מנוע ונקל

מנוע ונקל או מנוע רוטורי הוא מנוע בעירה פנימית סיבובי. המנוע פותח בשנות ה-50 של המאה ה-20 על ידי המהנדס הגרמני פליקס ונקל והוצע לראשונה במכוניות של חברת NSU. נכון לעשור הראשון של המאה ה-21, עדיין מיוצרים אופנועים ומכוניות עם מנוע זה, אולם הם נדירים יחסית. בניגוד לגלילים שבהם משתמשים במנוע שתי פעימות ובמנוע ארבע פעימות, במנוע ונקל משתמשים בבית מנוע אפיטרוכואידי, שבתוכו מסתובב רוטור. צורת הרוטור היא משולש רולו שדפנותיו קמורות, שכל אחת מהן פועלת כמו בוכנה. על כל צד של הרוטור ישנם אטמי מתכת שאוטמים את הצדדים של תא השריפה הזמני הנוצר בין הרוטור לדופן בית המנוע. בית המנוע האפיטרוכואידי גורם לכך ששלושת הלהבים של הרוטור יהיו תמיד במגע עם הדפנות, וכתוצאה נוצרים 3 נפחים אטומים של גז הסובבים עם הרוטור סביב בית המנוע. כל חלק בבית המנוע מבצע שלב כלשהו בתהליך הבעירה. בניגוד למנועים אחרים, במנוע ונקל אין שסתומים, וסעפות היניקה והפליטה מגיעות אל בית המנוע. סעפת הפליטה מחוברת ישירות למפלט, וסעפת היניקה מחוברת ישירות למאייד. מספר החלקים הנעים במנוע זה נמוך ביותר מאשר במנוע בעירה פנימית עם גלילים (3 לעומת 40), עובדה זאת מביאה לכך שהאמינות של המנוע גבוהה במיוחד ביחס למנועים אחרים. בחלק זה ישנם תנוכים (אונות), המורכבים בצורת מדרגות המאונכות לו. התנוך פועל למעשה, כמו גל הארכובה (crankshaft) במנוע בוכנות רגיל, כאשר כל רוטור מרים את אחד התנוכים, תוך כדי שהוא נע במסלולו סביב בית המנוע. כיוון שהתנוכים בנויים במאונך לגל הזיזים, הכח שהרוטור מעניק להם יוצר מומנט הגורם לגל הזיזים להסתובב. מנוע ונקל בנוי בשכבות – בדרך כלל חמש שכבות שמוחזקות ביחד על ידי טבעות וברגים ארוכים. נוזל הקירור זורם דרך מעברים המקיפים את כל החלקים והשכבות. שתי השכבות החיצוניות מכילות את האטמים ואת גלגלי השיניים המסובבים את גל הזיזים. בנוסף הן אוטמות את שני האזורים של בית המנוע, שמכילים את הרוטורים. המשטח הפנימי של שכבות אלו, חלק מאוד, זאת על מנת לעזור לאטמים של הרוטור לתפקד. סעפת היניקה ממוקמת על כל אחת מהשכבות הנ"ל. השכבה הבאה היא למעשה בית המנוע, המכיל את סעפת הפליטה. חלק זה של בית המנוע מכיל את הרוטור. השכבה המרכזית מכילה 2 חריצי יניקה - אחד בשביל כל רוטור. היא גם מפרידה בין 2 הרוטורים ולכן המשטח החיצוני שלה חלק מאוד. במרכזו של כל רוטור יש גלגל שיניים פנימי גדול שמסתובב סביב גלגל שיניים קטן יותר, שקבוע אל בית המנוע. חלק זה קובע את מסלולו של הרוטור. בנוסף הרוטור מסתובב על תנוך מעגלי גדול של גל הזיזים. ליבו של המנוע הוא הרוטור, שהוא החלק השקול בפעולתו לבוכנה במנוע בוכנות. הרוטור מורכב על תנוך עגול וגדול שנמצא על גל הזיזים, התנוך אשר פועל כמו גל הארכובה ונותן לרוטור את ההנפה שהוא צריך כדי לסובב את גל הזיזים. בזמן שהרוטור מסתובב בתוך בית המנוע, הוא דוחף את התנוך במעגלים דקים, שלוש פעמים לכל כיוון של הרוטור. כאשר הרוטור זז בתוך בית המנוע, שלושת התאים שנוצרו על ידיו משנים את גודלם, שינוי הגודל הזה יוצר פעולת שאיבה. פעימת היניקה שלב היניקה מתחיל כאשר קצה הרוטור עובר את חריץ היניקה. באותו הרגע, כאשר חריץ היניקה חשוף לתא שנותר על ידי הרוטור, הנפח של התא הזה מינימלי. כאשר הרוטור עובר את חריץ היניקה הנפח של התא גדל, ותערובת של אוויר ודלק נכנסת לתוכו, עד אשר הוא מגיע לנפחו המקסימלי. בנקודה זו פינת הרוטור עוברת את פתח היניקה, התא נאטם ומתחיל תהליך הדחיסה. פעימת הדחיסה כאשר הרוטור ממשיך בתנועתו סביב בית במנוע, הנפח של התא שנוצר קטן, והתערובת הדליקה נדחסת. בזמן שפני הרוטור נעות ליד המצתים (פלאגים), הנפח של התא שנוצר הוא מינימלי. פעימת הבעירה לרוב מנועי הונקל יש שני מצתים. הסיבה לכך היא שתא השריפה ארוך, לכן הלהבה תפעל לאט מדי אם היה רק מצת אחד. כאשר המצתים מציתים את התערובת הדליקה, הלחץ שנוצר מזיז את הרוטור, בכיוון שגורם לתא שנוצר לגדול בנפחו. הגזים שנפלטים כתוצאה מתהליך השריפה ממשיכים להזיז את הרוטור וליצור כח, עד אשר הרוטור עובר את חריץ הפליטה. פעימת הפליטה כאשר קצה הרוטור עובר את חריץ הפליטה, הגזים שנוצרו מתהליך השריפה חופשיים לזרום החוצה לסעפת הפליטה (וממנה למפלט). כאשר הרוטור ממשיך לזוז, התא שנוצר מתחיל להתכווץ, ובכך מוציא את הגזים שנשארו לחריץ הפליטה. בו בזמן, הנפח של התא שנוצר הוא כמעט מינימלי. קצה הרוטור עובר את פתח היניקה והמעגל מתחיל מחדש. יעילותו של מנוע ונקל נובעת מכך שבסיבוב אחד של הרוטור מתבצעים שלושה תהליכי בעירה (המקבילים ל"פעימות עבודה" במנוע בוכנה). אמנם גל הזיזים (השקול לגל ארכובה במנוע ארבע פעימות) סובב שלושה סיבובים על כל פעימת בעירה, אך כיוון שמתרחשות שלוש פעימות בעירה בסיבוב אחד מתקבל למעשה תהליך בעירה אחד לכל סיבוב של גל הזיזים. כך מתקבלת יעילות עבודה השקולה ליעילות של מנוע שתי פעימות וטובה פי שניים מיעילותו של מנוע ארבע פעימות. מאפיין יעיל נוסף של מנוע ונקל הוא בכך שאין צורך בהמרת פעולת המנוע מתנועה קווית (של בוכנות במנוע בוכנה) לתנועה סיבובית (של גל ארכובה). פליקס ונקל החל לפתח רעיונות הנוגעים למנוע רוטרי ב-1951 במסגרת עבודתו בחברת NSU. ב-1957 הציגה NSU אב טיפוס של המנוע, אך נדרשו מספר שנים נוספות כדי להביאו לרמה המתאימה לשיווק במכוניות סדרתיות. ב-1964 החלה NSU למכור את ה-"ונקל ספיידר" שהייתה המכונית הראשונה בעולם שהונעה במנוע רוטרי. ב-1967 הוצג NSU Ro 80 שהיה הדגם הנודע ביותר שיוצר עם מנוע רוטרי אך בעיות האמינות שלו היו כנראה בין הסיבות לקריסת NSU. סיטרואן אמי דגם m35 יוצר עם מנוע ונקל, אך יוצרו 267 יחידות בלבד. בשנת 1973 יוצר על ידי סיטרואן דגם ה-סיטרואן GS בגרסת מנוע ונקל, 2X497.5 סמ"ק המפיק 106 כ"ס. הגרסה הייתה קרויה: Citroën GS Birotor. יוצרו 847 יחידות בלבד. זכויות הייצור של מנוע ונקל נמכרו במהלך שנות ה-60 של המאה ה-20 למספר חברות, ביניהן מאזדה, סיטרואן, ניסאן, סוזוקי, ימאהה ועוד. רוב החברות נטשו פיתוח כלי רכב עם מנוע זה עוד בשלב התכנון. סוזוקי הייתה הראשונה להציע אופנוע עם מנוע ונקל, ה-RE-5 ב-1965. בתחום המכוניות רק מאזדה פיתחה והציעה באופן רציף מכוניות עם מנוע ונקל מ-1967 ועד ימינו. במהלך השנים הצליחה מאזדה לשפר את אמינותו וביצועיו של המנוע, ומכונית הספורט שלה, RX-7, הייתה נושאת הדגל בתחום, עד שהופסק ייצורה ב-2012. מנוע דיזל NSU Ro 80 פטנט US2988008 למנוע ונקל (באנגלית) הסבר על פעולתו של מנוע ונקל (באנגלית) מנוע ונקל, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)