Wankel motoru, üçgen yapılı, dört zamanlı ve içten yanmalı bir motordur. Eksantrik döner tasarıma sahiptir. Yanma sonucu ortaya çıkan basıncı dönme hareketine çevirir. Pistonları veya rotoru, diğer iki ve dört zamanlı motorlardan farklı olarak kenarları yayvan ve üçgen şeklindedir. Güç, pistona bağlı mil yardımı ile doğrudan iletilir. Diğer motorlara göre daha basit bir yapısı vardır. Daha hafif ve daha sessizdir. Ana parçaları, üçgen şeklinde dişli bir rotor ve eksantrik milidir. İyi oranda güç üretir; ancak yakıt tüketimi diğer motorlara oranla 3-4 kat daha fazladır. Son yıllarda Mazda’nın yeni nesil otomobillerde kullanmayı amaçladığı Wankel motoru, Türk mühendisler tarafından da üretilmiş; ancak geliştirilememiştir. Wankel motoru, hala “keşfedilmeyi bekleyen bir cevher” gibi görünüyor.
(Felix Wankel ve ilk Wankel motoru...)
Tarihçesi
Wankel motoru, Alman makine mühendisi Felix Wankel (1902-1988) tarafından tasarlandı. Wankel’in, motorlardaki dönen parçalar arasındaki sızdırmazlık çalışmaları sırasında ortaya çıkan motor türüdür. 1924 yılında kurduğu küçük bir atölyede döner pistonlu motorla ilgili çalışmalara başlayan Wankel, 1929 yılında tasarladığı ilk motorun, ardından 1933 yılında daha gelişmiş bir “DKM32” model motorun patentini aldı. Daha sonra tasarlanan yeni motor, mucidinin soyadını alarak “Wankel” olarak anılmaya başlandı.
Wankel, ilerleyen yıllarda motorla ilgili ortaya çıkan teknik sorunları çözmek için çeşitli çalışmalar yaptı. İkinci Dünya Savaşı sırasında çalışmalarını sürdürmekte zorlandı. 1940’lı yılların sonlarında motosiklet ve otomobil üreten NSU (günümüzdeki Audi) ile çalışmaya başladı. Bu dönemde de Wankel motorun birçok sorunu çözülemedi. Bu sebeple güvenilir ve dayanıklı olarak bir araçta kullanılacak kadar geliştirilemedi. 1954 yılında teknik sorunların birçoğu aşılarak “Drehkolbenmotor” (DKM54) adlı motor tasarlandı. Bu motorda da bazı sorunlar ortaya çıktı. Ancak NSU’nun ürettiği bir otomobilde kullanıldı. Bu araç, 1957 yılında sınıfında dünya hız rekorunu kırdı.
Wankel motoru ile ilgili bazı önemli tarihleri şöyle sıralayabiliriz;
- 1958 yılında “Kreiskolbenmotor” (KKM57P) adlı bir model daha üretildi. Bu motor, ilk kez Almanya Neckarsulm’daki NSU firması tarafından tanıtıldı.
- 1963 yılında, KKM57P, “NSU Spider” marka bir araçta kullanıldı.
- 1967 yılında, NSU, “Ro-80” adı verilen çift döner rotorlu Wankel motorunu üretti. 2x497,5 cm³ motor hacmine sahip olan bu motor, dakikada 5500 devirde 136 beygir güç üretiyordu. Sıkıştırma oranı 9/1 olan bu motorun ağırlığı 103 kilogramdı.
- 1960’lı yılların sonlarında Japon Toyo Kogyo firması, Wankel motorlu bazı araçlar üretti.
- 1972-1977 yılları arasında Amerikan GM firması 50 milyon dolar harcayarak 185 beygir gücünde bir Wankel motoru geliştirerek, otomobillerinde kullandı.
- 1970’li yıllarda Amerikan Ford firması, Wankel motorunun kendi araçlarında kullanılması için çeşitli anlaşmalar yaptı.
- Japonya’da Datsun, İngiltere’de Rolls-Royce ve İtalya’da Alfa Romeo firmaları Wankel motoruyla ilgili bazı çalışmalar yapmış, bazı araç modellerinde kullanmıştır.
Wankel Motor Nasıl Çalışır?
Wankel motorun çalışma prensibi, diğer motorlara göre daha basittir. Normal bir motorda 4 silindir, 16 supap ve 2 eksantrik mili bulunur; iki veya dört zamanlı olabilir. Yani motorun içindeki çevrim işlemi, “emme, sıkıştırma, yanma, egzoz” zamanlarında gerçekleşir. Wankel motoru, bu motorlara göre daha az karmaşık ve basit yapılıdır. Daha az hareketli parçası vardır. Oval bir gövdenin içinde merkezden kaçık olarak dönen bir rotor ve eksantrik mili vardır. Bazı modellerde 2, 3 ve 4 adet rotor bulunabilir. Eksantrik mili, normal motorlardaki krank milinin işlevini görür. Yani üretilen dönme hareketini diğer aktarma organlarına iletir. Krank milinden farklı olarak dönme kuvvetini direkt olarak vites kutusuna iletir.
Rotor, bir iç ve bir dış dişli yardımı ile ana mile bağlıdır ve eksantrik milinin bir kamına yataklandırılmıştır. Muhafaza gövdesinin içindeki sabit pinyon dişli, rotorun iç tarafında açılmış dişlerle kavranmıştır. Rotor, sabit pinyon dişli üzerinde yuvarlanır. Rotorun ürettiği dönme kuvveti, bağlı olduğu eksantrik miline iletilir. Eksantrik mili de, üzerine gelen dönme hareketini şanzıman (vites kutusu) gibi diğer aktarma organlarına iletir.
Wankel motoru, dört zamanlı ve su soğutmalı bir motordur. Yani, “emme, sıkıştırma, yanma ve egzoz” zamanlarını gerçekleştirir. Ancak, rotorun üçgen yapısı sebebiyle bu dört zamanda eksantrik mili üç devir döner. Motor gövdesinin bir yanında emme manifoldu, diğer tarafında egzoz manifoldu vardır. Manifoltların karşısında ise ateşleme bujileri bulunur.
Wankel Motorun Avantajları ve Dezavantajları
Avantajları:
- Wankel motor, diğer içten yanmalı motorlara göre daha az karmaşık, daha basit, daha hafiftir. Silindir pistonlu motorlara göre daha sessiz ve sarsıntısız çalışır. Bunun sebebi, rotorun aynı yönde dönme hareketi yapmasıdır. Silindir pistonlar yön değiştirdiği için sarsıntı yapar.
- Rotor, normal pistonlara göre daha az döndüğü için hareketli parçalar daha az aşınır.
- Pistonlu bir motora göre yaklaşık yüzde 30 daha verimli, yüzde 30 daha hafiftir.
- Harcadığı enerjinin işe çevrilmesinde diğer motorlara oranla daha başarılı bir motordur. 1,3 hacimli bir motordan normal şartlar altında 230 beygir gücü alınabilir.
- Wankel motorlar çok düşük hacimlerden çok yüksek güç üretebilir.
- Parçalarının sayısı pistonlu motorlardan azdır. Supap ve supapları hareket ettiren parçalar yerine basit emme ve egzoz kanalları (manifold) bulunur.
- Rotorda, pistonlardaki gibi piston kolu, krank mili, yataklar gibi karmaşık bir yapı yoktur.
- Üretilen dönme hareketi direkt vites kutusuna (şanzıman) iletilir.
Dezavantajları:
- Wankel motorunun en büyük dezavantajı, rotor çevresindeki contanın çabuk aşınmasıdır. Motor çalıştığında, “rotasyon yapan” rotorun çevresinde emme, sıkıştırma, yanma ve egzoz zamanları oluşur. Rotorun çevresinde gerçekleşen bu zamanlar veya çevrim, yüksek ısı ve basınçtan dolayı contanın çabuk aşınmasına yol açar. Bu sebeple contaların sıklıkla değiştirilmesi gerekir. Polimer malzemeden yapılan rotor contasının aşınması ve çabuk yıpranması sorununu çözebilecek dayanıklı bir malzeme üretilememiştir.
- Rotor contaları dayanıksız olduğu için yağ yakma sorunu ortaya çıkabilir.
- Diğer önemli bir sorunu da, yüksek tork yakalayabilmek için yüksek devire ihtiyaç duymasıdır. Bu sebeple yakıt tüketimi yüksektir.
- Diğer motorlara göre kompresyon (sıkıştırma basıncı) düşüktür. Bu da yakıt tüketimini artırır ve egzoz emisyon oranları daha yüksektir.
- Tork üretmek için yüksek devirde çalıştığından çok ısınan bir motordur.
- Yanma odası yüksek hacimli olduğu için termodinamik verimi düşüktür. Buna bağlı olarak yakıt tüketimi fazladır.
- Dört zamanlı, krank milli motorlarda 1 iş çevrim için (devir) krank mili 2 tam tur döner. Wankel motorunda eksantrik milinin 3 tam tur dönüşünde dört zaman (emme, sıkıştırma, yanma, egzoz), yani 1 çevrim tamamlanır.
(Wankel motor kullanılan Citroen GS Birotor - 1974-1977)
Wankel Motoru Kullanılan Araçlar
Wankel motoru, geçmiş yıllarda bazı otomobil ve motosikletlerde kullanıldı. Yakın tarihte ticari olarak en fazla Wankel motoru kullanılan otomobiller, “Mazda RX-7” ve “Mazda RX-8” modellerdir. Haziran 2012 tarihinde son Wankel motorlu Mazda RX-8, Hiroşima fabrikasında üretildi. Mazda, Wankel motorun ölmediğini ve mühendislik kaynaklarının bu teknolojiyi geliştirmeye devam etmeye odaklandığını açıkladı. Şirket, Skyactiv teknolojisini geliştirme çerçevesinde yeni nesil Wankel motoru üzerinde çalışmalar yapacaklarını açıkladı. Mazda, Ekim 2017 tarihinde düzenlenecek Tokyo Otomobil Fuarı’nda RX-Vision’un gelişmiş Wankel motorlu yeni versiyonunun tanıtılacağını duyurdu. Yeni nesil Wankel Rotary motorlu RX modelde veya farklı bir adı olan yeni bir modelde hibrit teknolojisinin de bulunabileceği duyuruldu. Yeni nesil Wankel motorlu konsept otomobilin tanıtımında Wankel motorun teknik değerlerinin de paylaşılacağı açıklandı.
Wankel motoru kullanılan bazı araç modelleri ve prototipleri şunlardır;
Otomobiller: Mazda RX (100, 2, 3, 5, 7, 8), NSU Ro-80, NSU Spider, Audi 100 C2, Citroen GS Birotor, Citroën M35, Mercedes-Benz C111, IFA (Trabant, Wartburg), Flugautos (M200, M400).
Motosikletler: Hercules W 2000 (Staubsauger), Suzuki RE 5, Van Veen OCR 1000, Norton P41 (Interpol II), Norton P43 (Classic), Norton P52 (Commander Police), Norton P53 (Commander Civilian), Norton P55 (F1), Norton P55B (F1 Sports), MZ Prototip.
Deniz Taşıtları: Zisch 68, Zisch 74.
(Koç Müzesi'nde sergilenen Türk mühendislerin ürettiği Wankel motoru)
Evde Üretilen Türk Tasarımı Wankel Motoru
Türkiye’de 1966-1984 yılları arasında seri olarak üretilen ilk otomobil olan Anadol marka otomobillerde kullanılmak üzere Türk mühendisler tarafından bir Wankel motoru üretilmiştir. Otosan Dizayn ve Geliştirme Bölümü’nde görevli Claude Nahum başkanlığındaki mühendis grubu, 1970’li yıllarda 107 beygir gücünde küçük motorlu bir Wankel motoru geliştirdi. Mühendis grubunda bulunan Claude Nahum, Dr. Kemal Ateşmen, Mithat Kuleli, Attila Salepçioğlu, Ahmet Ülgen ve Erol Batur, Otosan fabrikasında yeni bir motor geliştirmek için izin alamadıkları için İstanbul 4. Levent'te bir ev tuttu. Wankel motor bu evde üretildi ve Anadol otomobilde denendi.
Bilgisayarın yeni yeni Türkiye’de tanınmaya başladığı bir dönemde tüm hesap ve testler, Boğaziçi Üniversitesi ve Ankara Bağ-Kur'un “punch-cardlı” bilgisayarlarında yapıldı. Tasarlanan Wankel motorun patenti alındı. Toplam 5 adet Wankel motoru üretildi. Anadol motoru 48-54 beygir gücündeyken, Wankel motorlu Anadol otomobil, 107 beygir gücü üretiyordu. Her gün Levent-Sarıyer arasında test edildi. Anadol, bu sessiz ve güçlü motorla BMW marka otomobilleri bile geçiyordu. 10 bin kilometre testi başarıyla tamamlandı. Petrol krizi de baş gösterince kimse bu motoru geliştirme riskini üstlenmedi.Ayrıca Türk mühendislerin “yeni motor tasarımına” güvenilmiyordu. 1970'li yılların ortalarında geliştirilmeye başlanan bu motor, o dönem çözülemeyen problemler ve “Anadol Çağdaş” modelinin üretiminden vazgeçilmesi sebebiyle hiçbir zaman kullanılamadı. Bu motorlardan biri Rahmi Koç Müzesi’nde, bir diğeri de İsviçre Cenevre'de klasik otomobillerin sergilendiği özel bir müzede sergileniyor.
(Rotary tasarımı bir motor...)
Wankel ve Rotary Motor Arasındaki Fark
Wankel motoru, “Rotary motor” grubuna dahil edilebiliyor. Ancak çalışma sistemleri tamamen farklı. Wankel motoru, dönen rotoru sebebiyle Rotary motora benzetilir. Bir mile bağlı olarak dönen motorlar, “Rotary” grubu pistonlu motorlardır. Wankel motorda piston yerine üçgen bir rotor bulunur. Pistonlu Rotary motordan farklı olarak motor bloğu sabittir ve dönmez. Wankel motoru, “pistonsuz Rotary motor” olarak da tanımlanabiliyor.
Wankel Motoruyla İlgili Kısa Bilgiler
- “KKM57P” model Wankel motoru, günümüzde de kullanılan bir motordur.
- Yakın tarihlerde Wankel motoru ile üretilen tek otomobil Mazda RX8 modelidir. RX-8’in 1,3 litrelik 2 silindirli motoru 240 beygir gücü üretebiliyor.
- Wankel motoru, diğer motorlara oranla daha fazla yakıt tüketir. Wankel motorlu standart bir otomobilin, normal bir hızda 100 kilometrede 20 litreye yakın yakıt tükettiği belirtiliyor.
- Wankel motorun önemli parçası rotorun çevresindeki bandın çabuk aşınmasını önleyen bir malzeme icat edilirse, Wankel’in, diğer içten yanmalı motorların yerini alabileceği iddia ediliyor.
- Wankel motoru, sikloit eğri (Bir doğru üzerinde kaymadan yuvarlanan bir çemberin bir noktasının oluşturduğu eğri) tasarımıdır. Sabit eksenli, dairesel eksenli tasarımları da bulunur.
- Silindirli motorlar hala Wankel motorların güç ve hacim oranlarını yakalayamadı. Bu yönüyle pistonlu motorlar, Wankel motorun gerisinde kalıyor.