Wankelův motor zpět ve hře: Jak funguje a jaké má výhody?

Oproti stejně výkonným klasickým pístovým motorům má Wankelův rotační motor mnohem menší hmotnost, kompaktnější rozměry, lepší charakter výkonové křivky a nižší vibrace. Wankelův rotační motor poprvé spatřil světlo světa před téměř 70 lety a dodnes se s ním můžeme setkat. Kde se používá Wankelův motor? Kdo stál za zrodem toho motoru? Jak funguje Wankelův motor?

Co je to Wankelův motor?

Wankelův motor, známý také jako rotační motor, je spalovací motor s rotujícím pístem, jenž přeměňuje tlak na rotační pohyb. Pracovní prostor je oválného tvaru. V něm se pohybuje píst ve tvaru konvexního trojúhelníku s oblými rohy a stranami. Píst se otáčí a současně vykonává malý přímočarý pohyb tím způsobem, že postupně vytváří prostor sací, kompresní, spalovací a výfukový.

Wankelův motor byl pojmenován po svém vynálezci. Německý konstruktér a mechanik Felix Heinrich Wankel vymyslel princip rotačního motoru v roce 1951. První skutečně funkční motor Wankel se rozběhl v únoru 1957. Do sériové výroby se však dostal až v roce 1964.

Jak funguje Wankelův motor?

Konstrukce Wankelova motoru sestává z trojúhelníkového pístu, který koná krouživý pohyb. Boky pístu jsou tvořeny válcovými plochami a ty spolu se spalovací skříní tvoří tři pracovní prostory. Profil vnitřku skříně, ve které rotuje píst, je tvořen válcovou plochou. Ta se nazývá zkrácená epitrochoida. K této křivce vede několik geometrických postupů – v zásadě se však jedná o rotaci kružnice po další kružnici o dvojnásobném průměru. Na malé kružnici se vyznačí bod, který pak vytváří požadovanou křivku.

Rotující píst mění objemy tří komor. Každá z komor vykoná za 3 otáčky jeden čtyřdobý pracovní cyklus. Pokud uvažujeme rotaci pístu doprava, v první komoře dochází k nasávání směsi a stlačování směsi. Ve druhé komoře je dokončena komprese a dochází k zážehu. Třetí komora se v stejný moment nachází ve fázi výfuku.

Pohyb pístu je určen ozubeným převodem uvnitř pístu (pastorek je pevný, rotuje píst) a tento pohyb se přenáší přes excentr na výstupní hřídel motoru. Díky převodu vykoná výstupní hřídel 3 otáčky, ale píst přitom absolvuje otáčku jedinou. Jako otáčky Wankelova motoru se udávají otáčky výstupního hřídele.

Kolik dob má Wankelův motor?

Motor Wankel je motorem čtyřdobým, jelikož pracuje se zážehovým cyklem. Tvar epitrochoidy spalovací skříně a tvar konvexního trojúhelníku rotujícího pístu zajišťují schopnost pístu rotovat ve spalovací skříni a postupně vytvářet jednotlivé komory. Tyto komory jsou od sebe vzájemně odděleny a současně jsou schopny plynule měnit svůj objem v závislosti na poloze pístu.

• V 1. fázi – sání – je směs vzduchu a paliva nasávána do první komory vytvořené rotujícím pístem.
• Ve 2. fázi – komprese – je směs stlačována a posouvána dále.
• Ve 3. fázi – zážeh a expanze – je zapalovací svíčkou směs zažehnuta a hořící plyny zvětšují svůj objem a tlak na rotující píst. Tímto je píst uváděn dále do pohybu.
• Ve 4. fázi – výfuk – jsou splodiny vytlačovány ven do výfukového kanálu a cyklus se opakuje.

Wankelův motor: Výhody

Wankelův motor v sobě i přes všechny nedostatky ukrývá velký potenciál. Největší předností Wankelova rotačního motoru je výborný poměr výkonu ku objemu spalovací komory a rovněž jeho rozměrům i hmotnosti. Motor Wankel má při stejném objemu obecně dvakrát až třikrát vyšší výkon než konvenční pístový motor.

Wankelův motor je vhodný k zástavbě, kde je třeba ušetřit hmotnost a velikost agregátu. Z toho důvodu je také tento motor oblíbený především u sportovních automobilů a u automobilů pro závodní účely. Díky jeho kompaktním rozměrům lze motor Wankel ve voze umístit mnohem níže. Díky tomu má příznivý vliv na jízdní vlastnosti a celkově přispívá ke stabilitě vozidla za jízdy. Důkazem toho je, že Mazda dokázala v roce 1991 zvítězit s automobilem poháněným Wankelovým motorem ve velice náročném 24hodinovém závodě v Le Mans.

Další výhodou je široké spektrum otáček, ve kterých může Wankelův rotační motor pracovat. Motor je velice pružný a dokáže dosahovat vysokých otáček. Navíc jej lze téměř dokonale vyvážit, což vede k úžasně hladkému chodu, zejména díky skutečnosti, že zde není nutno převádět posuvný pohyb na rotační. Ten totiž už vykonává rovnou samotný rotor.

Wankelův motor: Nevýhody

Wankelův rotační motor se v automobilovém světě nikterak výrazně nerozšířil hned z několika důvodů. První na vině byla jeho krátká životnost. Ve srovnání s klasickými pístovými motory se motor Wankel v tomto aspektu neosvědčil. Ačkoliv se situace v průběhu let zlepšila, dělá to konstruktérům vrásky na čele dodnes.

Důvodem krátké životnosti je těsnění vrcholů rotujícího pístu. Jsou vystavena velkému namáhání a je tak nezbytné zvolit vhodný materiál k jejich výrobě, stejně jako specifikovat tvar, který by jinak mohl ničit povrch spalovací komory. Opotřebení také znamená časté návštěvy v servisu, a tedy vyšší náklady. To ostatně stojí za nechvalnou pověstí prvních uvedení Wankelova motoru.

Další nevýhodou je nižší tepelná účinnost Wankelova motoru, než u klasického pístového motoru. Důvodem je nevhodný tvar spalovací skříně, nízký kompresní poměr, problematické chlazení motoru a velký obsah komory, čímž dochází k obrovským tepelným ztrátám.

Špatnou pověst si motor Wankel vysloužil rovněž kvůli vysoké spotřebě paliva. Obecně je spotřeba 15 až 20 litrů na 100 km. Vyšší spotřeba oleje, daná především zvýšenou potřebou mazání těsnících lišt, má vliv na vysoké hodnoty emisí. Problematické jsou především obsahy HC, CO a CO₂.

Nevýhoda Wankelova motoru tkví v neposlední řadě také v časové a finanční náročnosti výroby a vývoje Wankelova motoru. Málokterý automobilový výrobce je ochoten podstoupit takový risk.

Kde se používá Wankelův motor?

Wankelův rotační motor v minulosti poháněl spoustu zajímavých vozů japonské automobilky, například Mazdu Cosmo Sport z konce šedesátých let, o něco později to pak byla třeba legendární Mazda RX-7 a poté povedená RX-8.

Mazda v současnosti pokračuje ve vývoji Wankelova motoru nové generace s kódovým označením 16X. Japonská automobilka zkoumá možnosti zážehu směsi za použití laseru, a tím eliminaci standardních zapalovacích svíček. Mazda si slibuje snížení spotřeby paliva i hodnot emisí. Do roku 2030 má v úmyslu motor využít ve svých hybridních vozech. Jako vhodným alternativním palivem pro Wankelův motor se zdá být vodík.

Motory dle patentu Wankela také mohou najít uplatnění také v letectví, jak ostatně dokazuje švýcarsko-americká společnost Mistral Engine Company ze Ženevy a DeLandu na Floridě, stojící za motorem Mistral G-300.

Wankelův rotační motor lze rovněž najít v produktech firmy AirCo, která se zabývá výrobou klimatizací a rotační motor využívá coby kompresor. Ve specializované praxi je využíváno reverzního chodu (tedy „Wankelova čerpadla“) všude tam, kde je nemožné použít mazaní motoru olejem. Toho se využívá především v čerpadlech na pitnou vodu a ve zdravotnictví.