Sinan Tasan

WANKEL ENGINE
HOMEPAGE | HACETTEPE UNV.TECHNOLOGY CLUP | CV. | PROJECTS | PRESENTATIONS | CYCLOTRON | FOTONOBIL SOLAR CAR | WANKEL ENGINE | THIN FILM | PRIMER VACUUM SYSTEM | PHOTO

Bu sayfayi daha iyi çözünürlükte görebilmek için tklaynz.

HAVA STANDARTLI OTTO ÇEVRİMİ

Fransız Beau de Rochas tarafından 1862 yılında geliştirilen bu çevrim Alman A.N. OTTO tarafından 1876 yılında içten yanmalı motorlara başarı ile uygulandığından otto çevrimi olarak bilinmektedir.Hava standartlı otto çevrimi kıvılcım ateşlemeli motorların ideal çevrimidir.Otto çevrimi dört basamaklı olduğundan bu türden motorlar içten yanmalı dört zamanlı (evreli) olarak nitelendirilmektedir.

 

 

1.      1.      şekil a) Kıvılcım ateşlemeli dört zamanlı bir benzin motoru içinde akışkanın dolanımının  p-v değişim çizelgesi.

2.      2.      şekilb): Görsel p-v çizelgesi.

3.      3.      şekil c): Görsel t-s çizelgesi.

Şekil a) incelenecek olursa :

Gerçek dört zamanlı kıvılcım ateşlemeli motor çevriminin p-v diagramındaki gà1 basamağında emme sübabı açılarak silindire benzin ve hava karışımı alınmaktadır.Bu karışım 1à2 basamağı boyunca adyabetik ve tersinir yani izentropik olarak sıkıştırılmaktadır.İzentropik sıkışma sırasında ısınan hava ve benzin karışımı tam 2 noktasında bujiden (ateşleyiciden) geçen kıvılcım ile tutuşturulmaktadır.Sabit hacimdeki yanma sırasında  oluşan yeni gazlar ve sıcaklık yükselmesi nedeniyle 2à3 yolu boyunca silindir içindeki karışımın basıncı izokronik olarak büyük ölçüde  yükselmektedir.Yüksek basınçlı gaz 3à4 yolu  boyunca genişleyerek motorun pistonuna yada rotary motorlardaki döneçlere iş aktarmaktadır.Genleşme sonucu basınç ve sıcaklığı düşen karışım tam 4 noktasında açılan çıkıştan atılmaktadır.

 

 

WANKEL MOTORU

Wankel motoru Alman mucit Felix WANKEL tarafından 1920li yıllarda ilk çizim ve taslakların oluşumuyla  ortaya çıkmıştır.Dr.Felix 1924 Yılında wankel motorunu geliştirebilmek için bir laboratuar kurdu.Wankel’e ait ilk patent, döner pistonlu motor 1936 da tescil edilmiştir.Ancak Dr.Wankel’in –1969 yılında Munich Üniversitesi’nden bilime yaptığı katkılardan dolayı fahri doktora unvanı aldı- bu motorun arabalarda kullanılabilecek kadar geliştirilmesi çalışmaları, Alman araba ve motosiklet fabrikası NSU ile işbirliği yaptığı 1950 li yıllara dek sürmüştür.NSU firması yapılan anlaşma ile bu çalışmaları üstlenmiştir.NSU’nun yaptığı ilk çalışma rotary motorunun trokoid yatağının (gömlek) en iyi şekilde geliştirilmesi üzerine yoğunlaşmaktaydı.

Daha sonraları, aralarında  BMW,Daimler-Benz, DVL,Junker Aircaft  gibi büyük motor üreticilerinin de bulunduğu bir çok firma bu motoru geliştirmek üzere çaba gösterdi. 

Wankel, 800 dolaylarında modellediği motor gövde ve kısım tasarımlarıyla kendi adını verdiği mühendislik harikası bu motoru biçimlendirmiştir.Bilgisayarlı modellemelerden yoksun bu dönemde 150 den fazla düzenleme ve değişiklikle ortaya çıkan bu motorun icadının ne denli uzun ve yorucu bir sürece yayıldığını anlamlandırmak mümkündür.

İlk Wankel motoru modeli``drehkolbenmaschine'' (DKM) olarak isimlendirilmiştir.DKM model motorlarda sabitlenmiş merkezi bir şaft etrafında  dönen bir gömlek ve döneç bulunmaktadır.İşlevsel olarak yüksek hızlarda(20,000rpm üzeri hızlarda) oldukça sürtünmelerden kaynaklı izler oluşmaktaydı  Bu durum güç kaynaklarında ihmal edilebilecek bir kusur değildir.Bu nedenle ``kreiskolbenmotor'' (KKM) tip wankel motoru geliştirildi. KKM tipi motorlar, döneç ve şaft sabitlenmiş bir gömlek içinde dönecek şekilde tasarlanmıştır.Ateşleme bujilerine erişim wankel motorunun bu modelinde daha kolaydır.Bu motorun yakıt girişi ve atık çıkışı (exhaust) iniş-çıkış pistonlu motorlarınki ile aynıdır.

 Tasarımlardan en iyi çalışanı, üçgen görünümlü convex köşeli yapıya sahip olan  , while the shape of the interior of the housing is a vaguely figure-eight shape called a two-lobed epitrochoid.Wankel motoru da Otto çevrimi olarak bilinen dört çevrimli motorlar gibi çalışmaktadır.Bu çevrim:

Emme, sıkıştırma, iş, dışarı atma (exhoust) şeklindedir.Ancak bu evrelerin motorun farklı odacıklarında gerçekleşmesi itibariyle otto motorundan farklı bir çalışma şekli ortaya koymaktadır.Sürücü mil döneç devrinin  üç katı defa dönmektedir ve sürücü milin her dönüsü başına bir kez motor arabaya itme uygulamaktadır.Bu nedenle güç bakımından oldukça verimlidir.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dönel devinimin  (rotary motion) araç miline aktarımı, dışmerkezli bir tekerlek aracılığıyla (mavi gösterimli çizim) sağlanmaktadır.Bu tekerlek döneç ile uyumlu ve iç içe giren bir dişli sistemine bindirilmiştir.Döneçin dişlisi tekerlek dişlisini çevirmekte ve böylece tekerlek de arabanın milini çevirmektedir. Bu çalışma düzeniminde motorun tamamladığı çevrim başına araç mili bir kere dönmektedir.

 Wankel motorunun en önemli özelliği, motorun boyutları, yalın bir çalışma mekenizmasının olması ve aksaksız çalışmasıdır.Tek bir döneçli wankel motoru sadece iki hareketli mekanizmaya sahiptir:

 Bir döneç ve bir krank mili (sürücü mil).Bu motora ikinci bir döneç eklendiğinde ise sadece üç tane hareketli mekanizmanın varlığı sözkonusudur.-Mazda’nın ürettiği bir çok döneçli motor bu şekilde üretilmiştir-Bunun böyle olması; yakıt girişinin ve atık gaz çıkışının aynı giriş ve çıkış yerlerinde olacak şekilde motorun zamanlandırılmış olmasıdır.Böylelikle tek bir giriş ve yine bir tek çıkış wankel motorunun çalışmasını olanaklı kılmıştır; böylelikle dört pistonlu bir motorda olan vana lar ve şaftlar (miller) bu tasarımda yoktur.Wankel motorunda titreşimler oldukça küçüktür; bunun nedeni ise bu mekanizma içerisinde pistonlu motorlardakine benzer titreşime neden olan, pistonlar, eklem parçaları gibi  büyük kütleli hareketli parçaların sayısı azdır.     Because intake and exhaust timing are taken care of by ports on the periphery or ends of the housing, there are no camshafts or valves. There are no reciprocating masses (like the pistons and connecting rods in a piston engine), so the Wankel has very little vibration. Ayrıca, pistonlar ve çıkış milleri arasındaki  3:1 dönü oranı pistonların dönme hızının pek de sanıldığı kadar büyük olmadığını göstermektedir .Örneğin Mazda’nın ürettiği RX-8 motoru arabayı 180km/saat hızla itmekte iken pistonların çizgisel dönme hızı 60 km/saat dir.

 Wankel, Otto çevirimi ( piston) motorundan farklı olarak daha az dönen nesneye sahip olması itibariyle yüksek  verim sağlamaktadır.Ancak mekanik zorluklardan dolayı  yaygın olarak benimsenmiş bir yapı değildir.Mazda’nın bu yöndeki büyük çabalarına rağmen bu durum aşılabilmiş değildir; Dört pistonlu motorlar hala yaygın olarak kullanılmaktadır.

 Wankel motoru üzerinde ciddi olarak  duran tek üretici firma Mazda’dır.Bunun sebebi wankel motoruna ilişkin sıkıntılar, dezavantajlardır.

 İlk temel sıkıntı bu motorların uzun, dar geometriye sahip bir çemberle kaplanmış yanma odalarının olmasıdır.Bu nedenle yüksek yüzey hacim oranlı yanma odasının yakıt tüketimi fazladır, termodinamik verim düşüktür.Wankel motoru sıradan bir dört pistonlu motordan daha yavaştır.Günümüzde kullanılan motorların yakıt tüketimi bir vankel motoruna göre oldukça fazladır; ancak güç eldesinin ekonomik kaygıların önüne geçtiği durumlarda, örneğin yarış arabalarında  dört pistonlu motorların tercih edilmesini anlamlandırmak olasıdır.

Wankel motorunda nitrojen oksit soğurumu pistonlu motorlardakinden azdır; buna karşı karbon mono oksit salınımı  ve yanmamış hidrokarbon salınımı diğerlerine nazaran çok daha fazladır.Döneçli motorlardaki contalar, pistonlu motorlardaki piston yüzükleri ile aynı paralelde çalışır; ancak daha küçüktür.Mono oksit  ve yanmamış hidrokarbon salınımının fazla olması halinde döneçli motor contaları daha çabuk yıpranmaktaydı ; contalar yetersiz gelmekteydi;  bu istenmeyen etkinin azaltılması yolunda  Nippon Piston Ring  şirketi, Nippon Oil Seal şirketi ve Mazda ‘nın ortak çalışmalarıyla sorunu giderecek bir yağ üretildi.

Bu sorun 1970 li yılları akabinde yaşanan petrol krizlerinin ardından Mazda’nın phoenix projesiyle kısmen çözümlendi;yüksek enerjili ateşleme sistemi,iki kademeli ısıyayım sistemi ve geliştirilmiş (exhoust ) dışatım sistemlerinin katkısıyla 1978 tasarımı Savana  RX-7 spor arabalarda yüzde kırklara varan yakıt ekonomisi sağlandı.Asıl Temel sıkıntı ise vuruntunun oluşturduğu iz problemi idi.İzlerin nedeni, trokoidin yatağında, üç köşeli döneçin tepe noktaları (sekmanları) arasındaki engellenemeyen aşınma idi; bunu için de çapraz  oyuk sekmanı kullanıldı.300 Saat yüksek hızlarda çalışabilen wankel motoru bu yöntemle yapıldı ve bundan sonraki çalışmaların odağı olacak olan bu sorununu çözümü için ancak fikir sağlayabildi.

Mazda 34.000 metrekarelik bir alana yayılan ayda 150.000 adet üretim kapasiteli bir döneçli motor fabrikası kurdu.1994 Yılında hidrojen yakıtlı döner motor destekli  motor projesini duyurdu; bu projeler hala devam ediyor.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kaynakça:

 

  • Yüksel SARIKAYA,Mühendislik Termodinamiği,Gazi Büro Kitabevi ,Ankara 1988,(6.kısım:ideal gaz çevrimleri).
  • D.TITHERINGTON,J.G. GERMER,Engineering Science ,(Vol.2 A T hird Level Course),McGRAW-HILL Book Company (UK) Limited,1982, (chapter5.Energy in thermal systems).
  • T.Hikmet KARAKOÇ, Uçaklarda Gaz Türbinli Motorlarının Yakıt Sistemleri,T.C. Anadolu Üniversitesi Yayınları NO.984,Sivil Havacılık Yüksekokulu Yayınları No.6, Eskişehir, 1997, (kısım:6,7 ve 8).
  • Demir İNAN, Fizik ve Fizik Mühendisliği Terimleri Kılavuzu (İngilizce-Türkçe),tmmob Fizik Mühendisleri Odasası Yayınları 5. 1981.
  • http://www.keveney.com
  • http://www.theautochannel.com
  • http://www.wankel.net