معرفی موتور ونکل یا موتور دوّار

اتومبیل ها با بهره گیری از موتور های مختلفی به بازار عرضه می شوند و با توسعه فناوری در سال های اخیر می توان ردپای موتور های بیشتری از جمله موتور ونکل را مشاهده کرد. مهم ترین دلایل استفاده از موتور های مختلف در اتومبیل ها، به دست آوردن توان و گشتاور بیشتر، کاهش هزینه نگهداری و تعمیرات، کاهش پیچیدگی ساخت و تعمیر، کاهش مصرف سوخت و قیمت نهایی کمتر است. برخی از این پارامتر ها قابلیت ترکیب با یکدیگر را دارند و برخی دیگر نیز در دو سمت متفاوت از یکدیگر قرار می گیرند. به عنوان مثال نمی توان با افزایش توان و گشتاور به دنبال کاهش مصرف سوخت بود. همچنین با افزایش آپشن ها و سیستم های کمکی متنوع نمی توان انتظار کاهش پیچیدگی در ساخت و تعمیر را داشت.

اختراع و استفاده تجاری از موتور ونکل

کار ساخت موتور های دوّار برای اولین بار در سال 1951 میلادی توسط دکتر فلیکس ونکل (Felix Wankel) آلمانی آغاز شد و اولین نسخه مفهومی آن در سال 1954 به مرحله تولید رسید. در نهایت نیز این موتور به نام سازنده خود یا نحوه عملکرد آن (دوّار) شناخته می شود. توسعه تجاری این نوع از موتور توسط فرد دیگری به نام هانس دیتر پاشکه (Hans Dieter Paschke) صورت پذیرفت که آشنایی بیشتر شرکت های خودرو سازی و حتی مردم را در پی داشت.

هر چند توسعه تجاری آن بدون اطلاع فلیکس وانکل انجام شده و به نوعی الگوبرداری از موتور ونکل، بدون اجازه مخترع آن صورت گرفته بود. دکتر فلیکس ونکل پس از اطلاع از ساخت یک نسخه تجاری به نام KKM 57 در اظهار نظری جنجالی با متن “اسب مسابقه ام را به مادیان گاوآهن تبدیل کردی” به هانس دیتر پاشکه تاخت. موتور دیگری به نام DKM54 به عنوان یکی از پروژه های تجاری مبتنی بر ساختار چرخشی تولید شد که نتیجه همکاری با مجموعه NSU Versuchsabteilung TX بود.

موتور DKM54 دارای توان 21 اسب بخار بوده و به دلیل فعالیت نرم و بی صدای خود مورد توجه قرار گرفته بود. نسخه ساخته شده توسط پاشکه بر خلاف نمونه تولیدی توسط دکتر ونکل، دو بخش دورانی داشت که کارکرد نرم و بی صدا را فراهم آورده بود. در سال 1960 یک قرارداد همکاری بین موسسه NSU و شرکت آمریکایی Curtiss-Wright منعقد شد که طبق آن شرکت NSU روی توسعه موتور های با توان کم و متوسط کار کند و شرکت آمریکایی کورتیس رایت نیز موتورهای با توان بالا برای هوایپما به تولید انبوه برساند.

انواع موتور ونکل به دلیل سادگی در طراحی، کاهش شدید قطعات مصرفی و قابلیت اطمینان بالا به شدت مورد توجه قرار گرفتند. شرکت های بزرگ جهان در آن بازه زمانی از جمله آلفا رومئو، سیتروئن، فورد، American Motors، مرسدس بنز، نیسان، پورشه، رولزرویس، سوزوکی و تویوتا علاقه خود را به استفاده از موتورهای چرخشی نشان دادند. کمپانی رولزرویس انگلیس نیز از ساختار Wankel برای ساخت موتور دیزل دو مرحله ای بهره برد و کمپانی موتور سیکلت سازی Norton نیز روی توسعه موتور دوّار فعالیت کرد.

نتیجه تلاش Norton سبب شکل گیری موتور سیکلت Hercules W-2000 با حجم دقیق 294 سی سی شد. هرکولکس دبلیو 2000 به صورت هوا خنک کار می کرد و نسبت تراکم آن 8.5 به 1 بود. طبق ادعای شرکت سازنده، این محصول دارای قدرت 27 تا 32 اسب بخار بود و به سقف سرعت 90 مایل یا 140 کیلومتر بر ساعت می رسید. سوخت مورد نیاز توسط یک کاربراتور بزرگ 32 میلی متری وارد چرخه احتراق می شد. این محصول در برخی از کشورها با نام DKW شناخته می شد و تولید آن از سال 1947 تا 1977 ادامه داشت.

استفاده تجاری از موتور ونکل به موارد ذکر شده محدود نبود و کمپانی سوزوکی ژاپن در ساخت موتور سیکلت RE-5 و شرکت Arctic Cat آمریکا برای ساخت اسنوموبیل با حجم موتور 303 سی سی از آن بهره برده بودند. همچنین در یک مورد نیز Deere & Company روی توسعه قابلیت استفاده از سوخت های متنوع کار کرده بود که برای خودروهای نظامی ایالات متحده آمریکا مورد نیاز بود. به این ترتیب خودرو های نظامی آمریکا قابلیت استفاده از سوخت های متنوع را داشتند تا در شرایط اضطراری بتوانند از تجهیزات حمل و نقل بهره برداری کنند. ساختار توسعه یافته Deere & Company در سال های ابتدایی دهه 80 مورد استقبال قرار گرفته بود.

موتور ونکل در محصولات مزدا

با وجود تلاش های مستمر سایر شرکت ها و حتی تولید محصولات مختلفی از جمله اتومبیل، موتور سیکلت، موتور هواپیما و اسنوموبیل، اما بیشترین استفاده از موتور ونکل توسط کمپانی ژاپنی مزدا صورت گرفت. اولین ابراز علاقه Mazda به این نوع از موتور در سال 1959 شکل گرفت و محصولات متنوعی پس از آن به بازار عرضه شدند. توسعه موتور توسط NSU و مزدا به صورت همزمان و در یک سال شکل گرفت، اما مزدا موفق به ساخت اولین خودرو با موتور قدرتمند برای استفاده در پیست اتومبیل رانی کرد. در حقیقت تولید موتور ونکل با توان بالا توسط مزدا صورت پذیرفت و نتایج حیرت انگیزی را به ثبت رساند. مزدا در سال 1964 و همزمان با برگزاری نمایشگاه خودرو توکیو از موتور های 2 و 4 روتور رونمایی کرد که به شدت مورد استقبال قرار گرفتند.

هر چند مجموعه NSU در سال 1967 برای ساخت یک موتور قدرتمند با کاربرد خودرو های لاکچری اقدام کرده بود، اما خرابی های متعدد در درز بند و آب بند موتور سبب کنار گذاشتن موتور دوّار توسط آنها شد. در زمان مشابه، اما شرکت مزدا موفق به حل مشکل درزبند و آب بند شد تا خودروهایی با توان بالا بر پایه موتور ونکل تولید شوند. طبق ادعای کمپانی ژاپنی، موتور ساخته شده توسط آنها می توانست به مدت 300 ساعت در بالاترین دور موتور به فعالیت بپردازد و برای ضمانت این ادعا نیز تست های فراوانی انجام داد.

اولین خودروی تجاری مزدا که با بهره گیری از موتور ونکل به بازار عرضه شده، مدل Cosmo 110S بود که با بهره گیری از موتور Type 10a به تولید انبوه رسید. حجم این موتور به صورت دقیق 982 سی سی بود و بازدهی مناسبی را در کنار فعالیت بی صدا ارائه می داد. یکی از بزرگترین مشکلات موتورهای دوّار با توان بالا، مصرف سوخت فزاینده به شمار می رفت که این موضوع تا پیش از افزایش قیمت سوخت، چالش برانگیز نبود. هدف مزدا از توسعه موتور های چرخشی، تولید انبوه تمامی خودروهای خود با بهره گیری از ساختار ونکل بود که پس از افزایش جهانی قیمت سوخت، به ناچار تغییر رویه داد. مزدا در ادامه تصمیم گرفت تا به صورت همزمان روی تولید اتومبیل مجهز به هر دو نوع موتور چرخشی و پیستونی فعالیت کند.

خودروی دیگری که همزمان با کوزمو 110 اس با بهره گیری از موتور ونکل به تولید رسید، مدل Mazda R100 نام داشت که به دلیل ابعاد کوچک، چهره جذاب و توان 100 اسب بخاری مورد استقبال قرار گرفت. تولید این محصول تا سال 1972 ادامه یافت و همزمان با آن، خودرو های RX و RX-2 نیز وارد بازار شد. خودروی RX-2 در حقیقت یک نمونه آپشنال از Mazda Capella به شمار می رفت که با استفاده از موتور 1200 سی سی 12a می توانست توان قابل توجه 120 اسب بخار را ارائه دهد.

مزدا در اواخر سال 1978 مدل RX-7 FB را به بازار عرضه کرد و تولید مدل های مختلف آن در 3 نسل تا سال 1985 ادامه یافت. میزان فروش این مدل در سه نسل به تعداد قابل توجه 470 هزار دستگاه رسید که پر فروش ترین خودروی مجهز به موتور ونکل به شمار می رود. در سال 1986 نیز مدل RX-7 FC مجهز به یک موتور تقویت شده در دسترس مشتریان قرار گرفته بود. این محصول با بهره گیری از سیستم پرخوران (توربو شارژ) می توانست توانی معادل 200 اسب بخار را ارائه دهد. کمپانی ژاپنی در نهایت موتور 3 روتور با کد 20b را با حجم 1962 سی سی و مجهز به توربو شارژ وارد بازار کرد که قابلیت تقویت تا 1000 اسب بخار را داشت.

 

 

نقطه عطف موتور های چرخشی در سری RX مزدا خلاصه می شود که به صورت انبوه و در مدل های مختلف به بازار عرضه شد. از مهم ترین مدل های این خانواده می توان به RX-7 و RX-8 اشاره کرد و به دلیل ساخت خودرو های سری RX مزدا با بهره گیری از موتور چرخشی، در تمام کشورهای جهان از این نوع موتور با نام RX یاد می کنند. طی سال های 1991 تا 2002 نسخه RX-7 FD وارد بازار شد که استقبال قابل توجهی را رقم زد. در اولین دوره از فروش این خودرو، تعداد 124 عدد به انگلستان صادر شد که نشان دهنده موفقیت جهانی سری RX-7 مجهز به موتور ونکل بود. آخرین نسل از این خودرو که با نام Spirit-R نیز شناخته می شد، دارای توان بیش از 280 اسب بخار بود.

 

 

کمپانی مزدا در سال 2003 محصولی به نام RX-8 را با بهره گیری از موتور ونکل معرفی کرد که دارای موتور جلو، محور توزیع نیروی عقب و چهار درب بود. تقسیم وزن در این اتومبیل به صورت 50/50 بود که در کنار سیستم تعلیق مولتی لینک عقب و استخوانی دوال جلو، هندلینگ بسیار مطلوبی را ارائه می داد. مزدا RX-8 به نسل جدیدی از موتور ونکل به نام Renesis مجهز شده بود که اکثر قطعات آن از موتور 13b به ارث رسیده بود. اکثر قطعات موتور 13b مورد بازنگری قرار گرفتند و ابعاد آن به میزان 30 درصد کاهش یافت.

 

 

نسخه قدرتمند JDM RX-8 دارای قدرت 247 اسب بخار بود، در حالی که آخرین نسخه از RX-7 مجهز به سیستم توربوشارژ دوقلو دارای قدرت 255 اسب بخار بود. متاسفانه به دلیل مقررات سخت گیرانه کنترل آلایندگی که یکی از چالش های مهم موتور های دوّار بود، تولید RX-8 متوقف شد. فروش این خودرو در سال 2011 لغو گردید و سال 2012 نیز از خط تولید کارخانه مزدا خارج شد. با وجود زمان تولید بسیار محدود، اما در مجموع تعداد 200 هزار دستگاه از آن در سراسر جهان به فروش رسید که یک موفقیت بسیار بزرگ برای موتور های چرخشی به شمار می رفت. در حال حاضر نیز بسیاری از شرکت های تولید کننده قطعات تیونینگ از جمله HKS، Powergains Motorsport و Re-Amemiya برای RX-7 و RX-8 اقدام به تولید قطعه می کنند.

 

 

ساختار فعالیت موتور روتاری

ساختار کلی فعالیت موتور ونکل (Rotary Engine) بسیار ساده تر و با بهره گیری از قطعات کمتری پایه گذاری شده بود و همین ویژگی سبب پدید آمدن مزایا و معایب متنوعی شده است. در نمونه تولید شده توسط دکتر Wankel، نقطه وسط روتور به صورت دایره ای در اطراف شفت خروجی حرکت می کرد و شفت نیز از طریق بادامک حرکت می کرد. این در حالیست که موتور ساخته شده توسط دیتر پاشکه دارای دو بخش متحرک داخلی بوده که همین موضوع سبب فعالیت نرم و روان شده بود. احتراق درون موتور های پیستونی که حالت رفت و برگشتی دارند، در یک مسیر خطی و به نوبت صورت می پذیرد، اما در موتور دورانی احتراق درونی به صورت چرخشی انجام می شود. در ویدئوی زیر می توانید عملکرد موتور ونکل را مشاهده کنید.

 

 

 

آینده موتور ونکل

هر چند به نظر می رسد که دوران موتورهای چرخشی به پایان رسیده، اما خبرهایی از شرکت مزدا به گوش می رسد که در حال کار روی یک نسخه بهینه سازی شده از موتور Renesis است. طبق آخرین اطلاعات منتشر شده، نام این پروژه 16x است که شامل دو موتور روتاری با حجم موتور 1600 سی سی می شود. دستاورد جدید مزدا قرار است تا بهینه سازی قابل توجهی روی توان و به خصوص مصرف سوخت اعمال کند تا مشکلات آلایندگی که سبب توقف تولید RX-8 شدند، برطرف شود. از سال 2019 کمپانی مزدا اقدام به طراحی موتور هیبریدی بر پایه ساختار Rotary کرده که اولین بار در سال 2021 روی خودروی مزدا MX-30 مورد استفاده قرار گرفته است.