Wankelův motor

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Wankelův motor
Wankelův motor v Německém muzeu v Mnichově

Wankelův motor je spalovací motor, ve kterém trojboký píst rotací v oválné skříni mění objem komor, v nichž dochází k sání, kompresi, expanzi i výfuku a hrany pístu otevírají a zavírají sací a výfukové otvory. Motor vynalezl Felix Wankel v roce 1957.

Historie[editovat | editovat zdroj]

Od začátku 20. století se objevovaly pokusy využívat rozpínání plynů mechanizmem, který by zaujímal menší prostor než mechanizmus s ojnicí a klikou způsobující neustálé zastavování a zrychlování mařící získanou kinetickou energii a který by bylo možno zcela vyvážit. Tyto stroje jsou založeny na uspořádání otáčejících se dílů tak, aby plynulé a cyklické zvětšování a zmenšování prostoru mezi válcem a rotorem bylo vyvoláno výhradně částmi, jejichž těžiště se rovnoměrně otáčejí, takže jejich odstředivou sílu je možno zcela kompenzovat. Jsou zahrnuty pod společný název rotační a Wankelův motor patří mezi ně.

Původní Wankelův návrh předpokládal otáčení rotoru i válce rozdílnými rychlostmi kolem společné osy. Tak by byly rotující části symetrické, a tedy dobře vyvážené. To s sebou ale neslo problém s rotujícím válcem. Později zvolil řešení, kde rotuje jen rotor a jeho střed koná další rotační pohyb. Vyvážení se pak dosáhne konstrukcí motoru se dvěma rotory.

Do funkčního prototypu vyvinul Felix Wankel motor s podporou NSU v roce 1957. Po veřejném představení zakoupila licenci a zahájila vývoj většina známých výrobců motorů a automobilů jako Curtiss-Wright, Alfa Romeo, Daimler-Benz, GM, Mazda, Nissan, Porsche nebo Rolls-Royce. Odborníky byl považován za motor budoucnosti. Při stejném výkonu se dá vyrábět úsporněji, je kompaktnější a váží přibližně o třetinu méně. Rotující části lze téměř dokonale vyvážit, což vede k mimořádně hladkému chodu a minimálnímu hluku.

Postupem vývoje se projevily nedostatky motoru. Rozdílná rychlost těsnicích lišt po délce rotoru proti skříni, zejména v hranách a rozích i axiálně na čelech, je příliš tepelně zatěžuje, nadměrně opotřebovává a snižuje životnost. Lišty s mazivem ze směsi benzínu a motorového oleje ztrácí těsnost a motor kompresní tlaky. Nevhodný tvar spalovacího prostoru s poměrně rozsáhlým povrchem v podobě dlouhého sedla a nevysoký prakticky dosažitelný kompresní poměr snižují tepelnou účinnost. Vyšší účinnost mechanická z nezastavování pístu ji nevynahradí. K vyšší spotřebě oleje se tak přidává i vyšší spotřeba paliva. Motor má i velmi nízký točivý moment v nižších otáčkách a jeho turbínově vysoký bublavý zvuk poněkud připomíná tříválcovou dvoudobou jednotku. Snadno se vytáčí, bez omezení až k destrukčním hodnotám.

Pohon automobilů[editovat | editovat zdroj]

První sériový vůz s motorem Wankel byl mezi lety 1964–1967 vyráběný NSU Spider v počtu 2 375 kusech. V roce 1967 přibylo kupé Mazda Cosmo Sport a sedan vyšší střední třídy NSU Ro 80, vyhlášený Evropským autem roku.

NSU a Citroën pro výrobu motorů založily velký společný podnik Comotor v Lucemburku, který si vyžádal neobvyklé, nové a nákladnější obráběcí technologie. Spíše menší NSU finančně vyčerpaly i časté záruční opravy jejích plně nevyvinutých Wankelů s nízkou životností. V roce 1969 ji převzal koncern VW. Odolnější těsnící lišty z karbidu titanu nebo dvě zapalovací svíčky na jeden rotor zavedla pozdě. Výroba Ro 80 skončila po 37 204 kusech v roce 1977 bez náhrady.

Wankely Mazda s lištami ze slitiny grafitu a hliníku netrpěly tak nízkou životností. Jejich sání z boků skříně nepřekrývalo výfuk a vykazovaly vyšší výkon, lepší průběh točivého momentu a mírně nižší spotřebu. Mazda je montovala do řady modelů a v roce 1970 vyrobila stotisící vůz s Wankelem. Za vrcholu prodejů v roce 1973, kdy vyráběla každý druhý s Wankelem, už půl miliontý. Růst cen benzínu způsobil drastický pokles jejích prodejů. Citroënem roku 1973 představený GS BiRotor při růstu cen paliv neuspěl a v roce 1976 ho převzal Peugeot. Neúspěchy přispěly k celkovému útlumu Wankelova motoru včetně vývoje Curtiss-Wright v USA.[1]

Výrobu Wankelu si nadále udržela Mazda a Lada. V roce 1978 Mazda dodala miliontý vůz s tímto motorem, po ropné krizi především v sériových sportovních i čistě závodních vozech, jejichž největším úspěchem bylo překvapivé vítězství čtyřrotorové Mazdy 787B se třemi svíčkami na rotor ve vytrvalostním závodě 24 hodin Le Mans roku 1991. Vývojově pracuje i na verzích s alternativními palivy, např. vodíkem nebo čtyřmi svíčkami na rotor. Lada používá Wankel od návštěvy výrobního závodu Mazdy v rychlých vozech ozbrojených složek. Vyšší spotřeba u sportovních automobilů tolik nevadí a Rusko nikdy nemělo nedostatek ropy. Za dob Sovětského svazu s omezeným parkem osobních vozidel byla zástavba Wankelu do běžných vozů efektivním řešením dosažení potřebné vyšší maximální rychlosti. Jak větším výkonem, tak nižší hmotností motoru snižující celkovou hmotnost a zlepšující dynamické parametry.

Ani Mazdě se nepodařilo plně ošetřit životnost motoru, která je odhadována na 60 000 kilometrů (u mimořádně ohleduplných řidičů maximálně dvojnásobek). Po tomto nájezdu je nutná výměna motoru nebo generální oprava, která vyjde na 75 % ceny nového motoru.[2] Životnost současných Wankelů Lada se má pohybovat okolo 100 000 km.[3]

Mazda poslední model s Wankelovým motorem RX8 přestala vyrábět koncem června 2012. Celkově vyrobila přibližně dva miliony Wankelových motorů. Dle vyjádření z konce roku 2014 už do budoucna nepočítala s výrobou vozu s tímto motorem.[4] Po dvou letech plán radikálně změnila.[5] Ve vývoji pokračuje a na jaře 2016 přihlásila inovovaný Wankel do patentového řízení.[6] Připravuje i použití Wankelova motoru pracujícího za neměnných otáček jako prodlužovače dojezdu elektromobilů.[7]

Ekologické hledisko[editovat | editovat zdroj]

Čistota výfukových plynů se na přelomu 60. a 70. let 20. století začínala teprve sledovat a byla liberální. Nižší spalovací teploty ve Wankelově motoru byly navíc příslibem nižších emisí NOx odstranitelných jinak jen recirkulací výfukových zplodin, a tedy snížením výkonu. O karcinogenitě produktů z nedokonalého spalování oleje se ještě tolik nevědělo. Koncem šedesátých let 20. století se tak Wankel stal vítanou konkurencí pístovým motorům také pro ekology i při jeho vyšší spotřebě. Karcinogenní emise bylo možné udržet pod požadovanou úrovní pozdějších předpisů oxidačními katalyzátory zvyšujícími spotřebu, což při cenách ropy před krizí 70. let 20. století tak nevadilo.

Další použití Wankelova principu[editovat | editovat zdroj]

Dnes můžeme na aplikaci Wankelova principu narazit v mnoha vozech, kde ale není využíván jako motor spalovací, ale slouží v kompaktní velikosti pro rychlou přeměnu chemicky vyvinutého objemu plynů po detekci nárazu na rotační pohyb využitý k napnutí bezpečnostního pásu pro snížení následků nehody.

Geometrické uspořádání[editovat | editovat zdroj]

V principu je Wankelovo uspořádání rotačního stroje založeno na tom, že úsečky, vycházející ze středu kružnice a s ní pevně spojené, při odvalování této kružnice po menší, v ní ležící kružnici, opisují svými vnějšími koncovými body shodnou křivku, zvanou epitrochoida, přičemž spojnice těchto koncových bodů úseček se plynule a cyklicky přibližují a vzdalují vůči opsané křivce a tak spolu s obloukem opsané křivky, ležícím mezi koncovými body úseček, vymezují plochu s měnící se velikostí.

Poměry a průměry kružnic[editovat | editovat zdroj]

Spojnice koncových bodů jsou nejlépe tvořeny oblouky. Je zřejmé, že opsaná křivka tvoří vnitřní obrys válce, zatímco obloukové spojnice koncových bodů tvoří vnější obrys rotoru. Větší, vnější kružnice je pak tvořena roztečnou kružnici kola s vnitřním ozubením a menší, vnitřní kružnice je tvořena roztečnou kružnici kola s vnějším ozubením. Jsou-li úsečky dvě a uspořádány na jedné přímce, pak má rotor dva vrcholy a poměr průměrů kružnic činí 2:1. Při třech úsečkách vycházejících z jednoho středu a pootočených vůči sobě o 120 stupňů má rotor tři vrcholy a tři jejich spojnice a poměr průměrů kružnic je 3:2, při čtyřech úsečkách pootočených vůči sobě o 90 stupňů má rotor čtyři vrcholy a čtyři spojnice a poměr průměrů kružnic je 4:3 atd. V průběhu vývoje se motor Wankel ustálil na provedení se třemi vrcholy s poměrem průměrů 3:2. Toto uspořádání umožňuje, aby vždy během 90 stupňů otočení rotoru došlo ke změně objemu pracovního prostoru z minima na maximum a při následujícím otočení o 90 stupňů opět z maxima na minimum. Při jednom otočení rotoru o 360 stupňů pak postupně proběhnou nad každým obloukem rotoru samostatně všechny čtyři fáze čtyřdobého cyklu.

Křivosti[editovat | editovat zdroj]

Z kinematického principu Wankelova stroje vyplývá, že opsaná křivka má v každém bodě jinou hodnotu křivosti, plynule přecházející nejdříve uvnitř křivky od maxima křivosti do limity s nulovou křivostí a v tomto bodě pak skokem do limity s nulovou křivostí na vnější straně křivky. Na této vnější straně křivky se zase plynule zvětšuje do druhého maxima křivosti a pak opět klesá k limitě v dalším bodě, kde se stejně skokem vrací dovnitř křivky. Tím křivka vytváří nejméně jedno sedlo směřující dovnitř opsané křivky. Stroj s poměrem kružnic 2 : 1 má jedno sedlo, stroj s poměrem kružnic 3 : 2 má čtyři sedla atd. Oblouky spojující koncové body úseček musí být proto vedeny tak, aby v žádné poloze úseček neprotínaly opsanou křivku v místě sedla a proto i při poloze, kdy obloukové spojnice jsou opsané křivce nejblíže, zůstávají po obou stranách sedla prázdné plochy.

U Wankelova motoru s rotorem se dvěma vrcholy lze za určitých okolností dosáhnout toho, že střed křivosti zůstává uvnitř křivky a netvoří se tak popsané sedlo, takže je možno vytvořit dobrý spalovací prostor i žádoucí kompresní poměr. Avšak z principu pohybu je u Wanklových strojů průměr hřídele, procházejícího kolem s vnějším ozubením, přímo úměrný vzdálenosti mezi vrcholy rotoru a tato úměra je taková, že v úvahu přicházejících velikostí strojů s dvouvrcholovým rotorem neunese hřídel větší tlaky na rotor, než přibližně 1 MPa. Proto nelze s dvouvrcholovým rotorem vytvořit potřebný spalovací motor nebo kompresor. Toto je jedním z důvodů, proč se tvůrci Wankelova motoru, po prvních pokusech, soustředili jen na provedení s třívrcholovým rotorem. Druhým z důvodů je, že toto třívrcholové provedení nevyžaduje ventily.

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. Americký Wankel. časopis Automobil [online]. Ministerstvo všeobecného strojírenství, leden 1968 [cit. 2020-06-17]. Dostupné online. 
  2. VELECKÝ, Martin. Těchto 20 motorů obejděte v bazaru širokým obloukem [online]. autorevue.cz, 1. 9. 2014. Dostupné online. 
  3. LIPAVSKÝ, Václav. Ing. [online]. Bratislava: Pravda.sk, 29.04.2010. Dostupné online. 
  4. http://www.autoforum.cz/predstaveni/zadna-nova-mazda-rx-s-wankelem-uz-nebude-oznamil-sef-znacky/ [online]. 
  5. mazda-rx-9-skutecne-miri-do-tokia-dostane-pry-wankel-budoucnosti [online]. [cit. 2015-10-20]. Dostupné online. 
  6. www.yahoo.com [online]. www.yahoo.com [cit. 2016-04-06]. Dostupné online. 
  7. Mazda bude dobíjet elektromobil Wankelem. Prototyp jezdí hladce. iDNES.cz [online]. 2019-09-09 [cit. 2020-06-17]. Dostupné online. 

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]