Wankel motoru; yanma basıncını dönen harekete çeviren ve eksantrik döner tasarımı olan içten yanmalı bir motor çeşididir. Bu tür motorlarda diğer içten yanmalı motorlardan ayrı olarak, üçgen şekilli ve kenarları yayvanlaştırılmış döner pistonlar kullanılmaktadır. Wankel motorunun yapısı diğer motorlara göre daha basittir, çünkü güç iletimi doğrudan piston üstüne bağlı bir mil yardımı ile gerçekleştirilir. Wankel motorun zamanları ise şu şekildedir;
- Emme zamanı: Silindirin arasında kalan boşluk ve pistonun bir yüzeyi sayesinde emme deliğinden yakıt-hava karışımı emilir.
- Ateşleme ve Sıkıştırma zamanları: Pistonun dönmesi ile birlikte, karışım silindir yüzeyi ve pistonun iki köşesi arasında sıkışmaya başlar. Hacmin en çok daraldığı an yani piston kenarının silindirin yüzeyine en fazla yaklaştığı an, karışım bujiler sayesinde ateşlenir. Ortaya çıkan yüksek sıcaklıktaki gazlar ile basınç, egzoz deliğine doğru pistonu dönmeye zorlar.
- Egzoz zamanı: Egzoz deliğine yaklaşan kenar, pistonun dönme hareketi sonucu daralır. Egzoz deliğinin önü, bu daralma sırasında yanmış gazların çıkması için açılır ve sonuç olarak gazlar basınç sayesinde dışarıya atılır.
Wankel Motorun Tarihçesi
Döner pistonlu motorlarla ilgili ilk çalışmalar, Felix Wankel tarafından 1924 yılında kurulan küçük bir laboratuvarda başladı. Sonradan soyadı ile anılan motorun ilk patentini 1929 yılında aldı ve 1933 yılında da daha gelişmiş bir modelin (DKM32) patentini alarak çalışmalarına devam etti. Wankel, ilerleyen zamanlarda motorun teknik problemlerini çözme ve geliştirme üzerine çalıştı, ancak 2. Dünya Savaşı’nın başlaması sonucu çalışmalarını sürdürmekte zorluklarla karşılaştı. 1940’lı yılların sonlarında otomobil ve motosiklet firması NSU (günümüzdeki Audi) ile beraber çalışmalarına devam etti. Wankel’in motoru, henüz bir taşıt aracında kullanılabilecek kadar dayanıklılığa ve güvene ulaşamamıştı.
NSU firması ile beraber yürütülen geliştirme çalışmaları neticesinde, 1954’de teknik sorunların büyük bir bölümü çözümlendi ve DKM54 motoru oluşturuldu. Bu motorda da tıpkı öncekiler gibi bazı sorunlar mevcuttu ve ticari kullanım için henüz hazır değildi. DKM54’ün kullanıldığı NSU üretimi bir araç, 1957’de kendi sınıfında dünya hız rekorunu kırarak büyük bir olaya imza attı. Aradan bir yıl geçtikten sonra (1958) KKM57P motoru ilk defa NSU firmasının standına getirildi. KKM57P, wankel motorlarının günümüzdeki temelini oluşturmaktadır.
KKM57P motoru 1963’de NSU Spider marka otomobile monte edildi, 1967 yılında ise NSU Ro 80 çift dönerli wankel motoru üretti. Bu motorun 2x497,5 cm3 motor hacmi vardı ve 5500 d/d’de 136 beygir gücü üretiyordu, ayrıca motorun sıkıştırma oranı 9/1, ağırlığı ise 103 kg’dı. Aynı dönemlerde NSU dışında Toyo Kogyo adlı bir Japon firması da wankel motorlu otomobiller üretti. GM firması (Amerika) 1972’de tam 5 yıl içerisinde yaklaşık 50 milyon dolar harcayarak yeni bir wankel motor (185 beygir gücünde) geliştirdi ve otomobillerinde kullanmaya başladı. Başka bir Amerikan firması olan Ford ise wankel motorunun kendi otomobillerinde kullanılması amacıyla çeşitli anlaşmalar yaptı. Bu firmaların haricinde İngiltere’de Rolls-Royce, Japonya’da Datsun ve İtalya’da Alfa Romeo firmaları da wankel motoruyla ilgilenmiştir. Günümüzde pazarlanan ve ticari amaçlarla üretilen wankel motorlu tek otomobil Mazda RX8’dir.
Wankel Motorun Yapısı ve Çalışma Şekli
Wankel motoru normal bir motora göre çok daha basit bir yapıdadır; merkezden kaçık şekilde oval bir gövde içinde dönen bir rotor yani döner piston ile eksantrik mili. Wankel motorlardaki eksantrik mili, 4 zamanlı motorların sahip olduğu krank milinin görevini yapmaktadır. Wankel motorları, 2 eksantrikli, 4 silindirli ve 16 supaplı günümüzdeki motorlara göre çok daha basit ve az karmaşık hareketli parçalara sahiptir. Rotor, bir dış ve bir iç dişli vasıtasıyla motorun ana miline bağlı durumdadır. Sıkıştırma, emme, egzoz ve ateşleme zamanları motor çalıştığı sürece rotorun çevresinde oluşmaktadır. Çevresinin çabuk bir şekilde aşınması nedeniyle rotorun sıklıkla değiştirilmesi gerekir ve bu durum wankel moturun en büyük zorluğudur. Rotor kenarları, genellikle polimer malzemeden yapılmaktadır ve bu malzemenin neden olduğu aşınma sorununu çözecek bir malzeme hala üretilememiştir.
Wankel motoru dört zaman prensibine göre çalışır, yani rotorun her bir devrinde (tam devir) haznelerde 4 zamanlı motora göre bir görev meydana gelir. Eksantrik mili ise bu esnada üç devir döner. Wankel motorun kumandası, muhafaza gövdesinde bulunan kanal aracılığıyla gerçekleşir. Rotorun iç kısmına açılmış dişli ile muhafaza gövdesinin içerisine sabitlenmiş pinyon dişli birbirine kavranmış bir durumdadır. Rotor, sabit duran bu pinyon dişli üstünde yuvarlanır ve yuvarlanma sırasında eksantrik milinin üzerinde bir döndürme kuvveti meydana getirir. Eksantrik milinde meydana gelen bu dönme hareketi şanzımana aktarılır. Soğutmalı motor gövdesi ile suyun bir tarafında egzoz ve emme kanalları, karşı tarafında ise ateşleme bujileri bulunur. Wankel motorun günümüzdeki en önemli sorunu, torkun yakalanması için gereken yüksek devirdir. Buna paralel olarak ortaya çıkan yakıt tüketimi de oldukça yüksektir. Günümüzde wankel motor kullanan otomobillerden Mazda Rx-8’i esas alırsak, bazı kullanıcılar tarafından otomobilin sakin kullanım haricinde her 100 km’de yaklaşık 20 litre yakıt harcadığı belirtilmektedir.
Wankel Motor Kullanan Araçlar Nelerdir?
Wankel motor kullanan otomobiller;
- Mazda RX-8
- Mazda RX-7
- Mazda RX-5
- Mazda RX-3
- Mazda RX-2
- Mazda R100
- Mazda 110 S Cosmo Sport
- Mazda 787B
- NSU RO 80
- NSU Wankel Spider
- Audi 100 C2
- Citroen GS Birotor
- Citroen M 35
- Mercedes – Benz C 111
- IFA (Wartburg, Trabant) Prototip
- Flugautos M400 ve M200
Wankel motor kullanan motosikletler;
- Suzuki RE 5
- Hercules W 2000 Staubsauger
- Van Veen OCR 1000
- Norton P 55 B F1 Sports
- Norton P 55 F1
- Norton P 53 Commander Civilian
- Norton P 52 Commander Police
- Norton P 43 Classic
- Norton P 41 Interpol II
- MZ Prototip
Wankel motor kullanan deniz taşıtları;
- Zisch 74
- Zisch 68
Wankel Motorun Avantajları ve Dezavantajları
Avantajları:
- Patlamalı, içten yanmalı motorlar arasında en yüksek ağırlık-güç oranına sahiptir.
- Krank mili ve supap gibi karmaşık, güç üreten yapılara sahip olmadığından dolayı daha basit, hafif ve küçük üretilebilirler.
- Gürültü ve sarsıntı düzeyleri düşüktür.
- Pistonun her devrinde üç ateşleme yapabildikleri için güçleri yüksektir.
Dezavantajları:
- Silindir ile piston diğer motor çeşitlerine göre yüksek basınç ve sıcaklık gibi zor koşullara daha çok maruz kaldığından hızlıca aşınırlar.
- Yapıları iki zamanlı motorlara nazaran daha karmaşıktır, bu nedenle küçük araçlarda kullanılmaları ekonomik ve pratik değildir.
- Aşınma sorununun ciddi boyutlarda olması, wankel motorların uygulanabilirliğinin önündeki en önemli faktördür.
İlk pratik uygulaması 1960’lı yıllarda yapılan wankel motoru, NSU firması tarafından NSU RO-80 gibi bazı araçlarda kullanılmıştır. İlerleyen dönemlerde diğer firmalar tarafından da denenen bu motor, ömrünün kısa olması nedeniyle çok fazla tercih edilmemiştir. Japon otomobil üreticisi Mazda, günümüzde bu motoru RX8 modelinde halen kullanmaktadır. Aşınmaya daha dayanıklı olan seramik gibi malzemelerin kullanılmasıyla, motorun verimliliği ve ömrü az da olsa arttırılmıştır. Buna rağmen dayanım gerektiren ve yüksek ağırlık ile güç oranlarına gerek duymayan araçlar için çok uygun değildirler. Wankel motorların pistonları üçgenden değişik olarak tasarlanmış modelleri de mevcuttur, fakat tamamının çalışma prensipleri aynıdır.