Wankel Motoru (Rotary Motoru)

1. Rotary Motorunun Doğuşu
Rotary motoru 1919 yılında 17 yaşındaki Felix Wankel isimli bir Alman çocuğunun yazın gördüğü inanılmaz bir rüyayla başladı. O rüyasında kendi eliyle yaptığı arabasıyla konsere gidiyordu. O rüyasında arkadaşlarına kendi arabasını nasıl övdüğünü bile hatırlıyordu. "Benim arabam yeni bir tip motora sahip, onu ben yaptım!" Sabah uyandığında bu rüyanın yeni tip benzinli motorun önsezisi olduğuna ikna olmuştu. O sırada içten yanmalı motorlar hakkında hiçbir bilgisi olmamasına rağmen önsezisiyle inandı ki motor dört çevrimi -emme, sıkıştırma, ateşleme, egzoz- dönerek de yapabilir. Bu önsezi bütün dünyada insanlar tarafından 16. yydan beri sayısızca denenen rotary doğuşuna sebep olmuştur. Rotary motor neredeyse mükemmel bir şekilde düzgün çalışıyordu; ve bu motor uyulması oldukça zor olan teknik standartlara da uyuyordu. Bu rüya ve önsezi Felix Wankel'in geri kalan hayatını ve yaşantısını yönetmiştir. Bu sırada Felix Wankel 22 yaşındayken rotary motoru geliştirebilmek için küçük bir laboratuar kurdu. Burada araştırma ve gelişmeleriyle meşgul oldu. II. Dünya savaşı sırasında Wankel motorun tamamen geliştirildiğinde büyük ulusal ilgi çekeceğine inanan Alman Havacılık Bakanlığı'na ve büyük sivil şirketlerin de katkısıyla çalışmalarına devam etti. Onlar inanıyorlardı ki rotary motoru tamamiyle geliştirildiğinde Alman ulusunu ve endüstrisini çok iyi yerlere getirebilirdi. Savaştan sonra Wankel Technicle Institude of Engineering Study (TES) 'i kurdu ve rotary motorun ve rotary kompresörün araştırma ve geliştirme işine ticari amaçlı devam etti. Ünlü bir motosiklet üreticisi olan NSU, Wankel'in araştırmalarına güçlü bir ilgi gösteri. NSU Dünya Grand Prix şampiyonasını sürekli kazanarak motor-sporları taraftarlarının büyük ilgisini çekiyordu. NSU ayrıca rotary motorun fikirsel kavramı olarak alındı. Wankel ile ortaklık yaptıktan sonra, NSU, Rotary motorunun trokoid yatağının en iyi şekilde geliştirilmesi üzerine çalışmalarını yoğunlaştırdı.

1.1. İlk Wankel Motoru
NSU, Rotary motorunun, kompresörünün çalışmalarını bitirdi ve wankel tipi kompresörleri uyguladı. Bu kompresörle NSU motoru 50 cc kategorisinde yeni dünya rekoru kırdı. Son hızı 192,5 km/h dı. 1957'de Wankel ve NSU DKM tipi rotary motorunun bir prototipini bitirdiler ki bu motor koza şeklindeki yatakta 3 köşeli rotoru birleştirdi. İlk döner motor burada keşfedildi. DKM, döner motorun bir hayal olmadığını kanıtladı.Tasarım karışık ve zordu çünkü trokoid yatağının kendisi dönüyordu, bu olay bu tip döner motorun pratik olmamasının sebebi oluyordu. 1 yıl sonra, 1958'de daha pratik olan, yatağı iyileştirilmiş KKM bitirildi. Fakat bu motorda trokoid ide içine alan bir yağ soğutuculu rotor ile daha komplike yapıdaydı. Bu yeni KKM günümüz wankel döner motorlarının prototipiydi. 49 yıl geçivermişti. Genç Felix Wankel'in rüyası NSU sayesinde gerçek bir döner motora dönüşüyordu.

1.2. İdeal Motorun Araştırılması
Kasım 1959'da , NSU resmi olarak Wankel döner motorunu gerçekleştirdiğini açıkladı. Tüm dünyadan yaklaşık 100 firma işbirliği için birbiriyle yarıştı, bunlardan 34'ü Japon firmalarıydı. Mazda başkanı Mr. Tsunaji Matsuda, döner motordaki büyük potansiyeli fark etti ve kendisi NSU ile direkt görüşmelere, Wankel döner motor üzerine yoğunlaştı. Bu yoğunlaşmalar Temmuz 1961'de resmi kontrada atılan imzalarla sonuçlandı. Japon hükümeti onayı verdi. İlk teknik çalışma grubu derhal NSU 'ya gönderildi. Bu sırada Mazda yerli geliştirme komitesi organizasyonu içindeydi. Teknik çalışma grubu 400 cc tek rotor döner motorun prototipini ve teknik çizimlerini elde etti ve ne yazık ki rotor yatağı üzerinde oluşan takırdamayı ve dalgalanmayı açıklayan izler işlerin kötüye gittiğinin ve geliştirme çalışmalarının en büyük sorunu olmuştu. Bu aynı zamanda NSU nunda karşılaştığı bir problemdi. Mazda, NSU'nun ürettiği döner motoru test ederken, kendi prototip döner motorunu yapmıştı (Kasım 1961). Bu motor bağımsız olarak tamamen yerliydi. Bütün motorlarda vuruntu sonucu izler vardı. Bu motorların pratiğe geçilmesi için öncelikle vuruntu izi problemini kesin olarak çözmek gerekiyordu.

1.3. Şeytanın Tırnak izleri
Nisan 1963'te, Mazda yeni organize ettiği döner motor araştırma departmanını kurdu. Mr Kenichi Yamamoto şefliğindeki departman, 47 tane mühendis araştırma-geliştirme, dizayn, test etme ve materyal araştırması adı altında ki bu dört bölümde çalışmaya başladı .Enine boyuna sıkı bir araştırma ve geliştirme sağlandı. Amaçları döner motorun sorunsuz, pratik kullanımıydı. Yani bu ürünü sorunsuz olarak seri üretmek ve pazarlamaktı. En önemli problem vuruntunun oluşturduğu iz problemiydi ve çözülmek zorundaydı. İzler, trokoidin yatağında, 3 köşeli rotorun tepe noktalarının (sekmanların bulunduğu yer) vuruntusu esnasında oluşuyordu. Sekmanların aşındırıcı vibrasyonu sonucu trokoid yatağının üzerinde izler meydana geliyordu. Araştırma bölümü bu izleri şeytanın tırnak izleri olarak adlandırdı. Bu olguyu yok etmek için bulunan çapraz oyuk sekmanı kullanıldı ve bu buluş, 300 saat yüksek hızda sürekli çalışan prototip motorun bulunmasına yardımcı oldu. Bu teknik döner motorların seri üretimine geçilmesine çok yardımcı olamadı fakat sekmanların geliştirilmesi ve hangi maddelerden üretilebilecekleri hakkında çok güzel fikirler verdi. Başlangıçtaki bu ilk sorunun çözümünden bir süre sonra, bu motorun ticari seri üretimine geçilmesini engelleyen bir ikinci problem ortaya çıktı. Bu da motorun yağ yakması ve beyaz kalın duman atmasıydı. Problemin sebebi yetersiz contalanmadan kaynaklanmaktaydı. Nippon Piston Ring şirketi ve Nippon Oil Seal şirketi ile Mazda'nın ortak çalışmaları sonucu sorunu gideren özel bir yağ geliştirildi.

1.4. Çift Rotorludan Çok Rotorluya Geçiş
1960 ların ilk yıllarında, döner motorun buluşunun başlangıç evresinde, Mazda 3 tip döner motor dizayn etti: Bunlar 2 rotorlu, 3 rotorlu ve 4 rotorluydu. NSU tarafından bitirilen ve prototip olan tek rotorlu versiyon yüksek hızlarda sarsıntısız çalışabilirken, düşük hızda dengesizlik eğilimi gösterebiliyor ve vibrasyonlarla tork kayıplarına neden olabiliyordu. Bu, tek rotorlu motorların, yüksek tork iniş-çıkışları belli başlı karakteristik özelliğinin oluşması için yeterliydi. Mazda daha sonra 6 silindirli-4 zamanlı motorla aynı tork eğrisini veren 2 rotorlu motorun geliştirilmesine gitti. Bu döner motor devri sarsıntısızlaştırmanın önemini arttırdı. İlk iki rotorlu test motoru olan L8A tipi 399 cc hacimli motor Mazda'nın orijinal dizaynıydı ve prototip bir spor araba olan L404A ( Cosmo Sport 'un ilk prototipi) ya monte edildi. Bu araba sadece döner motor için üretilmişti ve test sürüşleri hemen artından başladı. Aralık 1964'te diğer 2 rotorlu test motoru olan 3820 (491cc hacimli ) dizayn edildi ve bunlar kısa bir sürede seri bir üretim olan L10A'ya dönüştüler. Daha sonra döner motorun yüksek potansiyeli sayesinde Mazda yüksek ithal ve özel, lüks makine ekipmanları yatırımını yaptı. Bu sayede 3 ve 4 rotorlu versiyonlarının içinde bulunduğu çok rotorlu döner motorların 3lü üreticisi konumuna geldi. Bu prototipler, ortadan motorlu prototip spor otomobile kuruldu ve Mazda R16a'nın test sürüşleri başladı. Bu test turları yüksek hızda Miyoshi Kanıtlama Merkezinde 1965 yılında tamamlandı. Bu testlerin yapıldığı yer o zamanın Asya'daki en muhteşem test yeriydi. 30 Mayıs 1967' de Mazda, dünyanın ilk 2 rotorlu döner motorlu aracı olan Cosmo Sport 'u satmaya başladı. Bu araç 491 cc hacminde ve 110 beygir gücündeki 10A tipi bir motora sahipti. Bu motor pyrografit ile yapılmış yeni contalarla, yüksek dayanıklılığı olan carbon metali gövdesiyle ve aliminyum sinterleme yöntemiyle oluşturulmuştu. Bu sayede motor 1000 saat sürelik testten geçti Artından 100.000 km test sürüşü sonucu sadece ince ufak çizikler oluşmuştu yatakta. Cosmo Sport 6 yıl içinde yapılan test sürüşlerinde 3 milyon km yi geride bırakmıştı. Modern çizgileri, süper sürüş performansı ile dünyada yeni bir çığır açmıştı.

1.5. Düşük Emisyonlu Döner Motorların Gelişimi
Çift rotorlu morot olan tip 10A nın 1967 de seri üretime geçmesiyle Mazda uygulamalarını Cosmo Sport ile sınırlandırmadı. Ve bu motoru diğer sedan ve coupe modellerinde de uygulamaya geçerek daha geniş hacimde üretime girdi.Böylelikle daha çok müşteri çelebilecekti. Mazda ayrıca döner motorlu araçlarını dünya pazarına da sürmeyi planlıyordu. 1970 te en katı otomobil emisyon standardı olan Amerika'ya ithal etmeye başladı. 1966 da Mazda egzost emisyonlarını azaltma çalışmalarına daha önceki çalışmalarına ek olarak başladı. Muadili bir motorla kıyaslandığında döner motoru daha düşük NOx fakat daha fazla HC (Hidrokarbon) verme eğilimindeydi. Otomobil emisyon standartlarını sağlayabilmek için Mazda ideal bir katalitik sistemin gelişmesine yardımcı olmuştur. Ve araçlarında bu termal reaktörü kullanmaya başladı. Termal reaktör Hidrokarbonu yakıp HC emisyonlarını azaltan bir cihazdı. Bu termal reaktör Amerikaya ithal edilen araçlarda da kullanıldı ( model R100) ve o senedeki emisyon standartlarını sağladı. Sonradan diğer otomobil üreticileri bu emisyon standartlarını uymaya razı olamadılar. 1973 te Mazdanın döner motoru U.S. Epa Muskie Act testini geçmiştir.

1.6. Phoenix Projesi
1970'lerde Dünya uluslar arası politik ilişkilerde fırtınalı bir döneme girmişti. Birçok gelişen ulus her nasılsa kendi petrol rezervlerini kullanarak önemli ve güçlü bir kişiliğe bürünüyorlardı. Petrol krizleri bu politik dalaşmaların sonucudur. Çoğu orta-doğu petrol üreticisi ülkeler zaman içinde kendi ihraç petrollerini kısıtlayarak dünya petrol fiyatlarının artmasına sebep olmuşlardır. Otomobil üreticileri bu olaylara dayanaraktan yakıt tasarufu sağlayan araçların seri üretimine geçtiler. Bu rotary motorun kesin kurtulmasını sağlayacak bir yoldu. Mazda döner motorlarının yakıt tüketimini düşürmek için yaptığı çalışmalara phoenix projesi adını verdi. Ve bu proje araştırmalarının ilk senesinde yüzde 20 ve ikinci senede yüzde 40 yakıt ekonomisi sağlamayı başardı. Phoenix projesinin başarısı 1978 spor Savana RX-7 ye de yansıdı. Daha sonra motor gelişmelerinin temelleri olan reaksiyon tip egzost manifoldu, yüksek enerjili ateşleme sistemi, iki kademeli katalitik konvertör başarıyla geliştirildi.

1.7. Altı Girişli Sistem
Düşük emisyon sitemsi ve yakıt ekonomisi gelişimi gibi 2 anahtar projenin tamamlanmasından sonra Mazda 6 girişli sistemi ve 2 kademeli monolitik katalitik konvertör sistemlerini 12A tipi motorlarıda denedi (573 cc). 6 girişli sistem 1 rotor odası için 3 tane emiş ağzına sahipti. Bu sistem sayesinde yakıt tasarufu sağlanacağı gibi performans artışı da mümkünleşiyordu.

1.8. Turbo ve Dinamik Kompresör
1982'de satışa sunulan Cosmo RE Turbo, Dünya'nın ilk turbo şarjlı döner motoruydu. Döner motorun egzost sistemi de doğal olarak turboşarjın türbini çalıştırması için daha güçlü bir enerjiye sahipti. Bir süre sonra da Cosmo RE Turbo Dünya'nın ilk elektronik yakıt enjeksiyon sistemi ile donatışmış döner motoruna sahip seri üretim otomobili olmuştu. Cosmo RE Turbo Japonya'da o zamanların en hızlı arabası olmuştu. Bu döner motorun bir sonucuydu. Daha sonra "GüçlüTurbo" döner motor için bulundu ve gelecekteki diğer gelişmelere kapı açtı. Dinamik kompresör sistemi 1983 yılında döner motora 13B tipi model alarak adapte edildi ve bu sistem hava hacminin dinamiğini yükseltmiş ve turbo ile mekanik kompresörden daha etkili olmuştu. Her rotor için odacıkta çift yakıt enjeksiyonu bulunan bu motor, 13B döner motorun geliştirilmesine yardımcı oldu.Dinamik kompresör 1985 yılında yükselek tork biçimiyle daha da geliştirildi.

1.9. Çift Pervaneli Turbo
Turbo döner motorun sürüş performansını geliştirmek için 2. jenerasyon Savana RX-7 13B tipi motora adapte edildi bir adet çift pervaneli turboyla. Bu sistem turbo gecikmesini minimize eden bir sistemdi ve egzost emişini 2 ye bölüyordu .Böylece gereken rahatlama sağlanıyordu. 1989 da çift pervaneli turbo çift bağımsız pervaneli turboya dönüştü. Bu daha az komplikeydi ve basit bir konfigürasyona sahipti. Bu yeni turboşarj motor için gelişmekte inanılmaz bir tork artışı ve buna bağlı olarak sürüş performansına ulaşmıştı.

1.10. Çift Yakıt Enjektörü
1983'ten bu yana Mazda döner motorları için elektronik kontrollü yakıt sistemine, her rotor odasına 2 enjektör koyup daha da geliştirdi.Genelde konuşulan geniş nozulların daha yüksek performans sağlayacağıydı çünkü daha fazla yakıt çekebiliyordu fakat düşük hızlardaki stabil yanma için küçük nozullar daha uygundur. Çift enjektör bu tarz sorunları kontrol etmek veya ortadan kaldırmak için üretildi ve 2 rotorlu 13B REW ve 3 rotorlu 20b REW motorlara hava-karıştırıcı enjektörler,çift enjektörlerin gelişimi olarak geliştirildi.

1.10.1. Tip 20B REW Döner Motoru
1990 yılında, Eunos Cosmo 3 rotorlu ve 20B REW kodlu motoruyla çeyrek asırlık bir döner motor gelişiminden sonra satışa çıktı. 2 rotorlu döner motor 6 silindirli bir motora denk gelirken, 3 rotorlu döner motor 8 silindirli bir motora denk geliyordu ve gelişmelerle bu v12 motora denk gelebilecek hale geliyordu. Fakat bu gelişmelerin önündeki en büyük sorunlardan biri üretim ve finansman kaynağı sorunuydu.

1.11. Ardaşık Çift Turbo
Ardışık çift turbo uygulaması ilk 1990 yılında tip 20B-REW ve tip 13B-REW rotary motorlarında zincirleme iki turbo şarj konseptine dayanarak kullanılmıştır. Düşük hızlarda sadece ilk turbo çalışıyor fakat yüksek hız aralığında ikinci turbocharger devreye giriyor. İkisini birlikte kullanmak yeterli turbo besleme kapasitesi sağlamakta ve kazançlı yüksek randıman alınmaktadır. İki turbo beslemeyi aynı anda kullanmak ayrıca egzoz direncinin azalmasına da sebep olur. Buda daha yüksek performansa katkıda bulunur. Rotary motorun turbo uygulamasında esas motorların turbo uygulamasına oranla aniden açılan egzoz deliği sonucunda oluşan güçlü egzoz itme gücü ve düz kısa manifold yapısını kapsayan birkaç iyi yanı vardır. Bu özellikleri tamamen kullanmak için eşsizce şekillenmiş dinamik basınç manifoldu egzoz gazının turbo beslemesine minimum mesafeden etki etmesini sağlar.

1.12. Dünyanın Tek Rotary Motor Fabrikası
Mazda iki rotorlu rotary motorlarını geliştirmek için nasıl 32 senedir çalışabiliyor? Cevabı firmanın üretimdeki yüksek kaliteli uzmanlığında ve imalat mühendisliğinde yatıyor. Rotary motorların seri üretimi için Mazda 34.000 m2lik ayda 15.000 adet üretim yapabilecek kapasitede bir fabrika kurdu.

1.13. Geliştirilmiş Döner Motor
Mazda 1994 yılında hidrojen yakıtlı döner motor destekli konseptini duyurdu. Hidrojen dünyaca sorun olan carbondioxide'i üretmeyen bir yakıt olarak kullaılacaktı. Mazda bu projelerini geleceğin döner motorları için sürdürmekte halen deneysel araçlar üretmektedir.

2. Wankel Motorunun Evreleri
25 yaşındaki Felix Wankel'in günlüğünden alınmıştır:

"Buhar veya su jetinde gaz ateşlenmiyor, tam tersine gaz isteniyor yani gaz gücüyle dönüyor. Benim istediğim benzin gücünü kullanarak kendi dönme hareketini yapıp gaz çıkartan bir motor tasarımı yapmak."

Bu günlükte ithaf edilen motor ilk wankel motor olan DKM54 dü ve Almanya 'nın ikinci dünya savaşından sonra teslim olmasından sonra imalatının önünde çok zorlu engeller vardı. Felix Wankel'in araştırma yasağı vardı Tüm Alman bilim adamlarında olduğu gibi ve yurt dışına müttefiklere gidemiyorlardı. 1 Şubat 1957'de DKM54 motoru test için ilk defa çalıştı. Bu motorda dış çaplar ile iç rotor ikisi birlikte dönüyordu.

Kaynak

MsXLabs Üye Girişi