پایگاه خبری اسب بخار
مرجع تخصصی اخبار و ویدیو خودرو

طرز کار موتور ونکل (Wankel Engine)

در میان موتورهای احتراقی، موتور ونکل بسیار متفاوت تر و خاص تر از بقیه شناخته می شود. این موتور توسط مهندس آلمانی «فلیکس ونکل» (Felix Wankel) طراحی و ساخته شد.

طراحی این موتور بسیار متفاوت تر از دیگر موتورهای احتراق داخلی است، اما مانند بسیاری از آن ها از چرخه اتو بهره می برد. تقریباً اکثر موتورهای احتراق داخلی رایج به صورت رفت و برگشتی (Reciprocating) کار می کنند که در آن ها از ترکیب سیلندر و پیستون استفاده شده است.

اما در این موتور با به کارگیری محفظه ای بیضی شکل و قرار دادن قطعه ای مثلثی درون آن توانستند موتوری طراحی کنند که از نظر ظاهری و فنی با موتورهای دیگر بسیار متفاوت باشد.

طرز کار این موتور به این صورت است که قسمتی که دارای سه کمان محدب و شبیه مثلث است (Rotor) درون محفظه ای بیضوی (Stator Housing) قرار می گیرد و با چرخش حول چرخ دنده ای که درون روتور قرار دارد چرخ دنده (Pinion) متصل به شفت خروجی را می چرخاند.

محفظه موتورهای ونکل (Stator Housing) به گونه ای طراحی شده اند که با قرار دادن روتور در آن و در هر یک از وضعیت های روتور، هر سه رأس روتور با محفظه در تماس اند و سه فضای مجزا از هم را تشکیل می دهند، به گونه ای که محتویات هیچ کدام از آن فضاها باهم مخلوط نمی شوند. روتور به کار برده شده در موتورهای ونکل به این صورت است که مرکز آن دایره ای است و درون دایره چرخ دنده ای رو به داخل وجود دارد تا بتواند پینیون را، که بر روی شفتی (Eccentric Shaft) متصل به شفت خروجی (Output Shaft) قرار دارد، بچرخاند.
درون هر وجه از روتور حوضچه ای وجود دارد که به این منظور طراحی شده است تا با جا دادن مقدار بیش تری از مخلوط سوخت و هوا بر حجم موتور بیافزاید.

شفت خروجی در موتور ونکل طوری طراحی شده که یکپارچه و یکدست نیست، بلکه با برآمدگی هایی که در وسط آن طراحی شده است مانند میل لنگ عمل می کند. برآمدگی دایره ای روی شفت به وسیله پینیون نصب شده بر روی آن با روتور در تماس است و روتور با اعمال نیرو به برآمدگی های (Eccentric Shaft) روی شفت به آن گشتاور اعمال می کند و به این طریق انرژی تولیدشده در موتور به گشتاور تبدیل شده و به وسیله شفت خروجی منتقل می شود.

فضایی که هر وجه با تماس با محفظه ایجاد می کند، حکم یک سیلندر را دارد و هر کدام از وجه ها در یک زمان یکی از مراحل مکش، تراکم و احتراق، و تخلیه محصولات را برعهده دارد. برای مثال، هنگامی که وجه اول درحال دریافت مخلوط سوخت و هواست، وجه دوم مخلوط سوخت و هوایی را که دریافت کرده بود متراکم می کند، سپس به وسیله شمع (Spark Ignition) یا فشار درون سیلندر (Compression ignition)، آن را محترق می کند. در همین حین وجه سوم محصولات احتراقی را که از چرخه قبل در خود حمل می کرد به سمت دریچه خروجی (Exhaust Manifold) هدایت می کند. (البته باید گفته شود که موتورهای ونکل احتراق تراکمی به تولید انبوه نرسیده اند و فقط برای زمینه های تحقیقاتی تولید و طراحی شده اند.)

در موتورهای ونکل، برخلاف موتورهای رفت و برگشتی (Reciprocating)، از سوپاپ یا شیر (Valve) برای مجاری، ورود مخلوط سوخت و هوا و خروج گازهای حاصل از احتراق استفاده نمی شود، زیرا در موتورهای رفت و برگشتی برای بخش های مختلف (مکش، تراکم، احتراق و تخلیه) نیاز است سوپاپ های هوا و گاز با توجه به نیاز باز یا بسته باشند و برای همه فرآیندها از یک محفظه یا سیلندر استفاده می شود، اما در موتور ونکل چون هر قسمت از محفظه مخصوص به یک فرآیند خاص است پس نیازی به تعبیه شیر یا سوپاپ نداریم.
یکی از مشکلات عمده موتورهای احتراق داخلی ضریب هدایت حرارتی بالای فلزات به کار برده شده در موتور است، زیرا این فلزات با هدایت حرارتی بالایی که دارند گرما را انتقال می دهند و با انتقال گرما از دمای درون سیلندر، که برای ما مطلوب است و به بازدهی احتراقی موتور (Combustion Efficiency) کمک می کند، می کاهد، این کاهش دما به کاهش بازدهی احتراقی منجر می شود. به همین منظور شرکت Ceramic Rotary Engines Inc با طراحی و توسعه موتورهای ونکل یا دورانی و با استفاده از جنس سرامیک پیشرفته (Advanced Ceramics)، که ضریب هدایت پایین تری دارند، برای قطعات اصلی موتور توانست از انتقال گرمای درون محفظه بکاهد و دمای محفظه را بالا نگه دارد که به بازدهی احتراقی موتور اضافه می کند. (برای این که فرآیند احتراق در موتورهای احتراق داخلی برای ما ایده آل شود و بتوانیم بازده خوبی از احتراق مخلوط سوخت و هوا دریافت کنیم، باید گرمای خارج شده از محفظه یا سیلندر احتراق نزدیک به صفر شود تا بتوانیم فرآیندی نزدیک به فرآیند آدیاباتیک یا بی دررو داشته باشیم. به همین علت از سرامیک پیشرفته در قسمت های اصلی موتور استفاده می شود که ضریب هدایت پایین تری نسبت به فلزات دارد و انتقال گرمای پایین تری را سبب می شود.)

«مزدا» معروف ترین شرکت تولیدکننده موتورهای ونکل در دنیاست. این شرکت با تولید موتورهای ونکل و بهینه سازی این موتورها توانست از این موتور در محصولات خود استفاده کند. معروف ترین محصول مزدا که با پیشرانه ونکل کار می کند مزدا RX8 است. این خودرو با موتوری با حجم ۱٫۳ لیتر توانی برابر با ۲۳۸ اسب بخار تولید می کند که، با توجه به حجم کم موتور، در نوع خود بی سابقه است.

محمد جبارزاده شیاده/ کارشناسی مهندسی مکانیک
پایگاه خبری اسب بخار مقالات فنی موتور چرخشی موتور ونکل