موتور وانکل چیست؟
پیشرانه‌های درون‌سوز را معمولاً با موتورهای پیستونی می‌شناسیم که با آرایش‌های مختلف موتور مثل موتور خطی، موتور V شکل و موتور تخت ساخته می‌شوند اما نوع خاصی از موتور درون‌سوز هم وجود دارد که با نام وانکل یا روتاری (Wankel engine) شناخته می‌شود و ساختار کاملاً متفاوتی دارد. در ادامه به‌طور کامل با این نوع موتور آشنا خواهیم شد.
فهرست مقاله
موتور وانکل چیست؟
پیشرانه وانکل که به نام مخترعش فلیکس وانکل نام‌گذاری شده، یک موتور درون‌سوز با طراحی روتاری است که به‌جای پیستون‌های رفت و برگشتی از یک روتور مثلثی در محفظه‌ای بیضی‌شکل استفاده می‌کند. این روتور با حرکت چرخشی، سه مرحله مکش، تراکم و احتراق را در یک چرخه انجام می‌دهد و قدرت را مستقیماً به محور خروجی منتقل می‌کند. برخلاف موتورهای پیستونی که حرکت خطی را به چرخشی تبدیل می‌کنند، موتور وانکل با حرکت دورانی مستقیم کار می‌کند. پیشرانه‌های وانکل معمولاً به‌صورت تک یا دو روتوری مورداستفاده قرار می‌گرفتند اما در برخی کاربردهای خاص شاهد استفاده از موتورهای سه روتوری یا بیشتر هم بودیم.
تاریخچه موتور وانکل
فلیکس وانکل، مهندس آلمانی، ایده موتور روتاری را در سال 1919 در 17 سالگی مطرح کرد و در سال 1924 آزمایشگاه کوچکی برای توسعه آن تأسیس کرد. در سال 1951، او با شرکت NSU همکاری کرد و اولین نمونه عملی موتور وانکل در سال 1957 با 21 اسب بخار آزمایش شد. در سال 1964 اولین خودروی تولیدی با پیشرانه وانکل توسط NSU با نام اسپایدر معرفی شد. مزدا در سال 1961 مجوز فناوری وانکل را از NSU خرید و با سرمایه‌گذاری گسترده، آن را بهبود بخشید. اولین محصول مزدا با موتور وانکل، کاسمو نام داشت که در سال 1967 معرفی شد اما این موتور با کوپه اسپرت مزدا RX-7 به شهرت جهانی رسید. همچنین پیروزی مزدا 787B در مسابقه لمان 1991 با موتور وانکل، بسیار بر شهرت این نوع پیشرانه افزود.
بااین‌حال، در دهه 90 میلادی مشکلات مصرف سوخت و آلایندگی بالا باعث کاهش استفاده از موتور وانکل شد و استانداردهای زیست‌محیطی سخت‌گیرانه نیز نفس‌های این موتور را به شماره انداخت. درنتیجه، RX-8 به آخرین خودروی مزدا با موتور وانکل تبدیل شد و در سال 2012 از روی خط تولید کنار رفت. البته در سال 2023 مزدا موتور وانکل را به‌عنوان ژنراتور برای شارژ باطری در کراس‌اوور الکتریکی MX-30 بازگرداند.
انواع موتور وانکل
پیشرانه‌های وانکل را بر اساس تعداد روتور می‌تواند به چند دسته تقسیم کرد که در ادامه بیان می‌کنیم.
موتور وانکل تک روتوری
این ساده‌ترین نوع موتور وانکل با یک روتور مثلثی در یک محفظه است که در خودروهای وانکل اولیه مثل NSU اسپایدر و برخی موتورسیکلت‌ها مثل هرکولس W2000 استفاده شد.
موتور وانکل دو روتوری
این متداول‌ترین نوع موتور وانکل است که دو روتور دارد. موتورهای وانکل مزدا خصوصاً در سری RX عمدتاً از همین نوع بودند و تا 280 اسب بخار قدرت تولید می‌کردند.
موتور وانکل سه روتوری یا بیشتر
از موتورهای وانکل با بیش از دو روتور بیشتر در خودروهای مسابقه‌ای مثل مزدا 787B استفاده می‌شد و در خودروهای جاده‌ای دیده نمی‌شدند.
مزایای موتور وانکل
- ابعاد کوچک و وزن کم: موتورهای وانکل اندازهٔ بسیار جمع‌وجور و وزنی تا یک‌سوم موتورهای پیستونی با قدرت مشابه دارند که آن‌ها را برای استفاده در خودروهای اسپرت ایده‌آل می‌کند.
- کارکرد روان: موتورهای وانکل به دلیل حرکت دورانی روتور، لرزش کمتری دارند و درنتیجه نرم‌تر از موتورهای پیستونی کار می‌کنند.
- نسبت قدرت به حجم بالا: موتورهای وانکل در قیاس با پیشرانه‌های پیستونی نسبت قدرت به حجم بالایی دارند و برای مثال موتور 1.3 لیتری مزدا تا 280 اسب بخار قدرت تولید می‌کرد.
- طراحی ساده‌تر: موتورهای وانکل چون فاقد قطعاتی مثل شاتون، پیستون و میل‌سوپاپ هستند، طراحی ساده‌تری دارند.
- دور بالا: موتورهای وانکل می‌توانند به دورهای بالایی تا 9 هزار rpm برسند و درنتیجه برای خودروهای اسپرت مناسب هستند.
معایب موتور وانکل
- مصرف سوخت بالا: طراحی خاص محفظه احتراق موتور وانکل باعث احتراق ناقص سوخت می‌شود و مصرف سوخت را افزایش می‌دهد.
- آلایندگی بالا: یکی از بزرگ‌ترین مشکلات موتورهای وانکل آلایندگی بالا به خاطر سوزاندن روغن و تولید هیدروکربن‌های نسوخته است.
- دوام پایین‌تر: در این موتور، قطعه‌هایی که نوک روتورها نصب می‌شود و وظیفه‌ای مشابه رینگ پیستون در موتورهای معمولی دارد، سریع فرسوده می‌شود و نیاز به تعویض خواهد داشت.
- گشتاور کم در دورهای پایین: موتورهای وانکل در دورهای پایین گشتاور کمی تولید می‌کنند و برای ارائه کشش مناسب به افزایش دور موتور نیاز دارند.
آینده موتورهای وانکل
همان‌طور که گفتیم، موتورهای وانکل به دلیل مشکلاتی که ذکر شد، رفته‌رفته کنار گذاشته شدند اما با وجود این چالش‌ها، پیشرفت‌های اخیر باعث شده دوباره توجهات به این پیشرانه‌ها جلب شود. همان‌طور که اشاره شد، مزدا به‌تازگی این نوع موتور را به‌عنوان ژنراتور برای شارژ باطری به کار گرفته و حتی قصد تولید خودرویی اسپرت با موتور وانکل را دارد. علاوه بر این، شرکتی بنام X-Engine نوع جدیدی از موتور وانکل را در دست توسعه دارد که با تغییراتی در طراحی مثل استفاده از روتور بیضی‌شکل بجای مثلثی، سعی می‌کند مشکلات این موتور را برطرف کند. این موتور همچنین می‌تواند با سوخت‌های مختلفی مثل بنزین، نفت، گازوئیل و حتی هیدروژن کار کند. همچنین موتورهای وانکل به دلیل اندازه کوچک و کارکرد نرم، همچنان در پهپادها و تجهیزات صنعتی مورداستفاده قرار می‌گیرند. به‌طورکلی، هرچند معایبی مثل مصرف سوخت بالا و آلایندگی، استفاده گسترده از موتور وانکل را محدود کرد اما پروژه‌هایی مثل X-Engine و کاربردهای هیبریدی مزدا نشان می‌دهند که وانکل هنوز پتانسیل پیشرفت دارد.
