موتور دورانی (وانکل) چیست و چگونه کار می‌کند؟
موتورهای احتراق داخلی سنتی (پیستونی) سال‌هاست که قلب تپنده اکثر خودروها هستند، اما در این میان یک طراحی کاملاً متفاوت و جذاب به نام موتور دورانی یا وانکل (Wankel Engine) وجود دارد که قوانین فیزیکی حرکت موتور را دگرگون کرده است. برخلاف موتورهای پیستونی که در آن‌ها پیستون‌ها بالا و پایین می‌روند، در موتور وانکل یک روتور مثلثی‌شکل به صورت چرخشی حرکت می‌کند. در این مقاله به بررسی ساختار، نحوه کارکرد و مزایا و معایب موتور وانکل می‌پردازیم.
۱. موتور وانکل چیست و چه فرقی با موتورهای معمولی دارد؟
موتور وانکل در دهه ۱۹۶۰ توسط مهندس آلمانی، «فیلیکس وانکل»، ابداع شد و بعدها شرکت خودروسازی مزدا (Mazda) آن را به اوج شهرت رساند (مخصوصاً در خودروهای اسپرت افسانه‌ای مانند مزدا RX-7 و RX-8).
-
تفاوت ساختاری: در موتورهای پیستونی معمولی، حرکت خطی پیستون‌ها توسط شاتون به حرکت چرخشی میل‌لنگ تبدیل می‌شود. اما در موتور وانکل، هیچ پیستون، شاتون یا سوپاپی وجود ندارد؛ بلکه یک روتور مثلثی‌شکل درون محفظه‌ای بیضی‌شکل (به نام پوسته تراکت) می‌چرخد و مستقیماً شفت خروجی را می‌چرخاند.
۲. موتور وانکل چگونه کار می‌کند؟ (چهار مرحله در یک چرخش)
موتور وانکل نیز مانند موتورهای چهارزمانه معمولی، چرخه احتراق را در چهار مرحله (مکش، تراکم، احتراق و تخلیه) انجام می‌دهد، با این تفاوت که این مراحل در بخش‌های مختلف محفظه و به صورت پیوسته انجام می‌شوند:
-
مکش (Intake): با چرخش روتور، حجم محفظه میان روتور و دیواره پوسته افزایش یافته و مخلوط هوا و بنزین ازریچه ورودی به داخل مکیده می‌شود.
-
تراکم (Compression): با ادامه چرخش روتور، حجم محفظه کاهش یافته و مخلوط سوخت و هوا به شدت متراکم می‌شود.
-
انفجار و احتراق (Combustion): شمع جرقه زده و مخلوط منفجر می‌شود. نیروی انبساط گازهای داغ، روتور را با قدرت به جلو می‌راند.
-
تخلیه (Exhaust): با چرخش بیشتر روتور، گازهای سوخته‌شده به سمت دریچه اگزوز هدایت و خارج می‌شوند.
۳. مزایای اصلی موتور وانکل
-
حجم کوچک و وزن بسیار سبک: این موتورها به دلیل نداشتن قطعات متحرک زیادی مثل سوپاپ، میل‌سوپاپ و شاتون، بسیار جمع‌وجور هستند و نسبتِ «قدرت به وزن» فوق‌العاده بالایی دارند.
-
کارکرد بسیار نرم و بی‌صدا: به دلیل عدم وجود حرکت رفت و برگشتی پیستون‌ها (که ایجاد ارتعاش می‌کند)، موتور وانکل بسیار نرم کار کرده و تا دورهای بسیار بالا (ردلاین‌های بالاتر از ۹۰۰۰ دور در دقیقه) بدون لرزش اوج می‌گیرد.
-
قطعات کمتر: تعداد قطعات متحرک موتور وانکل حدود یک‌سوم موتورهای پیستونی است.
۴. معایب موتور وانکل (چرا فراگیر نشد؟)
با وجود مزایای جذاب، موتور وانکل با چالش‌های فنی بزرگی روبه‌رو بود که باعث شد استفاده از آن محدود شود:
-
استهلاک بالا و آب‌بندی دشوار: لبه‌های روتور مثلثی (Apex Seals) تحت فشار حرارتی و مکانیکی شدیدی قرار دارند و آب‌بندی کامل محفظه احتراق در درازمدت کار دشواری است.
-
مصرف سوخت و روغن بالا: به دلیل طراحی خاص محفظه احتراق، مقداری روغن موتور همواره می‌سوزد و مصرف سوخت این موتورها نسبت به توان خروجی‌شان بالاست.
-
آلایندگی بالا: استانداردهای سخت‌گیرانه محیط زیست در دهه‌های اخیر، ادامه تولید انبوه خودروهای با موتور وانکل را برای خودروسازان دشوار کرد.