ و یک عمل مکش ایجاد می کند.

در موتورهای دورانی هر کدام از این چهار فرآیند در نواحی خاصی از محفظه سیلندر که تنها متعلق به همان فرآیند است، انجام می شود.

قلب موتور دوار روتور است این تقریباً معادل پیستون های موتور پیستونی است

مثل اینکه برای هر فرآیند، سیلندر مربوط به خودش را اختصاص داده باشیم و پیستون بصورت پیوسته از یکی به دیگری حرکت می کند تا چهار فرآیند سیکل اتو را کامل کند.

در موتورهای پیستونی فشار ناشی از احتراق به پیستون ها نیرو وارد می کند و آنها را به بالا و پایین می راند.

شاتون و میل لنگ این حرکت رفت و برگشتی پیستون ها 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 آب بندی کرده است، وارد می کند.

روتور در مسیری بیضی شکل حرکت می کند.

به گونه ای که سه حجم جداگانه از گازها، بین سه وجه روتور و محفظه سیلندر ایجاد می شود.

همچنان که روتور حرکت می کند هر کدام از این سه حجم پی در پی منبسط و منقبض می شوند.

همین انقباض و انبساط است که مخلوط هوا و سوخت را به داخل سیلندر می کشد، آنرا متراکم می کند، در طول فرآیند انبساط توان مفید تولید می کند و گازهای سوخته را بیرون می راند.

مراحل کار موتور وانکل
سیکل کاری موتور وانکل

مکش:

هنگامی که یکی از گوشه ‌های روتور از مقابل دریچه ورودی عبور می‌کند، مخلوط سوخت و هوا وارد اولین محفظه به وجود آمده می ‌شود.

این مخلوط می تواند توسط کاربراتور یا انژکتور تامین شود.

روی این موتور توانایی نصب توربوشارژر نیز وحود دارد.

با چرخش روتور، این حجم افزایش پیدا می کند و خلا به وجود می آید، مخلوط سوخت و هوا به داخل مکیده می شود تا وقتی که گوشه دوم به آن برسد و دریچه را مسدود کند.

با بسته شدن دریچه ورودی توسط گوشه دوم، مخلوط سوخت و هوا در این محفظه آب ‌بندی شده، حبس شده و برای مرحله تراکم مهیا می ‌شود.

تراکم:

 همانطور که روتور حرکت خود را داخل بدنه ادامه می دهد، حجم محفظه کوچکتر و مخلوط هوا و سوخت فشرده می شود.

نسبت تراکم معمولا در حدود 9 به 1 است.

و این موتور از حجم های 300 تا 2600 سی سی وجود دارد.

تا زمانی که فشرده سازی کامل شود، مخلوط را به سمت شمع نزدیک می کند، در این هنگام احتراق شروع می شود.

احتراق:

هنگامی که شمع جرقه می‌زند، این مخلوط با وقوع انفجار، منبسط می‌شود.

فشار ناشی از این انبساط، نیرویی در جهت پیشروی روتور به آن وارد می‌کند.

معمولا در موتورهای وانکل برای کاملا محترق شدن مخلوط، از دو شمع استفاده می شود.

زیرا محفظه احتراق طولانی است، بنابراین اگر فقط یک شمع وجود داشته باشد، شعله خیلی آهسته پخش می شود.

خروج دود:

به محض اینکه گوشه از مقابل دریچه خروج دود عبور می‌ کند، گازهای داغ حاصل از احتراق با فشار زیاد از این دریچه خارج می ‌شوند.

با ادامه چرخش روتور، رفته رفته از حجم محفظه مورد نظر کاسته می‌ شود.

به این ترتیب، گازهای باقیمانده هم از دریچه خروج دود، بیرون می ‌روند.

بلافاصله پس از اینکه گوشه دوم، دریچه خروج دود را مسدود کند، گوشه اول از مقابل دریچه ورودی عبور می ‌کند و چرخه تکرار می ‌شود.

به این نکته توجه کنید: همزمان با تخلیه دود از محفظه اول، محفظه دوم در مرحله تراکم قرار دارد و مخلوط سوخت و هوا وارد محفظه سوم می ‌شود.

بنابراین، این چهار مرحله همواره به صورت پشت سر هم در حال وقوع است تا عملکرد یکنواخت موتور را در پی داشته باشد.

مراحل کار موتور وانکل
مراحل کار موتور وانکل

انیمیشن سه بعدی موتور کامل و اجزا آن

ویژگی ها و چالش ها

چندین ویژگی تعیین کننده وجود دارد که موتور دوار را از یک موتور پیستون معمولی متمایز می کند.

قطعات متحرک کمتر نسبت به موتور پیستونی

موتور دوار دارای قطعات متحرک بسیار کمتری نسبت به موتور پیستونی است.

یک موتور دو روتور دوار دارای سه بخش اصلی در حال حرکت است: دو روتور و شافت خروجی.

حتی ساده ترین موتور پیستونی چهار سیلندر، حداقل 40 قطعه متحرک از جمله پیستون ها، میل سوپاپ، میل لنگ، سوپاپ ها، فنرهای سوپاپ، اسبک ها و… را دارد.

این به حداقل رساندن قطعات متحرک، می تواند منجر به قابلیت اطمینان بیشتر در موتور وانکل شود.

اندازه و وزن این موتور، در حدود یک‌ سوم موتور پیستونی است.

در حالی که می‌ تواند همان توان خروجی را فراهم کند.

از این رو، نسبت توان به وزن افزایش یافته است.

به همین دلیل است که برخی از سازندگان هواپیما (از جمله سازنده Skycar) موتورهای وانکل را به موتورهای پیستونی ترجیح می دهند.

صاف تر و بدون لرزش بودن موتور وانکل

تمام قطعات موجود در موتور دوار به طور مداوم در یک چرخش می چرخند، به جای اینکه تغییر مسیرهایی شدید مانند پیستون ها را در یک موتور معمولی انجام دهند.

در واقع موتور وانکل به صورت ذاتی بالانس است.

هنگامی که روتور یک دور کامل بچرخد محور خروجی سه دور می چرخد و هر محفظه یک بار مرحله توان را ایجاد می کند.

بنابراین برای هر یک دور روتور سه پالس قدرت اتفاق می افتند.

و برای هر دور محور خروجی یک پالس توان وجود دارد.

تصویر زیر نمای برش خورده موتور وانکل دو روتور را نشان می دهد.

در این موتور برای رسیدن به تعداد مراحل قدرت بیشتر در هر دور از دو روتور استفاده شده است.

این را با یک موتور پیستونی دو و چهار زمانه مقایسه کنید، که در دو زمانه به ازای هر دور میل لنگ یک پالس قدرت داریم و در موتور چهار زمانه در هر دو دور میل لنگ یک پالس قدرت داریم.

چالش های موتور وانکل:

در این موتور، هر قسمت از بدنه دمای متفاوتی دارد.

مثلا در قسمت مکش هوا، همیشه دما پایین است، اما درسمت دیگر که احتراق انجام می شود، دما به شدت بالا است.

این اختلاف دما باعث می شود در برخی شرایط، روتور نتواند محفظه را به طور کامل آب‌ بندی کند.

مرحله احتراق طولانی و در حال حرکت اتفاق می‌ افتد. همین امر باعث می ‌شود گاهی اوقات بدون اینکه احتراقی صورت بگیرد، مخلوط سوخت و هوا از اگزوز خارج شود.

با توجه به احتمال خروج سوخت تازه از اگزوز، این موتور نمی ‌تواند در برخی از استانداردهای آلایندگی نمره قبولی کسب کند.

این موتور به طور معمول بیشتر از موتورهای پیستونی سوخت مصرف می کنند.

زیرا بازده ترمودینامیکی موتور با توجه به شکل  محفظه احتراق طولانی و نسبت فشار کم کاهش می یابد.

یکی دیگر از معایب موتور وانکل روغن سوزی است.

در این موتور برای روانکاری گوشه های روتور نسبت به بدنه، روغن توسط انژکتوری روی دیوار داخلی پاشیده می شود و یا روغن با بنزین مخلوط می شود که مقداری از آن همواره می سوزد.

مزدا پیشرو در موتور وانکل:

مزدا پیشرو ترین شرکت در موتور وانکل است و تحقیقات زیادی روی این محصول انجام داده و پیشرفت های چشم گیری داشته است.

در طیف گسترده ای از خودرو های سواری خود بخصوص در سری RX از این موتور استفاده کرده است.

حتی مزدا برای یک خودرو مسابقه ای خود نیز از این موتور استفاده کرده و این خودرو در مسابقات لمانز نیز شرکت کرد.

تنها خودرو از آسیا شد که در مسابقات لمانز مقام آمرده است.

آخرین خودروی تولیدی با موتور وانکل مزدا RX-8 که از سال 2012 تا به حال تولید شده است.

مزدا rx8
مزدا RX-8 مدل 2018

وانکل های سپاه:

به گزارش تسنیم، متخصصان سپاه پاسداران انقلاب اسلامی با تولید 2 موتور وانکل در ابعاد و کارکردهای مختلف، قدرت عملیاتی پهپادهای نیروی هوافضا را بالا برده‌اند.

چیزی که سردار حاجی ‌زاده فرمانده نیروی هوافضای سپاه پاسداران 8 آذر سال 93 در قالب افزایش برد پهپادهای سپاه خبر داده و گفته بود:

«هر چند که ابتدا، پهپاد مهاجر برد 3کیلومتری داشت، اما امروز با ساخت انواع پهپاد با تنوع مأموریتی مختلف شعاع عملیاتی آنها نیز تا 3 هزار کیلومتر افزایش یافته که این مسئله یک خودکفایی بزرگ در صنعت دفاعی محسوب می‌شود.»

شاید یکی از مهمترین دلایل افزایش برد پهپادهای سپاه به 3 هزار کیلومتر، نصب و به کارگیری موتورهای وانکل روی این پهپادها است.

لازم به ذکر است: پیش از دستیابی سپاه به این برد و مداومت پروازی، پهپاد فطرس با 2000 کیلومتر برد و قابلیت 16 تا 30 ساعت مداومت پروازی و پهپاد شاهد129 با حدود 2000 کیلومتر برد و مداومت پروازی 24 ساعته، دوربردترین و با مداومت پروازی بالا، در صدر پهپادهای ایران قرار داشتند.

نام و مشخصات کامل 2 نوع از موتورهای وانکل متعلق به سپاه پاسداران:

موتور دورانی شاهد 783

وانکل های سپاه

موتور دورانی شاهد 788 موتور وانکل سپاه

بیشتر بخوانید:

لیدار برای رانندگی خودکار در ولوو استفاده می‌ شود

خودروسازان پیشگام فناوری را بشناسید

سیستم هشدار نقطه کور هوشمند کیا چگونه کار می‌کند؟




پاسخ دادن

دیدگاه خود را وارد کنید
لطفا نام خود را وارد کنید

آخرین اخبار

لامبورگینی Urus S با ۶۶۶ اسب بخار قدرت معرفی شد

لامبورگینی Urus S جدیدترین نسخه شاسی بلند این خودروساز ایتالیایی است که با قدرت شیطانی ۶۶۶ اسب بخار به...

سیتروئن Oli ، خودرو مفهومی برقی با لوگوی جدید...

سیتروئن Oli در شرایطی معرفی شد که این برند فرانسوی یک ری برندینگ بسیار بزرگ را تجربه می‌کند. Oli در حقیقت نخستین خودروی سیتروئن...

فراری SP51 شاهکاری منحصر به فرد بر پایه 812...

فراری SP51 ساعاتی پیش به عنوان نسخه ای منحصر به فرد از سوی این برند ایتالیایی معرفی شد. SP51 سوپر اسپرتی است که تنها...

ب ام و آلپینا B7 دیگر تولید نخواهد شد...

ب ام و آلپینا B7 به آخر خط رسید. ALPINA بلژیک ساعاتی پیش به طور رسمی اعلام کرد که آخرین نمونه B7 از خط...

ب ام و XM نخستین خودرو پلاگین هیبرید با...

ب ام و XM به عنوان نخستین خودروی پلاگین هیبرید که با برند M تولید می‌شود، ساعاتی پیش رسماً رونمایی شد. XM قرار است...

پست‌های مرتبط