قسمت اول

n       موتورهای دورانی (وانکل) زیر مجموعه موتورهای احتراق داخلی می باشند. اما شیوه کار آنها با موتورهای رایج پیستونی کاملاً متفاوت است. در موتورهای پیستونی یک حجم یکسان و مشخص (حجم سیلندر) بصورت پی در پی تحت تأثیر چهار فرآیند, مکش, تراکم, احتراق و تخلیه قرار می گیرد؛ حال اینکه در موتورهای دورانی هر کدام از این چهار فرآیند در نواحی خاصی از محفظه سیلندر که تنها متعلق به همان فرآیند می باشد صورت می پذیرد. درست 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 نماید.

n       موتورهای دورانی که به موتورهای وانکل نیز معروف می باشند برای اولین بار به اندیشه مبتکرانه دکتر فلیکس وانکل (Felix Wankel) آلمانی در سال 1933 خطور یافت و در سال 1957 اولین نمونه این نوع موتور ساخته شد.

n       در موتورهای دورانی, فشار ناشی از احتراق، نیرویی را بر سطح یک روتور مثلث شکل که کاملاً محفظه احتراق را نشت بندی کرده است، وارد می کند. این قطعه (روتور) همان چیزی است که بجای پیستون از آن استفاده می شود.

n       روتور در مسیری بیضی شکل حرکت می کند؛ بگونه ای که همیشه سه راس این روتور را در تماس با محفظه سیلندر نگه داشته و سه حجم جداگانه از گازها, بین سه سطح روتور و محفظه سیلندر ایجاد می کند.

انواع طرحهای ارائه شده برای موتور وانکل

محفظة عملیات در طرحهای گوناگون ساخته شده است. ولی بهترین طرح  نوع اپی ترو کوئیدی است که شبیه دو استوانه متداخل می باشد.

قطعات یک موتور دورانی:

n       موتور های دورانی دارای سیستم جرقه و سوخت رسانی مشابه با موتورهای پیستونی می باشند. 

روتور:

n       روتور یک قطعه مثلث شکل با سه سطح برآمده یا محدب می باشد که هر کدام از این سطوح همانند یک پیستون عمل می کند. همچنین هر کدام از این سطح ها دارای یک گودی یا تورفتگی می باشد که حجم موتور را بیشتر می کند.

n       در راس هر وجه یک تیغه فلزی قرار گرفته که عمل نشت بندی سه حجم محبوس بین روتور و جداره سیلندر را بر عهده دارد. همچنین در هر طرف روتور ( سطح فوقانی و تحتانی) رینگ های فلزی قرار گرفته اند که وظیفه نشت بندی جانبی روتور را به عهده دارد.

n       روتور دارای چرخدنده داخلی در مرکز یک وجه جانبی می باشد؛ این چرخدنده با یک چرخدنده دیگر که روی محفظه سیلندر بصورت ثابت قرار دارد درگیر می شود و این درگیری است که مسیر وجهت حرکت روتور را درون محفظه  تعیین می نماید.

محفظه سیلندر :

n       محفظه سیلندر تقریباً بیضی شکل است و شکل محفظه احتراق نیز بگونه ای طراحی شده است که همواره سه لبه روتور در تماس با دیواره محفظه قرار گیرد و سه حجم نشت بندی شده را بسازد.هر قسمت از این محفظه به یکی از فرآیندهای موتور اختصاص خواهد داشت. ( مکش- تراکم - احتراق- تخلیه)

n       پورتهای مکش و تخلیه هر دو، در دیواره محفظه تعبیه شده اند. و سوپاپی برای این پورتها وجود ندارد. پورت تخلیه مستقیماً به اگزوز راه دارد و پورت مکش به دریچه گاز.

محور خروجی:

n       محور خروجی دارای یک برآمدگی مدور (بادامک) می باشد که خروج از مرکز نسبت به خط مرکزی دارد. هر روتور روی یکی از این بادامکها سوار خواهد شد.این بادامک همانند یک میل لنگ در موتورهای پیستونی عمل می کند. از آنجاییکه این بادامکها دارای یک خروج از مرکز می باشند نیروی وارد از طرف روتور به این بادامکها گشتاوری در محور ایجاد میکند که باعث چرخیدن آن میگردد.

رینگها:

اگر رینگهای پیشانی را که در رئوس روتور قرار دارند سخت بسازند تا سائیدگی کمتری داشته باشند در اینصورت محیط محفظه را خراش داده و ایجاد خطوط ناصافی می کند.

البته راه حلهای مختلفی برای مشکل فوق پیشنهاد گردیده است. مثلاً بعضی از کارخانه های اتومبیل سازی محیط محفظه را با پوشش سختی اندود می کنند و برخی دیگر از رینگهای سخت و کم اصطکاک استفاده می نمایند.

رینگهای روی روتور در معرض نیروهای مختلفی قرار دارند. مثلاً نیروهای گریز از مرکز و جذب به مرکز، نیروی فشار گاز و نیروی اصطکاک ناشی از مقاومت مسیر حرکت. از طرف دیگر موقعیت رینگهای پیشانی دائماً در حال تغییر می باشد. وقتی رأس روتور در روی بزرگترین و کوچکترین محور قرار دارد رینگ پیشانی عمود بر محیط محفظه می باشد و در مواضع دیگر رینگها با زاویة غیر 90 حرکت می کنند.

اخیراً مواد مختلفی برای ساختن رینگها به کار می برند که خاصیت روانکاری بهتری دارند مثلاً شرکت مزدا از رینگهای کربنی استفاده نموده است و یا اخیراً مواد ترکیبی بدست آورده اند که با تزریق پودر آلومینیوم در مجاورت گرما پخته شده و جسم محکم کم اصطکاکی بوجود می آید( Sintering ) بعضی موقع هم از رینگ های سرامیکی استفاده می شود.

شکل وجایگاه رینگها درموتور

نحوه قرار گیری اجزاء کنار هم :

n       موتور دورانی بصورت لایه لایه مونتاژ میگردد. یک موتور دو روتوره به پنج لایه اصلی تقسیم بندی میشود که با یک ردیف دایروی از پیچ های بلند کنار هم نگه داشته شده اند. آب خنک کاری درراهگاههای دورتادور قطعات جریان دارد.

n       لایه های اول و آخر دارای نشت بندی و یاتاقانهای مناسب جهت محور خروجی می باشد. آنها همچنین دو مقطع محفظه روتور را نشت بندی می کنند. سطح داخلی این قطعات بسیار هموار است که این خود به نشت بندی روتور متناسب با کارش کمک می کند. روی هر یک از قطعات دو انتها یک پورت ورودی تعبیه شده است.

یکی از دو قسمت انتهایی موتور وانکل دو روتوره

محفظه در بر دارنده روتورها. (به موقعیت پورت خروجی توجه کنید)

n       لایه بعدی محفظه بیضی شکلی است که قسمتی از محفظه کل روتور می باشد این لایه که در شکل زیر نشان داده شده است دارای پورت خروجی می باشد. 

n       در مرکز هر روتور یک چرخدنده داخلی بزرگ قرار دارد که حول یک چرخدنده کوچک ثابت روی محفظه موتور می چرخد. این دو چرخدنده مسیر حرکتی روتور را تعیین می کنند. همچنین روتور روی بادامک دایروی محور خروجی واقع شده و آن را به گردش در می آورد.

تولید توان:

n       موتورهای دورانی همانند موتورهای رایج پیستونی از سیکل چهار زمانه استفاده می کند. که به شکل کاملاٌ متفاوتی به خدمت گرفته شده است. قلب یک موتور دورانی روتور آن است، که بصورت کلی معادل پیستون در موتورهای پیستونی می باشد. روتور روی یک بادامک دایروی روی بزرگ محور خروجی سوار شده است. این بادامک از خط مرکزی محور خروجی فاصله داشته و همانند یک میل لنگ عمل می کند. چرخش روتور نیروی لازم جهت چرخش محور خروجی را تامین می کند. همزمان با چرخش روتور در محفظه, این قطعه, بادامک را در یک مسیر دایروی به حرکت در می آورد به قسمی که هر دور کامل روتور منجر به سه دور چرخش محور خروجی می گردد.

کارخانة مرسدس بنز در روی موتورهای وانکل از روش انژکتوری استفاده می کند. درنوع کاربراتوری از کاربراتورهای دودهانه سولکس، وبر و هیتاچی استرامبورگ استفاده می شود.

محل قرار گرفتن دریچه های ورودی وخروجی اثر مهمی در راندمان موتور دارد. کارخانه های اتومبیل سازی آلمانی مانند NSU و بنز معتقد به دریچه های محیطی هستند که در محیط محفظه ایجاد می شود.

در حالیکه کارخانه های ژاپنی مانند: Toyo Kogyo و مزدا نوع جانبی را ترجیح می دهند و معتقدند که دور آرام موتور با دریچه های روش درپوش، و نیز بازدهی در دوره های کم و تحت بار زیاد بهتر انجام می باشد.

بطور کلی دریچه محیطی برای موتور با دور زیاد و دریچه جانب برای موتور با بار زیاد مناسب است. سوخت موتورهای وانکل مانند موتورهای بنزینی است که با 87 تا 91 درصد اکتان می باشد.

این موتور نیاز به بنزین اصلاح شده با تترااتیل سرب که محیط را آلوده می سازد ندارد. آزمایش انجام شده در روی موتور مزدا نشان می دهد که بنزین با 67% اکتان راندمان بهتری را برای موتور بوجود می آورد. در بعضی از موتورهای وانکل سوخت گازوئیل نتیجة خوبی را نشان داده است.

حجم مفید موتور وانکل مانند موتورهای پیستونی یکی از عوامل مؤثر در قدرت محسبو می شود. در موتور پیستونی حجم بالای پیستون ها وقتیکه در نقطة مرگ پائین قرار دارند معادل حجمموتور محاسبه می شود. البته برخی از طراحان حجم جابجائی محدود بین نقطة مرگ بالا و پائین را مبنای محاسبه قدرت به حساب می آورند و عقیده دارند که موتور بطور کامل از هوا و سوخت پر نمی شود لذا حجم مفید مبنای عملی تری را ارائه می دهد.

قدرت خروجی موتور وانکل مانند موتورهای دوزمانه محاسبه می شود. البته محاسبه حجم مفید موتور وانکل پیچیده تر است.

میدانیم که در هر دور محور اصلی یک کار مفید انجام می شود مانند موتورهای دوزمانه.

بنابراین در هر دور محور یک احتراق بوجود می آید.

قدرت یک موتور دو روتوری وانکل برابر یک موتور چهار سیلندر چهارزمانه مشابه از نظر حجم فید می باشد. انجمن مهندسین طراح معقد است که حجم کل سیلندر موتو وانکل برابر است با دو برابر حجم یک محفظه ضربدر تعداد روتور. مثلاً هر گاه حجم یک محفظه 983 باشد، حجم مفید کل موتور دو روتوری برابر است با:

3932=(تعداد روتور)2*983*2