V porovnaní s rovnako výkonnými konvenčnými piestovými motormi má Wankelov rotačný motor oveľa nižšiu hmotnosť, kompaktnejšie rozmery, lepší charakter výkonovej krivky a nižšie vibrácie. Wankelov rotačný motor prvýkrát uzrel svetlo sveta pred takmer 70 rokmi a možno sa s ním stretnúť aj dnes. Kde sa Wankelov motor používa? Kto stál pri zrode tohto motora? Ako Wankelov motor funguje?
Čo je Wankelov motor?
Wankelov motor, známy aj ako rotačný motor, je spaľovací motor s rotujúcim piestom, ktorý premieňa tlak na rotačný pohyb. Pracovný priestor má oválny tvar. Piest sa v ňom pohybuje v tvare vypuklého trojuholníka so zaoblenými rohmi a stranami. Piest sa otáča a zároveň vykonáva malý priamočiary pohyb tým, že postupne vytvára sací, kompresný, spaľovací a výfukový priestor.
Wankelov motor dostal meno po svojom vynálezcovi. Nemecký inžinier a mechanik Felix Heinrich Wankel vynašiel princíp rotačného motora v roku 1951. Prvý skutočne funkčný Wankelov motor sa začal vyrábať vo februári 1957. Do sériovej výroby sa však dostal až v roku 1964.
Ako funguje Wankelov motor?
Konštrukcia Wankelovho motora pozostáva z trojuholníkového piestu, ktorý vykonáva kruhový pohyb. Strany piestu sú tvorené valcovými plochami a tie spolu so spaľovacou komorou vytvárajú tri pracovné priestory. Profil vnútornej strany skrine, v ktorej sa piest otáča, je tvorený valcovými plochami. Tento tvar je známy ako skrátený epitrochoid. K tejto krivke vedie viacero geometrických procesov – v podstate však ide o rotáciu kruhu na inom kruhu s dvojnásobným priemerom. Na malej kružnici sa vyznačí bod, ktorý potom tvorí požadovanú krivku.
Otáčajúci sa piest mení objemy troch komôr. Každá z komôr vykoná jeden štvortaktný pracovný cyklus za 3 otáčky. Ak uvažujeme otáčanie piesta doprava, v prvej komore sa zmes nasáva a zmes sa stláča. V druhej komore sa dokončí kompresia a prebehne zapaľovanie. Tretia komora je v tom istom okamihu vo fáze výfuku.
Pohyb piestu určuje prevodovka vo vnútri piestu (pastorky sú pevné, piest sa otáča) a tento pohyb sa prenáša cez excenter na výstupný hriadeľ motora. Vďaka prevodu urobí výstupný hriadeľ 3 otáčky, ale piest urobí len jednu otáčku. Otáčky Wankelovho motora sú otáčky výstupného hriadeľa.
Koľko periód má Wankelov motor?
Wankelov motor je štvortaktný motor, pretože pracuje na základe zážihového cyklu. Tvar epitrochoidu spaľovacieho priestoru a tvar vypuklého trojuholníka rotujúceho piesta zabezpečujú možnosť otáčania piesta v spaľovacom priestore a postupné vytváranie jednotlivých komôr. Tieto komory sú od seba oddelené a zároveň sú schopné plynule meniť svoj objem v závislosti od polohy piestu.
– V 1. fáze – nasávaní – sa zmes vzduchu a paliva nasáva do prvej komory vytvorenej rotujúcim piestom.
– V 2. fáze – kompresii – sa zmes stláča a posúva ďalej.
– V 3. fáze – zapaľovanie a expanzia – sa zmes zapaľuje zapaľovacou sviečkou a horiace plyny zväčšujú svoj objem a tlak na rotujúci piest. Tým sa piest uvedie do pohybu.
– V 4. fáze – výfuk – sú výfukové plyny vytláčané do výfukového potrubia a cyklus sa opakuje.
Wankelov motor: Výhody
Wankelov motor má napriek všetkým svojim nedostatkom veľký potenciál. Najväčšou výhodou Wankelovho rotačného motora je jeho vynikajúci pomer výkonu k objemu spaľovacej komory a tiež jeho rozmerom aj hmotnosti. Wankelov motor má pri rovnakom objeme spravidla dvoj- až trojnásobný výkon v porovnaní s konvenčným piestovým motorom.
Wankelov motor je vhodný na zástavbu, kde je potrebné ušetriť hmotnosť a veľkosť agregátov. Z tohto dôvodu je tento motor mimoriadne obľúbený aj v športových automobiloch a automobiloch na pretekárske účely. Vďaka svojim kompaktným rozmerom môže byť Wankelov motor umiestnený vo vozidle oveľa nižšie. V dôsledku toho má pozitívny vplyv na ovládateľnosť a prispieva k celkovej stabilite vozidla počas jazdy. Dôkazom toho je, že Mazda dokázala v roku 1991 vyhrať veľmi náročné preteky 24 hodín Le Mans s vozidlom poháňaným Wankelovým motorom.
Ďalšou výhodou je široké spektrum otáčok, pri ktorých môže Wankelov rotačný motor pracovať. Motor je veľmi pružný a môže dosahovať vysokých otáčok. Okrem toho ho možno takmer dokonale vyvážiť, čo vedie k úžasne hladkému chodu, najmä vďaka tomu, že nie je potrebné premieňať posuvný pohyb na rotačný. To vykonáva samotný rotor.
Wankelov motor: Nevýhody
Wankelov rotačný motor sa vo svete automobilov výrazne nepresadil z niekoľkých dôvodov. Prvým bola jeho krátka životnosť. V porovnaní s konvenčnými piestovými motormi sa Wankelov motor v tomto ohľade neosvedčil. Hoci sa situácia v priebehu rokov zlepšila, konštruktérom dodnes spôsobuje vrásky na čele.
Dôvodom krátkej životnosti je utesnenie rotujúcich vrcholov piestov. Sú vystavené veľkému namáhaniu, a preto je nevyhnutné zvoliť správny materiál na ich výrobu, ako aj špecifikovať tvar, ktorý by inak mohol zničiť povrch spaľovacej komory. Opotrebovanie znamená aj časté servisné prehliadky, a teda vyššie náklady. To koniec koncov stojí za neslávnou povesťou prvých predstavení Wankelovho motora.
Ďalšou nevýhodou je nižšia tepelná účinnosť Wankelovho motora v porovnaní s konvenčným piestovým motorom. Je to spôsobené nevhodným tvarom spaľovacej komory, nízkym kompresným pomerom, problematickým chladením motora a veľkým obsahom komory, čo spôsobuje obrovské tepelné straty.
Wankelov motor si získal zlú povesť aj pre svoju vysokú spotrebu paliva. Vo všeobecnosti je spotreba 15 až 20 litrov na 100 km. Vyššia spotreba oleja, najmä v dôsledku zvýšenej potreby mazania tesniacich pásov, má za následok vysoké hodnoty emisií. Problematické sú najmä emisie HC, CO a CO2.
Nevýhoda Wankelovho motora spočíva v neposlednom rade v čase a peniazoch potrebných na výrobu a vývoj Wankelovho motora. Len málo výrobcov automobilov je ochotných podstúpiť takéto riziko.
Kde sa používa Wankelov motor?
Wankelov rotačný motor poháňal v minulosti mnoho zaujímavých japonských automobilov, napríklad Mazdu Cosmo Sport z konca 60. rokov, neskôr legendárnu Mazdu RX-7 a potom úspešnú RX-8.
Mazda v súčasnosti pokračuje vo vývoji novej generácie Wankelovho motora s kódovým označením 16X. Japonská automobilka skúma možnosti zapaľovania zmesi pomocou lasera, čím by sa eliminovali štandardné zapaľovacie sviečky. Mazda dúfa, že sa tým zníži spotreba paliva a emisie. Do roku 2030 chce tento motor používať vo svojich hybridných vozidlách. Vodík sa javí ako vhodné alternatívne palivo pre Wankelov motor.
Wankelove patentované motory môžu nájsť uplatnenie aj v letectve, ako dokazuje švajčiarsko-americká spoločnosť Mistral Engine Company zo Ženevy a DeLandu na Floride, ktorá stojí za motorom Mistral G-300.
Wankelov rotačný motor možno nájsť aj vo výrobkoch spoločnosti AirCo, ktorá vyrába klimatizáciu a využíva rotačný motor ako kompresor. V špecializovanej praxi sa reverzný pohyb (t. j. „Wankelove čerpadlá“) používa všade tam, kde nie je možné olejové mazanie motora. Využíva sa to najmä pri čerpadlách na pitnú vodu a v zdravotníctve.