موتورهای دورانی (وانکل) زير مجموعه موتورهای احتراق داخلی می باشند. اما شيوه کار آنها با موتورهای رايج پيستونی کاملاً متفاوت است.

موتور وانکل ، موتوری با بازدهی حجمی شگفت‌انگيز

موتورهای کوچک وانکل که اساس کار آنها تقريباً با تمامی موتورهای خودروهای موجود متفاوت است، با اندازهٔ کوچک خود، قدرت بسيار زيادي توليد می کنند، برای مثال موتور وانکلی که به اندازهٔ موتور پيکان است بيشتراز ۶ برابر موتور پيکان قدرت توليد می کنند.

نسل جديد موتور پرقدرت و کوچک وانکل بر روى خودروى مزدا تاکنون نظر بسيارى را به خود جلب کرده است، مزدا RX 8خودروئى است که با موتور پيستونى کار نمى‌کند.
موتورهای وانکل به خاطر اندازهٔ کوچک موتور و برخوردارى از موتور گردشى بدون پيستون يک نمونهٔ منحصربه‌فرد در صنعت خودرو هستند،البته اين موتورها پس از گذشت چهار دهه استفاده ازموتور وانکل اين سامانه دوباره درمزدا متولد شده است.

اين موتور از موتورهای قبلى خودروها بسيار کوچکتر است ولى توانائى کسب قدرت بالائى نسبت به موتورهای پيستونى را دارد. به‌عنوان مثال يک موتور۱۳۰۰سى‌سى حجم،قدرت ۲۵۰ اسب بخار را توليد مى‌کند و داراى دورى معادل ۸۵۰۰ دور دردقيقه است.

کارآئى گرمائى موتورهای وانکل به‌دليل هم‌زمانى سه مرحلهٔ مکش،تخليه و انفجار بسيار بالا است و اين عملکرد باعث مى‌شود در سرعت بالا نيز اين خودروها با حالت فقيرسوزى توانائى کارکرد داشته باشند. مکش بالا و سيستم انژکتورى در موتور وانکل باعث مى‌شود در هر سرعت، احتراق کامل صورت گيرد؛ اين موتورهابه‌صورتى ساخته شده‌اند که نسبت به موتورهای معمولى اکسيد نيتروژن کمترى توليدکنند.

اگزوزهاى کنارى اين موتورها، هيدروکربن‌هاى نسوخته را گرفته و آن را براى احتراق بعدى آماده مى‌کند. ويژگى اين موتور تبديل‌کنندهٔ کاتاليز و مانیفولد خاص اگزوز دو لايه آن است که دماى گازهاى خروجى را حفظ مى‌کند تا عمل کاتاليز هنگام روشن شدن موتور، حتى در شرايط سرد، عملکرد قابل قبولى داشته باشد.

اساس کار موتوروانکل مانند ساير موتورهای احتراق داخلى است که در آن، انرژى شيميائى به حرارتی وبعد به انرژى مکانيکى تبديل مى‌شود. در موتور وانکل مانند موتورهای بنزين ”چهارزمان“ وجود دارد که مخلوط هوا و بنزين وارد محفظه‌اى از موتور مى‌شود سپس با کوچک شدن حجم آن، مخلوط هوا و بنزين تحت فشار قرار گرفته و با ايجاد جرقه از طريق شمع انفجار حاصل مى‌شود. مولکول‌هاى گاز بر اثر احتراق منبسط مى‌شود بنابراين فشارمحفظهٔ تراکم به شدت بالا مى‌رود نيروى آن به روتور اعمال شده و به‌دليل اختلاف مرکز دوران بين روتور و ميل‌لنگ، نيروى چرخش در روتور توليد مى‌شود.

اين نيروى چرخشى به بادامک محور که در داخل روتور قرار دارد، وارد مى‌شود و باعث چرخش محورمتصل به چرخ‌ها مى‌شود. در موتورهای پيستونى چرخهٔ کامل در چهار زمان و يا در دوزمان انجام مى‌شود، در موتور وانکل نمى‌توان اين اصطلاح را به‌کار برد زيرا حرکت مشخصى در يک زمان مشخص، قابل تفکيک نيست تنها مى‌توان گفت عمليات انجام شده چرخه‌اى خودکار است.

اساسى‌ترين اختلاف بين موتور پيستونى و نوع روتورى در حرکت پيستون وروتور است. در موتور وانکل، پيستون به روتور تبديل مى‌شود که جسمى است معمولاً مثلثى‌ شکل با وجوه محدّب که در داخل محفظهٔ مخصوص، حرکت دورانی مى‌کند. حذف قطعات متحرک يکى از مزاياى موتور وانکل از نظر صرفهٔ اقتصادى محسوب مى‌شود. در موتور وانکل محفظهٔ عمليات به شکل مخصوصى ساخته مى‌شود و همان وظيفه را دارد که سيلندر موتورهاى پيستونى عهده‌دار است يعنى با گردش روتور در داخل آن، تغيير حجم به‌وجود مى‌آيد و عمليات احتراق صورت مى‌گيرد، روتور جانشين پيستون مى‌شود و همان وظيفه را انجام مى‌دهد يعنى گاز را متراکم مى‌کند نيروى احتراق را تحمل مى‌کند و نيروى توليد خود را به بادامک انتقال نيرو، منتقل مى‌کند. در موتورهای خودرو معمولاً يک يا دو روتور وجود دارد، بنابراين محور موتور معمولاً يک بادامک يا دو بادامکى است. با مقايسه با چهار لنگ موجود بر روى ميل‌لنگ موتور هفت سيلندر، فضاى بسيار کمى در موتور وانکل اشغال مى‌شود. کشور ايران با توليد موتورهای وانکل سرى جديد ”مزدا“ در حال بازگشت به صنعت خودرو است که در صورت برطرف شدن معايب اين موتورها، صنعت خودرو جهان شاه درشد قابل توجهى در قيمت و قدرت خودروها خواهد بود.

تاريخچه موتور وانکل :

موتورهای پیستون روتوری (دورانی) که به موتورهای وانکل معروف هستند براي اولين بار توسط مخترع آلماني فليکس وانکل (Felix Wankel ) در سال 1957 طراحي و ساخته ودر سال 1964 اولين نمونه اين نوع موتور به توليد انبوه رسيد، که از آن زمان تا کنون اين موتور دوزمانه، تحت پژوهش و تکامل قرار گرفته است.

موتورهای دورانی (وانکل) زير مجموعه موتورهای احتراق داخلی می باشند. اما شيوه کار آنها با موتورهای رايج پيستونی کاملاً متفاوت است. در موتورهای پيستونی يک حجم يکسان و مشخص (حجم سيلندر) بصورت پی در پی تحت تأثير چهار فرآيند, مکش, تراکم, احتراق و تخليه قرار مي گيرد؛ حال اينکه 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 پذيرد. درست مثل اينکه برای هر فرآيند سيلندر مربوط به خودش را اختصاص داده باشيم و پيستون بصورت پيوسته از يکی به ديگری حرکت مي کند تا چهار فرآيند سيکل اتو را کامل نمايد.

موتورهای دورانی همانند 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 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 چيزي 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 سیلندر ایجاد 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.

باتوجه به جديد بودن موتور وانکل پيشرفت نسبی مناسبی در آن بوجود آمده است، زيرا موتورهای پيستونی که از اختراع آن حدود130سال مي گذرد در سالهای اخير تکامل نسبی پيدا کرده اند. اولين موتور پيستونی احتراق داخلی درسال 1878 ميلادی بوسيله دکتر نيکلاس اتو، طرح گرديد ولی موتور وانکل مربوط به 50 سال اخير است .

امروزه کارخانه هاي NSU آلمان، ToyoKogyo ژاپن،و کرتيس رايت آمريکا از موتور وانکل در انواع خودروها،ايرکرافت،و ساير موتور های صنعتی و مسابقه ای استفاده مي کنند.

اختلاف ها و شباهت ها در موتور های پيستونی و موتور های وانکل(روتوری) :

1- اساسی ترين اختلاف بين موتور های پيستونی و نوع روتوری در حركت روتور است.
2-درموتور های وانكل پيستون به روتور تبديل گرديده كه جسمی است مثلثی شكل و با وجوه محدب در داخل محفظه مخصوصی حركت دورانی ميكند.
3- در موتور هاي وانكل شاتون وجود ندارد بنابراين قدرت اعمال شده بر روتور بلافاصله بر محور موتور كه هر دو حركت دورانی هم جهت دارند منتقل ميشود.
4-در موتور وانكل قطعات زيادی حذف شده است و حذف اين قطعات هم به جهت وزنی و هم به جهت اتلاف نشدن انرژی جز مزايای موتور وانكل محسوب ميشود. در حقيقت قطعات بكار رفته در موتور وانكل نصف موتور های رايج بودو بعلاوه حجم منتاژ شده موتور های وانكل خیلی كمتر از موتور های رايج بوده .
5-كيفيت كاری موتور وانكل به دليل هايی كه در بحث می آيد بيشتر از موتور هاي رايج است.
6- در موتور وانكل ميلنگ به فرم رايج U نيست و در واقع به شكل بادامك در آمده است كه در محفظه خالی وسط رتور قرار گرفته و با هم حركت ميكنند و به عبارت ديگر قسمت تو خالی وسط روتور ياتاقان بادامك محور موتور ميباشد و از همين ياتاقان نيروی روتور به بادامك و محور انتقال پيدا ميكند .
7-در وتور هاي خودرو معمولآ يك يا دو روتور وجود دارد ينابراين محور موتور معمولآ يك يا دو بادمكي ميباشد بنابراين با مقايسه با چهار لنگ موجود در ميلنگ موتور هشت سيلندر V شكل(از لحاظ توان خروجي برابرند) فضایی بسيار كمی در موتور وانكل اشغال ميشود.

بصورت جرئی تر :

1)دريک لحظه معين عمليات مختلفی در سه وجه روتور اتفاق می افتد، که هيچ گونه تشابهی با يکديگر ندارند.

2)بر حسب معمول عمليات احتراق با سيکل اتو مقايسه می شود که در موتور های پيستونی رفت و برگشتی معمول است،بنابراين بعلت هم زمانی عمليات سه گانه تجسم آن کمی دشوار است.

3)قطعات متحرک کمتر: همان طور که در مطالب قبلی هم ذکر شد، موتورهای دورانی در مقايسه با موتورهای چهار زمانه پيستونی قطعات متحرک کمتری دارند. يک موتور دورانی دو روتوره، سه قطعه متحرک اصلی يعنی "دو روتور و محور خروجی، درحالی که ساده ترين موتورهای پيستونی چهار سيلندر دست کم 30تا40 قطعه متحرک بيشتردارند،برای مثال" پيستونها، شاتونها، ميل لنگ، ميل بادامک، سيتم اهرم بندي سوپاپ ها، تسمه تايمينگ و ... ،کم بودن قطعات متحرک مي تواند دليلي بر قابليت هاي موتورهای دورانی باشد.

در موتور دورانی تعداد قسمت هاي متحرک به مراتب کمتر از يک موتور پيستوني مشابه است.يک موتور دورانی دو روتوره سه قسمت متحرک دارد:دو روتور و يک شفت خروجي.حتي ساده ترين موتور پيستوني چهار سيلندر،حداقل 40 قسمت متحرک دارد:پيستون ها،ميل بادامک،سوپاپ ها،فنر سوپاپ ها،رقاصک ها،تسمه تايم،چرخ دنده ها و ميل لنگ،ميله هاي رابط.

اين تعداد کم قسمت هاي متحرک،قابليت اطمينان موتورهای درواني را بالا مي برد.به همين دليل است که بعضي از سازندگان فضاپيما،موتورهای دورانی را ترجيح مي دهند.

همه ی قسمت هاي موتور دورانی در يک جهت و به طور پيوسته مي چرخند و تغيير جهت هاي ناگهاني (مانند پيستون ها) وجود ندارد.

موتورهای دورانی از نظر داخلي به وسيله ی وزنه هاي تعادلي چرخان ،که براي از بين بردن ارتعاشات نصب شده اند، متعادل مي شوند.

تحويل نيرو در موتورهای چرخان نيز يکنواخت تر انجام مي شود.از آنجاکه هر مرحله احتراق در چرخس روتور به اندازه ی 90 درجه پايان مي يابد و شفت خروجي به ازاي هر دور روتور، سه دور مي زند، بنابراين هر مرحله احتراق پس از 270 درجه چرخش شفت خروجي پايان مي يابد. اين بدان معني است که يک موتور تک روتوره،براي 4/3 از هر دور چرخش شفت خروجي ، نيروي محرکه توليد مي کند. اين را مقايسه کنيد با يک موتور تک سيلندر پيستوني که در آن احتراق در 180 درجه از دو دوران کامل اتفاق مي افتد (يعني 4/1 از هر چرخش ميل لنگ)

4 )کارکرد نرم و بدون لرزه : تمام قطعات موتور دورانی بطور پيوسته در حال چرخش اند، آن هم در يک جهت،که در مقايسه با تغيير جهت شديد قطعات متحرک در موتورهای پيستونی از جايگاه خاصی برخوردارند.

موتورهای دورانی بدليل تقارن خاص قطعات گردنده داراي بالانس داخلی می باشند که هرگونه ارتعاشي را از بين می برد، همچنين انتقال قدرت در موتورهای دورانی نيز نرم تر است، زيرا هر احتراق در طول 90درجه چرخش روتور حاصل مي شود.

از آنجايي که چرخش محور خروجي سه برابر چرخش روتور است پس هر احتراق در طول 270درجه چرخش محورخروجي حاصل مي گردد، اين يعني يک موتور تک روتوره در سه بار،يک سوم گردش محورخروجي خود، قدرت انتقال مي دهدکه در مقايسه با موتور تک سيلندر پيستوني که احتراق در طول 180درجه از دو دور گردش ميل لنگ يا يک سوم گردش محور خروجي آن صورت مي گيرد.

تمام قطعات موتور دورانی بطور پيوسته در حال چرخش آن هم در يک جهت مي باشد که در مقايسه با تغيير جهت شديد قطعات متحرک در موتورهای پيستوني از ارجحيت خاصي برخوردار است.موتورهای دورانی بدليل تقارن خاص قطعات گردنده داراي بالانس داخلي است که هرگونه ارتعاشي را از بين مي برد. همچنين انتقال قدرت در موتورهای دورانی نيز نرم تر است ؛ زيرا هر احتراق در طول 90 درجه چرخش روتور حاصل مي شود. از آنجاييکه چرخش محور خروجي سه برابر چرخش روتور است پس هر احتراق در طول 270 درجه چرخش محورخروجي حاصل مي گردد.اين يعني يک موتور تک روتوره در سه ربع گردش محورخروجي خود قدرت انتقال مي دهد؛ در مقايسه با موتور تک سيلندر پيستوني که احتراق در طول 180 درجه از دو دور گردش ميل لنگ يا يک ربع گردش محور خروجي آن رخ مي دهد.

5) کار آهسته تر :  بدليل گردش روتور در يک سوم گردش محور خروجی آن، قطعات اصلی موتور آهسته تر از قطعات موتورهای پيستونی حرکت می کنند،واين مزيت قابليت اطمينان به اين موتور را بالا می برد.

از آن جا که روتور ها با سرعتی به اندازه 3/1 سرعت شفت خروجی می چرخند، قسمت های متحرک موتور دورانی آرامتر از قسمت های موتور پيستونی حرکت می کنند. که اين موضوع قابليت اطمينان موتور هاي دورانی را افزايش مي دهد.

از آنجاييکه گردش روتور يک سوم گردش محور خروجي آن است, قطعات اصلي موتور آهسته تر از قطعات موتورهای پيستوني حرکت مي کنند. که اين موضوع قابليت اطمينان به اين موتور را بالا مي برد.

 6) از آنجا که روغن موتور در موتور وانکل بطور مستقيم در معرض دودها و گازها قرار ندارد لذا به ندرت آلوده شده و تعويض مرتب روغن چندان ضروری نيست.

7 ) روغنکاری ياتاقان های موتور دقيقا مانند موتور های پيستونی بوده و با روغن تحت فشار اويل پمپ انجام ميگيرد،ولي روغنکاری رينگ ها بصورت اختلاتی بابنزين می باشد (مانند موتورهای دوزمانه بنزينی).

8 ) هر دو نوع موتور سوخت يکسانی را مصرف مي کنند(بنزين).

9 ) هر دو نوع موتور نياز به سيستم جرقه زنی دارند.

10 ) برای هر دو موتور می توان سيستم کاربراتور يا انژکتور را انتخاب نمود.

11 ) وسيله خنک کاری هر دو موتور مي تواند آبی يا هوايی باشد.

ساختمان موتور وانکل و اصلاحات انجام شده :

جنس ساختمانی موتور وانکل از همان موادی است که در موتورهای پيستوني با آن ساخته مي شوند، در اين موتور هم از آلياژ آلومينيوم ، چدن و فولاد بکار می رود.در يک موتور وانکل تک واحدي، ازشش تا هشت قسمت اصلي تشکيل شده است که به آنها اشاره ميکنم.

1 ) يک محور اصلی وجود دارد که جانشين ميل لنگ در موتورهای پيستونی بوده و محور لنگ حذف گرديده وبجاي آن بادامک گرد خارج از مرکز ساخته شده است.اين قسمت بادامک خارج از مرکزکه استوانه اي شکل است، در داخل روتور بصورت ياتاقاني قرار می گيرد.

2 ) يک روتور ديده مي شود که منشوری شکل است،و وجوه جانبی آن محدب می باشد.در وسط روتور، استوانه ای توخالي ايجاد شده که باداشتن تکيه گاه ياتاقانی (بابيتی يا رولبرينگی) روی بادامک محور اصلی قرار می گيرد. بين مرکز بادامک استوانه ای و مرکز محور اصلی فاصله ای وجود دارد که به آن شعاع خارج از مرکز گفته می شود، که جانشين شعاع لنگ ميل لنگ،در موتور های پيستونی می باشد.به عبارت ديگر گشتاور موتور عبارتست از نيروی واردشده بر روتور، ضربدر فاصله خارج از مرکز .

3 ) يک محفظه که شکل مخصوصي دارد، که کار سيلندر را در موتور وانکل را انجام می دهد. اين محفظه مانند دو استوانه متداخل مي باشد که در دوقسمت وسط دو برجستگی وجود دارد. در اطراف محفظه مجاری آب براي خنک کاری موتور ، دريچه ورودی و خروجی ( اگر دريچه ها در محيط محفظه باشند ) و جای شمع وجود دارد.

4 )  دو درپوش در دوطرف محفظه قرار داردکه بوسيله پيچ های بلند به يکديگر متصل وبا محفظه اصلی يک مجموعه را تشکيل مي دهند.

ياتاقان بندی محور اصلی، درخارج از هر درپوش تکيه گاه ياتاقان بندی شده تا با اين طراحی، بار موتور از روي آنها حذف گردد.

5 ) دو وزنه تعادل که در روی محور اصلی قرار گرفته، در مقابل بادامک خارج از مرکز نصب شده، و تعادل ديناميکی به محور می دهد.

6 ) نصب دنده ای بر روی محور اصلي برای درگيری با دنده موتور استارت .

واحد های روتور در موتور وانکل :

براي افزودن واحد های روتور کافی است عوامل زير اضافه شوند :

روتور، محفظه، ديواره واسطه، محور جديد .

قطعات حساس موتور وانکل :

محفظه عمليات، روتور، رينگها و محور اصلی.

محفظه عمليات در طرحهاي گوناگون ساخته می شود اما از بهترين طرحها می توان به نوع، اپی تروکوئيد اشاره کرد که شبيه دواستوانه متداخل می باشد.

از نظر طراحان هر يک از محفظه های موتور که عملی جدا از محفظه ديگر انجام ميدهد بايد نسبت به هم کاملا جداسازی و گاز بندی باشند. تحقق اين خواسته مهمترين دشواری موتور وانکل محسوب می شود. اگر رينگ های پيشانی که در رئوس روتور قرار دارند سخت تر بسازند تا ساییدگی کمتری داشته باشند، در اينصورت محيط محفظه را خراش داده و ايجاد خطوط ناصاف می کند. اخيرا مواد مختلفی براي ساختن رينگ هابکار می برند که خاصيت روانکاری بهتری دارند. شرکت مزدا از رينگهای کربنی استفاده کرده و يا اخيرا مواد ترکيبی بدست آورده اند که از تزريق پودر آلومينيوم در مجاورت گرما ، پخته شده و جسم محکم کم اسطکاکی بوجود آوردند ويا در از موارد از رينگهاي سراميکی استفاده ميشود.

قدرت موتور وانکل :

قدرت خروجی موتوروانکل مانند موتورهای دوزمانه محاسبه می شود،(البته محاسبه حجم مفيد موتور وانکل پيچيده تر است).

قدرت يک موتور دو روتوری وانکل، برابر يک موتور چهار سيلندر چهار زمانه مشابه از نظر حجم مفيد می باشد(چون در هر دور يک احتراق خواهيم داشت يعنی در هر سيکل که شامل سه دور محور است، سه احتراق در سه دور محور)، انجمن مهندسين طراح معتقدند که حجم کل سيلندر موتور وانکل برابر است با دو برابر حجم يک محفظه ضربدر تعداد روتور.

راندمان حرارتی موتور وانکل :

راندمان حرارتی موتور، با نسبت تراکم ارتباط مستقيم دارد. در موتور وانکل افزايش دادن نسبت تراکم نباز به بنزين با اکتان بالا ندارد، لذا مي توان نسبت تراکم را بالا برد تا راندمان حرارتی آن افزايش يابد.
عامل موثر ديگر بر راندمان حرارتی موتور، سرعت موتور است، از آنجا که مقاومت موتور وانکل به علت حذف قطعات متحرک اضافي مانند" شاتون، گزين پين،تسمه تايمينگ، سيتم اهرم بندي سوپاپ ها و ... ، کمتر مي باشد و لذا سرعت موتور بيشتر بوده و در نتيچه راندمان حرارتی موتور هم از اين نظر افزايش مي يابد.

عامل ديگر زمان تنفس و تخليه بزرگ بودن مجاري ورود و خروج گاز و دود می باشد.

مراحل کارکرد موتور وانکل :

مراحل کارکرد موتور ”وانکل“ بسيار پيچيده‌تر از موتورهای پيستونى است،به‌طورى‌که در يک لحظه در سه وجه روتور (قطعهٔ مثلث‌شکلى که در خودروهاى وانکل جايگزين پيستون شده است) عمليات مختلفى که هيچ‌گونه تشابهى باهم ندارند، اتفاق مى‌افتد.

در داخل محفظهٔ احتراق، روتور مثلثى‌شکلى که وجوه محدب دارد، طورى مى‌چرخد که در هر لحظه هر سه رأس آن با محيط داخلى محفظه‌دار در تماس باشد.

روتور ضمن چرخش به دور محور خود، حرکت انتقالى نيز انجام مى‌دهد؛ مانند گردش زمين به دور خورشيد که در حال گردش به دور خود، حول خورشيد نيزمى‌گردد.

مرکز محور موتور با مرکز محفظهٔ احتراق بر هم منطبق است، ولى مرکز بادامک‌هاى محور به فاصلهٔ کمى نسبت به مرکز آن دو خارج از مرکز است. در حقيقت وجود اين اختلاف، باعث حرکت انتقال روتور در محفظه وايجاد تغيير حجم در آن مى‌شود؛ در حالى که روتور يک دور کامل در محفظه گردش مى‌کند،محور اصلى را سه دور مى‌چرخاند.

اين نسبت حرکت ناشى از تأثير دو حرکت چرخش بالاست و براى اصلاح حرکت صحيح انتقالى روتور در محفظهٔ داخلی، ازسيستم چرخ‌دنده‌ٔ هادى استفاده مى‌شود. چرخ‌دندهٔ کوچک ثابت بوده و روى درپوش جانبى قرار مى‌گيرد وکوچکترين تغييرى در حرکت و نسبت حرکت اين روتور و محور ايجاد نمى‌کند.

 در هر گردش روتور چهار عمل کارى مکش، تراکم، انفجار و تخليهٔ گازها در هر طرف آن به‌وجود آيد.

روتور در مرحلهٔ مکش در جهت عقربه‌هاى ساعت حرکت مى‌کند و يک رأس مثلث از مقابلدريچهٔ ورود هوا عبور کرده و دريچه باز مى‌شود و به‌علت افزايش حجم، خلاء در وجهىاز روتور به‌وجود آمده و باعث کشيدن هوا به داخل موتور مى‌شود. با چرخش روتور، وجه ديگرى از آن، دريچه را مى‌بندد و با کاهش حجم باعث افزايش فشار مى‌شود. در زمان احتراق، حجم بالاى روتور وجه مثلثى آن به کمترين مقدار رسيده و در زمان پيش ازايجاد اين حجم، جرقه از طريق دو شمع زده مى‌شود که باعث به‌وجود آمدن انرژى جنبشى در لحظهٔ احتراق شده که عامل اصلى حرکت خودرو است.

با چرخيدن روتور در جهت عقربهٔ ساعت، دريچهٔ خروجى باز شده و گازهاى داخل محفظه تخليه مى‌شود و اين تنها چهار عمل در يک وجه مثلث است. اين اتفاق در هر دور روتور در سه وجه مثلث روتور به‌ وجود مى‌آيد. اين طرز کارکرد باعث مى‌شود در يک دور، چهار مرحلهٔ کارى موتوراتفاق بيفتد. در موتورهای پيستونى در دو دور، يک‌مرتبه چهار مرحلهٔ کارى موتوراتفاق مى‌افتد. اين طرز کارکرد باعث کوچک شدن موتور و افزايش قدرت موتور و ”وانکل“ مى‌شود. به‌دليل غيرمعمول بودن اين روش و مصرف بالاى سوخت اين روش هنوز به‌صورت گسترده در خودروسازان ديگر مورد استقبال قرار نگرفته اما با برطرف شدن مشکل مصرف سوخت به احتمال زياد موتورهای وانکل مورد توجه خودروسازان ديگر نيز قرار خواهدگرفت.

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 درصورتي که در موتورهای دورانی هر کدام از اين چهار فرآيند در نواحي خاصي از محفظه سيلندر که تنها متعلق به همان فرآيند مي باشد صورت می گيرد.

موتورهای دورانی مانند موتورهای پيستونی از انرژی فشار ايجاد شده بواسطه احتراق مخلوط سوخت و هوا استفاده مي 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 براي خودرو تبديل مي کند،در صورتيکه در موتورهای دورانی فشار ناشی از احتراق، نيرویی 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 جايگزين پيستون گرديده 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 شوند و 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 مي کند و گازهاي سوخته را بيرون می راند.

قطعات يک موتور دورانی وانکل :

موتور های دورانی دارای سيستم جرقه و سوخت رساني 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 بندي جانبی روتور را به عهده دارد.

روتور دارای چرخ دنده داخلی در مرکز يک وجه جانبی می باشد. اين چرخ دنده با يک چرخ دنده 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.

همواره سه لبه روتور در تماس با ديواره محفظه قرار گيرد و سه حجم گازبندي 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.

محفظه سيلندر :

محفظه سيلندر تقريباً بيضی شکل است و شکل محفظه احتراق نيز بگونه ای طراحی شده است که همواره سه لبه روتور در تماس با ديواره محفظه قرار گيرد و سه حجم نشت بندی شده را بسازد.هر قسمت از اين محفظه به يکی از فرآيندهای موتور اختصاص خواهد داشت. ( مکش- تراکم - احتراق- تخليه)

پورتهای مکش و تخليه هر دو، در ديواره محفظه تعبيه شده اند. و سوپاپی برای اين پورتها وجود ندارد. پورت تخليه مستقيماً به اگزوز راه دارد و پورت مکش به دريچه گاز.

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 می باشند نيروی وارد از طرف روتور به اين بادامکها، گشتاوری در محور ايجاد می کند که باعث چرخيدن آن مي شود.

رينگها:

اگر رينگهای پيشانی را كه در رئوس روتور قرار دارند سخت بسازند تا سائيدگی كمتری داشته باشند در اينصورت محيط محفظه را خراش داده و ايجاد خطوط ناصافی می كند.

البته راه حلهای مختلفی برای مشكل فوق پيشنهاد گرديده است. مثلاً بعضی از كارخانه های اتومبيل سازی محيط محفظه را با پوشش سختی اندود مي كنند و برخی ديگر از رينگهای سخت و كم اصطكاك استفاده می نمايند.

رينگهای روی روتور در معرض نيروهای مختلفی قرار دارند. مثلاً نيروهای گريز از مركز و جذب به مركز، نيروی فشار گاز و نيروی اصطكاك ناشی از مقاومت مسير حركت. از طرف ديگر موقعيت رينگهای پيشانی دائماً در حال تغيير می باشد. وقتی رأس روتور در روی بزرگترين و كوچكترين محور قرار دارد رينگ پيشانی عمود بر محيط محفظه می باشد و در مواضع ديگر رينگها با زاوية غير 90 حركت می كنند.

اخيراً مواد مختلفی براي ساختن رينگها به كار می برند كه خاصيت روانكاری بهتري دارند مثلاً شركت مزدا از رينگهای كربنی استفاده نموده است و يا اخيراً مواد تركيبی بدست آورده اند كه با تزريق پودر آلومينيوم در مجاورت گرما پخته شده و جسم محكم كم اصطكاكي بوجود می آيد( Sintering ) بعضی موقع هم از رينگ های سراميكی استفاده می شود.

توان موتور دورانی وانکل :

قلب يک موتور دورانی روتور آن است، روتور روی يک بادامک دايروی، بر محور خروجی سوار شده است. اين بادامک از خط مرکزی محور خروجی فاصله داشته و همانند يک ميل لنگ عمل می کند،چرخش روتور نيروی لازم جهت چرخش محورخروجی را تامين می کند. همزمان با چرخش روتور در محفظه، اين قطعه، بادامک را در يک مسير دايروی به حرکت در می آورد به قسمی که هر دور کامل روتور منجر به سه دور چرخش محور خروجی می گردد.

همچنان که روتور درون محفظه حرکت می کند، سه حجم جداگانه ايجاد شده توسط روتور، نيز تغيير مي کند. اين تغيير فرآيند پمپ کردن را ايجاد می کند.

نحوه ی کار موتور وانکل

موتور هاي وانکل همانند موتور های پيستونی از چرخه ی 4 کورسی احتراق  استفاده می کند.ولی در موتور های وانکل بطور کامل بصورت و روش ديگر است.

قلب موتور وانکل "گردنده" (rotor) است.گردنده تقريبا" معادل پيستون در موتورهای پيستوني است.گردنده روی برآمدگی های بزرگ دايره ای  شفت سوار شده است.اين برآمدگی ها که از مرکز شفت جابجا شده اند همانند دسته ميل لنگ عمل مي کند و اين امکان را به rotor  می دهند که ميله ی خروجی را بگرداند.زماني که rotor در داخل محفظه می گردد بر برآمدگی های شفت در گرداگرد يک دايره ی تنگ فشار وارد می کند (می چرخاند), سه بار چرخيدن شفت بازاي هر گردش rotor را به وجود می آورد.

در ميان محفظه مي گردد, سه محفظه ی ايجاد شده بوسيله ی rotor تغيير اندازه مي دهند.اين تغييرات اندازه عمل مکش(pumping)را ايجاد مي کند.اينک به بررسي 4 کورس در موتور وانکل براي يکrotor می پردازيم :

مرحله مکش :

کورس مکش از لحظه ای شروع می شود که راس يکی از وجه های روتور ، از مقابل دريچه ورودی هوا عبور نموده ودريچه باز شود. بزرگترين مقدار حجم مکش موتور در قسمت مکش صورت می گيرد، که به دليل ازدياد ناگهانی حجم، و فشار داخل محفظه کاهش يافته و اين اختلاف فشار (محيط با داخل محفظه) سبب وارد شدن مخلوط سوخت وهوا به داخل آن می شود. هنگامی که وجه بعدی روتور از جلوی پورت ورودی می گذرد محفظه بصورت کامل نشت بندی می شود تا فرآيند تراکم شروع شود. دريچه موتور وانکل، گاهی در محيط محفظه و گاهی بر روی درپوش های جانبی ساخته می شود و يا ممکن است يکی در روی درپوش و ديگری در روی محيط محفظه باشد.

مرحله تراکم :

با چرخش روتور حجم محصور شده سوخت به سمت شمع سوق داده شده،حجم مربوطه به کمترين مقدار خود نزديک می شود و اين درست هنگامی است که با جرقه شمع احتراق شروع می گردد. گاز تحت فشار بين رينگ های روی روتور که تعداد آنها بين نه تا پانزده عدد است، محصور بوده و از فرار آنها جلو گيری می کند ( از نه عدد رينگ، سه عدد رينگ پيشانی و شش عدد رينگ جانبی است که در دوسطح روتور نصب می شود).

نسبت تراکم موتورهای وانکل را با تغيير شکل هندسی محفظه ، روتور، و ميل لنگ و تجربه های گوناگون بدست می آورند.  

در موتورهای وانکل Audi-NSU مدل RO80 باحجم مفيد CM 87/994 مکعب، در دورRPM5500 قدرت موتور 130اسب بخارو نسبت تراکم آن 9:1 می باشد.

در موتور Mazda مدل R100 حجم مفيد موتورCM4/983 مکعب است که در دور RPM7000 قدرتي معادل 100 hp را با نسبت تراکم 1: 4/9 توليد مي کند.

نسبت تراکم موتور وانکل بر اساس طراحي مقدار شعاع روتور و مقدار خارج از مرکز محور تعيين مي شود.

مرحله قدرت (احتراق) :

پس از اينکه روتور به مرحله تراک رسيد و مخلوط سوخت و هوا به بالا ترين سطح تراکم رسيد، شمع جرقه می زند و مخوط سوخت و هوا متراکم شده، منفجر می گردد. پس ازحرکت بيشتر روتور، گازمحترق شده منبسط می گردد و فشار محفظه احتراق را به شدت افزايش می دهد اين فشار ايجاد شده برسطح روتور تاثير گذاشته و نيروی فشاری توليد می گردد که اثر نيرو در بازوی اهرم، گشتاور متوسط موتور را بوجود می آورد. در بعضی(بيشتر)مواقع احتراق ناقصی رخ می دهد، به همين دليل در اکثر موتورهای دورانی از دو شمع در اين ناحيه استفاده مي شود. در حقيقت می توان گفت ، از تاثيرنيروی وارده بر روتور در اين فاصله، گشتاور موتور بوجود می آيد.

مرحله تخليه :  

بعد از مرحله انبساط گاز و ايجاد قدرت، راس آن قسمت از وجه روتور که از مقابل دريچه خروجی که در محيط محفظه قرار دارد می گذرد، دودهاي حاصل از سوختن هيدروکربورها به اگزوز انتقال می يابد. در موتور دوزمانه وانکل، دريچه ورودی و خروجی بصورت دائمی باز هستند و هر وجهی که در مقابل اين درچه ها واقع شود، عمليات ورود يا خروج تنها در آن وجه صورت می گيرد.
يکی از مزايای موتور وانکل آن است که فرصت هر مرحله از عمليات چهار زمان سيکل اتو زيادتر ودر حدود 270درجه است، بنابراين راندمان حجمی موتور وانکل نسبت به موتور اتو که معدل هر مرحله آن 180درجه می باشد بيشتر است.

مونتاژ موتور های وانکل

موتور های دوار (وانکل) بصورت لايه ای مونتاژ می شوند.يک موتور وانکل 2 گردنده ايی(tworotor)که ما در نظر گرفتيم از 5 لايه اصلی که بوسيله ی يک طوقه ی بزگ در کنار هم چفت شده اند.ماده ی خنک کننده از ميان مجاری که همه ی اجزا را احاطه کرده است عبور می کند.

ویدئو معرفی و نمایش موتور وانکل

دو لايه آخري شامل درزگير و  ياتاقان براي "ميله ی خروجی" است.همچنين اين قسمت ها با دو بخش محفظه که گردنده را شامل مي شود, آب بندی شده است.سطح داخلي اين قسمت ها بسيار صيقلی می باشد تا قطعات آب بندی کننده کار خود را بخوبی انجام دهند.و مجاری ورودی (مکش) در انتهاي هر يک از اين قسمت ها قرار دارد.

لايه ی بعدي از بيرون محفظه ی تخم مرغی rotor است که شامل دهنه و مجرای تخليه می باشد. اين بخشی از محفظه ی موتور است که گردنده (rotor) را در برمی گيرد.

قسمت مرکزی شامل دو مجرای مکش, هر يک براي هر گردنده است.همچنين اين دو گردنده (rotor) سوا می شوند بنابراين سطح خارجی بايد بسيار صيقلی باشد تا موتور آب بندی شود.

در مرکز هر rotor يک چرخدنده ی بزگ سوار بر چرخدنده ی کوچکی که به محفظه متصل است , وجود دارد.اين بخش برای هدايت چرخش rotor است.همچنين گردنده (rotor) بر روی برآمدگی های دايره ای بزرگ ميله (شفت) سوار می شود.

از موتور های وانکل در موارد بسيار زيادی از کاميون ها و حتی اتوبوس ها استفاده شده است.ولی می توان گفت که سرآمد وسايل نقليه ی که از اين موتور استفاده می کنند اتومبيل مزدا RX-7 و RX-8 می باشند.

نحوه کارکرد موتور وانکل

نحوه قرار گيری اجزاء موتور وانکل کنار هم :

موتور دورانی بصورت لايه لايه مونتاژ ميگردد. 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.

لايه های اول و آخر دارای نشت بندی و ياتاقانهای مناسب جهت محور خروجی ميباشد. آنها همچنين دو مقطع محفظه روتور را نشت بندی می کنند. سطح داخلی اين قطعات بسيار هموار است که اين خود به نشت بندی روتور متناسب با کارش کمک می کند. روی هريک از قطعات دو انتها يک پورت ورودی تعبيه شده است.

چالش ها در طراحی موتورهای دورانی:

الف)ساخت موتورهای دورانی که بتواند استانداردهاي آلودگی را پوشش دهد بسيار مشکل است ولی امکان پذير.

ب)هزينه ساخت آنها معمولاً بالاتر از موتورهای رايج پيستونی است، بيشتر به اين دليل که سهم توليد آنها نسبت به موتورهای پيستونی پايين تر است.

ج)مصرف سوخت اين گونه موتورها بالاتر از مصرف سوخت موتورهای پيستونی است زيرا مشکل کشيده و طولانی بودن محفظه احتراق و نسبت تراکم پايين اين موتورها راندمان ترموديناميکی آنها را محدود مي کند.

ساخت موتورهای پیشرفته "وانکل‌" درسپاه

وانکل‌ به موتورهایی گفته می‌شود که فاقد پیستون بوده و اصطلاحاً، دورانی یا درون سوز هستند. در موتورهای وانکل، فشار حاصل از احتراق، نیرویی بر روتور (چرخانه) وارد می‌کند و باعث چرخش آن می‌شود یعنی همان کاری که پیستون در موتورهای دیگر می‌کند. اما در موتورهای وانکل، پیستون از چرخه تولید توان در موتور حذف شده و توان مورد نیاز برای حرکت میل‌لنگ‌ها، از چرخش روتور در داخل موتور تولید می‌شود.

مهمترین مزیت این کار، اولا کاهش وزن موتور و ثانیا، انجام کارهای مورد نیاز، یعنی چرخش میل‌لنگ و نهایتا حرکت‌دادن محور با همان توان و یا حتی کمتر است به این معنا که در موتورهایی که با پیستون کار می‌کنند، گاز ناشی از احتراق سوخت باعث حرکت پیستون‌ها شده و با حرکت پیستون‌ها، میل‌لنگ‌ها به چرخش درآمده و نهایتا محورها به حرکت در می‌آیند.

مشابه همین فرآیند با وسعت کمتری در مورد پهپادها نیز صادق است اما حالا با حذف فرآیند کارکردن پیستون‌ها برای دست‌یابی به حرکت محور و چرخش ملخ‌ پهپاد، مصرف انرژی و احتراق سوخت در موتور، کاهش یافته و با سبک‌شدن وزن موتور به خاطر حذف پیستون‌ها، قطعا پرنده بی‌سرنشین با سرعت بیشتر و برد بیشتری می‌تواند عملیات انجام دهد.

وانکل‌های سپاه

با توجه به این نیاز، متخصصان سپاه پاسداران انقلاب اسلامی با تولید 2 موتور وانکل در ابعاد و کارکردها مختلف، قدرت عملیاتی پهپادهای نیروی هوافضا را بالا برده‌اند، چیزی که سردار حاجی‌زاده 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 پهپادهاست؛ سردار سلامی جانشین فرمانده کل سپاه هم درباره این تحول گفته بود: امروز به یک نقطه بسیار قابل قبولی در این زمینه رسیده‌ایم؛ این توانمندی ما در این فناوری در حدی است که به‌عنوان مثال یکی از پهپادهای ما با ویژگی رادارگریزی 30 ساعت مداومت پرواز دارد و شعاع عملیاتی آن نیز حدود  3هزار کیلومتر است که هم در بخش شناسایی و هم در بخش تهاجمی کاربرد فوق‌العاده‌ای دارد. لازم به ذکر است که 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 اما با اعلام دستیابی سپاه به برد 3 هزار کیلومتر و مداومت پروازی 30 ساعته، یک سوال مطرح شد و آن اینکه سپاه چگونه به این میزان از برد و مداومت پروازی دست یافته است؟

در ذیل، نام و مشخصات کامل 2 نوع از موتورهای وانکل متعلق به سپاه پاسداران برای نخستین بار منتشر می‌شود:

موتور دورانی شاهد 783 - وانکل

اما موتورهای تولید شده توسط متخصصان صنایع هوایی کشورمان در سپاه پاسداران انقلاب اسلامی، تنها به موتور دورانی شاهد 783 محدود نشده است، بلکه متخصصان سپاه با "تکیه بر توان داخلی" توانسته‌اند موتور دیگری به نام موتور دورانی شاهد 788 را نیز تولید کنند، موتوری که در مشخصات فنی، پیشرفته‌تر از نسل اول موتورهای وانکل شاهد است. شاهد 788 با همان میزان سوخت (100LL) توانی معادل 50 اسب بخار تولید می‌کند که این افزایش توان به معنای بالا رفتن سرعت و کاهش مصرف سوخت و نهایتا افزایش برد پرنده می‌شود.

موتور دورانی شاهد 788 - وانکل

منبع: کارگیک