موتور‌های وانکل یا دورانی

۰ 908

از ابتدای قرن بیستم میلادی بود که پیشرانه‌های درون‌سوز کم کم در صنعت حمل و نقل، پیشرانه‌های برون‌سوز و موتور‌های بخار را کنار زدند.

این پیشرانه‌ها به شکل رفت و برگشتی کار می‌کنند و با بالا و پایین کردن پیستون‌ها، به کمک میل‌لنگ این حرکت را به حرکت دورانی تبدیل می‌کنند. اما نمونه‌ای از پیشرانه‌های درون‌سوز نیز موجودند که به واسطه طراحی خاصشان، پیستون‌ها درون سیلندر از ابتدا به شکل دورانی حرکت می‌کنند و خبری از حرکت رفت و برگشتی و شاتون و … نیست. این نوع پیشرانه اختراع مهندس آلمانی، فیلیکس وانکل است که در این مطلب به نحوه کارکرد آن می‌پردازیم و از بیان مطالب بسیار جزئی آن که از حوصله مطلب خارج است، خودداری می‌کنیم.

تاریخچه
موتور‌های وانکل یا دورانی و یا روتاری، نمونه‌ای از  پیشرانه‌های درون‌سوز هستند که ایده اولیه آن در سال ۱۹۲۹ توسط مهندس فیلیکس وانکل ارائه شد اما شروع به کار ساخت نمونه‌های آن در سال ۱۹۵۱ صورت گرفت. این پیشرانه توسط ۲ مهندس تکمیل شد؛ فیلیکس وانکل و دیتر پاشکه که موتور‌های امروزی نیز از نمونه‌های ساخته‌شده توسط مهندس پاشکه هستند و ارتباط چندانی با موتور‌های طراحی وانکل ندارند اما چون ایده اولیه از وانکل بوده است، هنوز هم این نوع از پیشرانه‌ها به همین نام شناخته می‌شوند.

با توجه به قدمت کمتر موتور‌های دورانی نسبت به نمونه‌های پیستونی که بیش از ۱۳۰ سال در دنیای خودرو‌سازی حضور دارند، پیشرفت بیشتری در این پیشرانه‌ها صورت گرفته است. اگر در مطالب مرتبط با این پیشرانه‌ها کمی تحقیق کنید، حتما به نام NSU برخورد خواهید کرد که در واقع کمپانی آلمانی سازنده و در حال تحقیق و توسعه روی این نوع از پیشرانه‌هاست.

طرز کار پیشرانه وانکل
اساس کار موتور‌های وانکل نیز شبیه به پیشرانه‌های پیستونی است؛ یعنی در این پیشرانه نیز باید مراحل چهارگانه انجام شود تا سوخت منفجر شده و نیرو ایجاد شود. با این تفاوت که در پیشرانه‌های پیستونی، نیروی ایجاد شده به پیستون‌ها برخورد کرده و باعث حرکت رفت و برگشتی آنها می‌شود که در نهایت توسط میل‌لنگ به حرکت دورانی تبدیل می‌شود ولی در پیشرانه‌های وانکل این اتفاق به شکل دیگری رخ می‌دهد.

پیشرانه‌های وانکل از ۲ قسمت اساسی تشکیل می‌شود؛ روتور که در واقع نقش پیستون و دریافت‌کننده انرژی را دارد و محفظه‌ای که روتور در آن در حال چرخش است که نقش محفظه احتراق را بازی می‌کند. مراحل ورود ‌سوخت و هوا، تراکم و انفجار و تخلیه در هر گوشه این محفظه صورت می‌گیرد که برعکس پیشرانه‌های پیستونی، هر کدام از این مناطق فقط مختص به یک عمل است. روتور و محفظه احتراق به شکل‌های گوناگونی طراحی شده‌اند که امروزه نمونه محفظه احتراق اپی‌تروکوئید که در واقع به شکل‌ بیضی است (‌ترکیب ۲ استوانه‌)، بسیار گسترده‌تر است.

روتور به شکل مثلث است که درون این محفظه می‌چرخد و باعث می‌شود تا همیشه ۳ رأس مثلث روتور با دیواره محفظه در ارتباط باشد و در فضا‌های ایجاد شده بین رئوس روتور و دیواره‌ها، ۴ عمل اصلی تولید نیرو صورت بگیرد. موتور‌های وانکل معمولا به تعداد روتور‌هایشان شناخته می‌شوند، مثلا می‌گویند یک موتور ۲ روتوری و یا ۳ روتوری و … . چون در این پیشرانه اتلاف انرژی کمتر است، معمولا می‌توان از یک موتور ۲ روتوری با حجم مفید مشابه با یک پیشرانه ۴ سیلندر پیستونی، نیرویی برابر با آن گرفت. در این پیشرانه می‌توان نسبت تراکم را به‌راحتی بالا‌تر برد تا خروجی پیشرانه بیشتر باشد و راندمان آن بالا‌تر رود.

از طرفی چون این پیشرانه قطعاتی مثل شاتون، میل‌لنگ، تسمه‌های تایم، قطعات مربوط به پیستون مثل گژن پین و یاتاقان‌ها، سیستم تایم و میل‌بادامک و انگشتی و … ندارد، در کنار کاهش حجم و وزن آن، باعث می‌شود تا اینرسی سکون این قطعات وجود نداشته باشد و سرعت دوران موتور بالا‌تر باشد که در نهایت راندمان نهایی آن نیز بالاتر می‌رود. عامل مهم دیگر در راندمان این پیشرانه، درست مثل موتور‌های پیستونی، وضعیت ورود سوخت و خروج دود است که هرچه مجاری این دو عمل بزرگ‌تر باشد، نتیجه نهایی بهتر خواهد بود.

‌در این پیشرانه‌ها چیزی به اسم سوپاپ وجود ندارد و شبیه به پیشرانه‌های دو‌زمانه، محل ورود سوخت و هوا و خروج گاز‌های احتراق ‌روی دیواره سیلندر قرار دارد که با عبور روتور این مجاری باز و بسته می‌شوند. درون مرکز روتور یک چرخ دنده قرار دارد که با درگیری با چرخ دنده قرار گرفته روی محفظه سیلندر، باعث می‌شود تا روتور در یک نقطه خاص و مشخص دوران کند و از مدار خود خارج نشود. موتور دورانی به جای میل‌لنگ، یک شافت شبیه به میل بادامک موتور‌های پیستونی دارد که هر کدام از روتور‌ها، ‌روی یک بادامک قرار می‌گیرند.

البته سایز و اندازه این میل بادامک کوچک‌تر از یک میل‌لنگ است. بادامک‌ها نسبت به مرکز میله کمی حالت خارج از مرکز دارند، همین عامل سبب می‌شود تا با حرکت روتور‌ها، این میله نیز گشتاور چرخشی ایجاد کرده و میله بچرخد و نیروی چرخشی مورد نیاز برای انتقال به چرخ‌ها تولید شود.

ویژگی‌های خاص یک  موتور وانکل
همان طور که گفتیم هر کدام از ۴ عمل اصلی احتراق در یک محفظه جدا از دیگری صورت می‌گیرد که جدا بودن و آب‌بندی کامل این محفظه‌ها نسبت به هم یکی از مهم‌ترین چالش‌های موتور‌های وانکل است و در اینجا بحث رینگ‌های روتور این پیشرانه به میان می‌آید. رینگ‌ها در رئوس روتور قرار دارند که اگر از جنس سخت باشند، باعث خوردگی جداره‌های محفظه‌ها می‌شوند و اگر نرم باشند عمل آب‌بندی به شکل صحیح صورت نمی‌گیرد.

برای همین همیشه کمی اختلال در سوخت و ساز این پیشرانه‌ها وجود دارد که ناشی از ارتباط کم محفظه‌ها با هم است. طراحی خاص پیشرانه‌های وانکل باعث می‌شود تا در یک محفظه احتراق، در یک قسمت که مخلوط سوخت و هوا در حال تراکم است، در قسمت دیگر انفجار در حال رخ دادن باشد و همزمان در یک سمت دیگر دود مرحله قبلی در حال خروج باشد. این ویژگی باعث می‌شود تا این نوع خاص از موتور‌ها هم بازده حرارتی بالاتری داشته و هم توان دستیابی به دور موتور‌های بالاتر را دارا باشند.

در پیشرانه‌های پیستونی، برخی قطعات در حال حرکت رفت و برگشتی هستند و برخی قطعات حرکت دورانی دارند، ضمن اینکه جهت حرکت قطعاتی مثل پیستون و شاتون مدام در حال تغییر است، اما چون در موتور‌های وانکل همه قطعات در حال حرکت دورانی هستند، به همین خاطر نرمی و کارکرد بدون لرزه از ویژگی‌های بارز این موتور است. در این پیشرانه‌ها، روغن فقط به روانکاری قطعات مشغول است و مثل پیشرانه‌های بنزینی که با ضعیف شدن رینگ، در معرض دود و گاز‌های احتراق قرار می‌گیرد، نخواهد بود، به همین علت سرویس این موتور در دوره‌های بلند‌مدت‌تری انجام می‌شود.

البته در این میان نباید یک عیب بزرگ این پیشرانه‌ها را فراموش کنیم. موتور وانکل کارکردی شبیه به موتور‌های پیستونی دو‌زمانه دارد و به همین خاطر روانکاری رینگ‌هایی که وظیفه آب‌بندی رئوس روتور را بر عهده دارند، به شکل موتور‌های دو‌زمانه صورت می‌گیرد؛ یعنی روغن‌کاری با ورود مخلوط هوا و بنزین که همین باعث سوختن روغن در مرحله احتراق و ایجاد آلودگی می‌شود. البته رفع این عیب چندان سخت نیست ولی باعث افزایش قیمت این موتور‌ها می‌شود، ضمن اینکه در حالت عادی نیز این پیشرانه‌ها قیمت بالا‌تری از یک موتور پیستونی دارند.

هر چند می‌توان نسبت تراکم این موتور‌ها را با طراحی روتور و محفظه احتراق بالا برد اما به خاطر اینکه محفظه احتراق به شکل یک نوار است، این کار تا حد مشخصی ممکن است. به همین خاطر هر چند با نسبت حجمی کمتر، می‌توان توانی برابر با یک موتور پیستونی با حجم بیشتر به دست آورد اما همین تراکم پایین باعث می‌شود تا راندمان ترمودینامیکی آن پایین‌تر از موتور پیستونی باشد که به معنی مصرف سوخت بالا نسبت به حجم موتور است، اما در راندمان حجمی برتری با موتور‌های دورانی است.‌

نظرات

ایمیل شما منتشر نخواهد شد. فیلدهای ستاره دار الزامی هستند *

دسته‌ها

درباره ما

در وب سایت خودرو کاربران میتوانند تمای اطلاعات خودروهای ایرانی و خارجی را دریافت کنند اعم از: قیمت خودرو مقالات مرتبط با خودروها، لیست خودروها، مشخصات فنی خودروها، جدیدترین اخبار خودرو و مقالات مرتبط با خودروها