موتورهاي دوراني (وانکل) زير مجموعه موتورهاي احتراق داخلي مي باشند. اما شيوه کار آنها با موتورهاي رايج پيستوني کاملاً متفاوت است. در موتورهاي پيستوني يک حجم يکسان و مشخص (حجم سيلندر) بصورت پي در پي تحت تأثير چهار فرآيند, مکش, تراکم, احتراق و تخليه قرار مي گيرد؛ حال اينکه در موتورهاي دوراني هر کدام از اين چهار فرآيند در نواحي خاصي از محفظه سيلندر که تنها متعلق به همان فرآيند مي باشد صورت مي پذيرد. درست مثل اينکه براي هر فرآيند سيلندر مربوط به خودش را اختصاص داده باشيم و پيستون بصورت پيوسته از يکي به ديگري حرکت مي کند تا چهار فرآيند سيکل را کامل نمايد.

عکس شماره 1

موتورهاي دوراني همانند موتورهاي پيستوني از انرژي فشار ايجاد شده بواسطه احتراق مخلوط سوخت و هوا استفاده مي کنند؛ در موتورهاي پيستوني فشار ناشي از احتراق به پيستونها نيرو وارد کرده و آنها را به عقب و جلو مي راند. شاتون و ميل لنگ اين حرکت رفت و برگشتي پيستونها را به حرکت دوراني و قابل استفاده براي خودرو تبديل مي کنند. در صورتيکه در موتورهاي دوراني, فشار ناشي از احتراق، نيرويي را بر سطح يک روتور مثلث شکل که کاملاً محفظه احتراق را نشت بندي کرده است، وارد مي کند. اين قطعه (روتور) همان چيزي است که بجاي پيستون از آن استفاده مي شود.روتور در مسيري بيضي شکل حرکت مي کند؛ بگونه اي 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 مي کند.همچنان که روتور حرکت مي کند هر کدام از اين سه حجم پي در پي منبسط و منقبض مي شوند؛ و همين انقباض و انبساط است که مخلوط هوا و سوخت را به داخل سيلندر مي کشد, آنرا متراکم مي کند, در طول فرآيند انبساط توان مفيد توليد مي کند و گازهاي سوخته را بيرون مي راند.
اين قسمت ها جايگزين پيستون ها،سيلندر ها،سوپاپ ها،ميل سوپاپ و ميل لنگ در موتور پيستوني مي شود.روتور مسيري را طي مي کند که در اين مسير هر سه گوش روتور با محفظه در تماس باقي مي ماند و سه حجم مجزاي گاز را ايجاد مي کند.وقتي روتور مي چرخد،اين سه حجم متناوبا منبسط و منقبض مي شوند.همين انقباض و انبساط است که هوا و سوخت را به داخل موتور مي کشد،آن را متراکم مي کند و انرژي قابل استفاده آن را مي گيرد و سپس دود را خارج مي کند. موتورهاي دوراني که به موتورهاي وانکل نيز معروف مي باشند براي اولين بار به انديشه مبتکرانه دکتر فليکس وانکل (Felix Wankel) آلماني در سال 1933 خطور يافت و در سال 1957 اولين نمونه اين نوع موتور ساخته شد.در ادامه به داخل موتور دوراني خواهيم پرداخت تا قسمت هايش را بشناسيم اما اينک به مدل تازه ي موتور دوراني نگاهي مي اندازيم:
روتور و محفظه ي يک موتور دوراني در Mazda RX-7: شرکت مزدا در توليد و توسعه ي خودرو هايي که از موتور دوراني استفاده مي کنند سابقه ي طولاني دارد. مزدا RX-7 که در 1978 به فروش رسيد موفق ترين خودرو با موتور دوراني بوده است. ولي قبل از آن خودرو ها،کاميون ها و حتي اتوبوس هايي با موتور دوراني توليد شده بودند.سرآغاز آن ها نيز Cosmo sportدر 1967 بود.آخرين سالي که RX-7 در آمريکا فروخته شد سال 1995 بود ولي موتور دوراني در آينده ي نزديک به بازار برمي گردد .
مزدا RX-8 : مزدا RX-8 خودرو جديدي از شرکت مزدا است که يک موتور دوراني جديد و برتر به نام Renesis را عرضه کرده است.اين موتور که موتور بين المللي سال 2003 ناميده شد،به صورت طبيعي مکش دارد و يک موتور 2 روتوره مي باشد که قدرت آن 250 اسب بخار است.

عکس شماره 2

عکس شماره 3

توضيحات فني: قطعات يک موتور دوراني:موتور هاي دوراني داراي سيستم جرقه و سوخت رساني مشابه با موتورهاي پيستوني مي باشند.

عکس شماره 4

روتور: روتور يک قطعه مثلث شکل با سه سطح برآمده يا محدب مي باشد که هر کدام از اين سطوح همانند يک پيستون عمل مي کند. همچنين هر کدام از اين سطح ها داراي يک گودي يا تورفتگي مي باشد که حجم موتور را بيشتر مي کند.در راس هر وجه يک تيغه فلزي قرار گرفته که عمل نشت بندي سه حجم محبوس بين روتور و جداره سيلندر را بر عهده دارد. همچنين در هر طرف روتور ( سطح فوقاني و تحتاني) رينگ هاي فلزي قرار گرفته اند که وظيفه نشت بندي جانبي روتور را به عهده دارد.

عکس شماره 5

روتور داراي چرخدنده داخلي در مرکز يک وجه جانبي مي باشد؛ اين چرخدنده با يک چرخدنده ديگر که روي محفظه سيلندر بصورت ثابت قرار دارد درگير مي شود و اين درگيري است که مسير وجهت حرکت روتور را درون محفظه تعيين مي نمايد. محفظه سيلندر :محفظه سيلندر تقريباً بيضي شکل است و شکل محفظه احتراق نيز بگونه اي طراحي شده است که همواره سه لبه روتور در تماس با ديواره محفظه قرار گيرد و سه حجم نشت بندي شده را بسازد.هر قسمت از اين محفظه به يکي از فرآيندهاي موتور اختصاص خواهد داشت. ( مکش- تراکم - احتراق- تخليه)پورتهاي مکش و تخليه هر دو، در ديواره محفظه تعبيه شده اند. و سوپاپي براي اين پورتها وجود ندارد. پورت تخليه مستقيماً به اگزوز راه دارد و پورت مکش به دريچه گاز.

عکس شماره 6

عکس شماره 7

محور خروجي:محور خروجي داراي يک برآمدگي مدور (بادامک) مي باشد که خروج از مرکز نسبت به خط مرکزي دارد. هر روتور روي يکي از اين بادامکها سوار خواهد شد.اين بادامک همانند يک ميل لنگ در موتورهاي پيستوني عمل مي کند. از آنجاييکه اين بادامکها داراي يک خروج از مرکز مي باشند نيروي وارد از طرف روتور به اين بادامکها گشتاوري در محور ايجاد ميکند که باعث چرخيدن آن ميگردد.

عکس شماره 8

نحوه قرار گيري اجزاء کنار هم :موتور دوراني بصورت لايه لايه مونتاژ ميگردد. يک موتور دو روتوره به پنج لايه اصلي تقسيم بندي ميشود که با يک رديف دايروي از پيچ هاي بلند کنار هم نگه داشته شده اند. آب خنک کاري درراهگاههاي دورتادور قطعات جريان دارد.لايه هاي اول و آخر داراي نشت بندي و ياتاقانهاي مناسب جهت محور خروجي مي باشد. آنها همچنين دو مقطع محفظه روتور را نشت بندي مي کنند. سطح داخلي اين قطعات بسيار هموار است که اين خود به نشت بندي روتور متناسب با کارش کمک مي کند. روي هر يک از قطعات دو انتها يک پورت ورودي تعبيه شده است.

عکس شماره 9

لايه بعدي محفظه بيضي شکلي است که قسمتي از محفظه کل روتور مي باشد اين لايه که در شکل زير نشان داده شده است داراي پورت خروجي مي باشد.در مرکز هر روتور يک چرخدنده داخلي بزرگ قرار دارد که حول يک چرخدنده کوچک ثابت روي محفظه موتور مي چرخد. اين دو چرخدنده مسير حرکتي روتور را تعيين مي کنند. همچنين روتور روي بادامک دايروي محور خروجي واقع شده و آن را به گردش در مي آورد. توليد توان:موتورهاي دوراني همانند موتورهاي رايج پيستوني از سيکل چهار زمانه استفاده مي کند. که به شکل کاملاٌ متفاوتي به خدمت گرفته شده است. قلب يک موتور دوراني روتور آن است، که بصورت کلي معادل پيستون در موتورهاي پيستوني مي باشد. روتور روي يک بادامک دايروي روي بزرگ محور خروجي سوار شده است. اين بادامک از خط مرکزي محور خروجي فاصله داشته و همانند يک ميل لنگ عمل مي کند. چرخش روتور نيروي لازم جهت چرخش محور خروجي را تامين مي کند. همزمان با چرخش روتور در محفظه, اين قطعه, بادامک را در يک مسير دايروي به حرکت در مي آورد به قسمي که هر دور کامل روتور منجر به سه دور چرخش محور خروجي مي گردد.

عکس شماره 10

همچنان که روتور درون محفظه حرکت مي کند, سه حجم جداگانه ايجاد شده توسط روتور، نيز تغيير مي کند. اين تغيير سايز فرآيند پمپ کردن را ايجاد مي کند. اجازه دهيد روي هر کدام از چهار فرآيند سيکل چهار زمانه بحث کنيم. مکش:فاز مکش از زماني شروع مي شود که يکي از تيغه هاي روتور از روي پورت مکش عبور کند و پورت مکش در معرض محفظه سيلندر و روتور واقع شود, در اين لحظه حجم محفظه کمترين مقدار خود مي باشد. با حرکت روتور حجم محفظه منبسط شده و فرآيند مکش اتفاق مي افتد و در پي آن مخلوط سوخت و هوا به داخل محفظه کشيده مي شود.هنگامي که تيغه بعدي روتور از جلوي پورت ورودي مي گذرد محفظه بصورت کامل نشت بندي مي شود تا فرآيند تراکم آغاز گردد. تراکم:با ادامه حرکت روتور درون محفظه, حجم محبوس شده سوخت و هوا کوچکتر و فشرده تر مي گردد. وقتي سطح روتور در اين حجم بطرف شمع مي چرخد حجم مربوطه به کمترين مقدار خود نزديک مي شود و اين درست هنگامي است که با جرقه شمع احتراق شروع مي گردد. احتراق:حجم محفظه احتراق گسترده و طولاني است بنابراين سرعت پخش شعله تنها با وجود يک شمع بسيار کم است و احتراق ناقصي بدست مي دهد. از اين رو در اکثر موتورهاي دوراني از دو شمع در طول اين ناحيه استفاده مي شود. هنگامي که شمعها جرقه مي زنند مخلوط سوخت و هوا محترق شده و فشار بسيار بالايي را ايجاد مي کنند که باعث تداوم چرخش روتور مي گردد. فشار احتراق، روتور را در جهت خودش وادار به حرکت مي کند و حجم ناحيه محترق شده، رفته رفته زياد مي شود. در اينجاست که فرآيند انبساط و در نتيجه توان توليد مي گردد تا جاييکه تيغه روتور به پورت خروجي برسد. تخليه:هرگاه تيغه روتور از پورت خروجي عبور مي کند، گازهاي با فشار بالا رها شده و به سمت پورت خروجي جريان مي يابند. با ادامه حرکت روتور حجم محبوس فشرده مي گردد و گازهاي باقيمانده را به طرف پورت خروجي مي راند. وقتي اين حجم به کمترين مقدار خود نزديک مي شود، تيغه روتور در حال گذار از پورت ورودي است و در اين زمان سيکل جديد شروع مي گردد.يک مورد بسيار جالب در رابطه با موتورهاي دوراني اينست که هر يک از سه سطح روتور هميشه در يک قسمت سيکل درگير است. به عبارتي بهتر در هر دور کامل روتور، سه بار احتراق خواهيم داشت. اما به ياد داشته باشيد که در هر دور کامل روتور محور خروجي سه دور مي چرخد و در نتيجه يک احتراق براي هر دور محور خروجي.

عکس شماره 11

مقايسه با موتورهاي معمولي: تفاوتها با موتور معمولي:چند مورد زير، موتورهاي دوراني را از موتورهاي پيستوني متمايز مي کند. قطعات متحرک کمتر:موتورهاي دوراني در مقايسه با موتورهاي چهار زمانه پيستوني قطعات متحرک کمتري دارند. يک موتور دوراني دو روتوره سه قطعه متحرک اصلي دارد: دو روتور و محور خروجي. اين در حاليست که ساده ترين موتورهاي پيستوني چهار سيلندر دست کم 40 قطعه متحرک دارد: پيستونها، شاتونها، ميل لنگ، ميل بادامک، سوپاپها، فنر سوپاپها، اسبکها، تسمه تايمينگ و ... . کم بودن قطعات متحرک مي تواند دليلي بر قابليت اعتماد و اعتبار موتورهاي دوراني باشد و به همين دليل است که کارخانه هاي سازنده وسايل هوانوردي ( هواپيما و کايت هاي با موتور احتراق داخلي) موتورهاي دوراني را به موتورهاي پيستوني ترجيح مي دهند. کارکرد نرم و بدون لرزش:تمام قطعات موتور دوراني بطور پيوسته در حال چرخش آن هم در يک جهت مي باشد که در مقايسه با تغيير جهت شديد قطعات متحرک در موتورهاي پيستوني از ارجحيت خاصي برخوردار است.موتورهاي دوراني بدليل تقارن خاص قطعات گردنده داراي بالانس داخلي است که هرگونه ارتعاشي را از بين مي برد. همچنين انتقال قدرت در موتورهاي دوراني 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. آهسته تر: از آنجاييکه گردش روتور يک سوم گردش محور خروجي آن است, قطعات اصلي موتور آهسته تر از قطعات موتورهاي پيستوني حرکت مي کنند. که اين موضوع قابليت اطمينان به اين موتور را بالا مي برد. چالشها در طراحي موتورهاي دوراني:نوعاً ساخت موتورهاي دوراني که بتواند استانداردهاي آلودگي را پوشش دهد بسيار مشکل است. ( اما نه امکان ناپذير) هزينه ساخت آنها معمولاً بالاتر از موتورهاي رايج پيستوني است؛ بيشتر به اين دليل که تيراژ توليد آنها نسبت به موتورهاي پيستوني پايينتر است.نوعاً مصرف سوخت اين گونه موتورها بالاتر از مصرف سوخت موتورهاي پيستوني است زيرا مشکل کشيده و طولاني بودن محفظه احتراق و نسبت تراکم پايين اين موتورها راندمان ترموديناميکي آنها را محدود مي کند. کاربردها:از جمله مصارف اين موتور مي توان در صنايع نظامي به عنوان پيشرانه وسايل پرنده سبک و در صنايع خودرو سازي البته فقط در مزدا (مدلهايRX8 وRX7) و بنز(C111) را نام برد.

منابع:

www.Mazda.com
www.Carnp.com
www.Otomachin.netfirms.com
www.Howstuffworks.com