Felix Wankel vymyslel princip svého rotačního motoru již v roce 1951, do dnešní doby je však jeho konstrukce v sériové výrobě poměrně vzácná. Na druhou stranu tento typ motoru nikdy zcela neupadl v zapomnění a dříme v něm jistý potenciál. Do sériové výroby se motor dostal v roce 1964 a přesto, že se nikdy významně nerozšířil, najdeme jej pod kapotou alespoň jednoho vozu prakticky nepřetržitě až dodnes.
Trocha historie
Felix Wankel začal vyvíjet svůj motor v roce 1951 u automobilky NSU. Vše ale nejdříve začalo jako vývoj speciálních dmychadel, teprve v roce 1954 započal Wankel vývoj samotného motoru. Musel přitom automobilce slíbit, že nebude požadovat navýšení svého platu konzultanta a že se podělí o patenty. V roce 1957 vznikl první prototyp motoru s rotujícím pístem s názvem Drehkolbenmotor (také DKM 54).
U něj rotoval nejen píst, ale i samotný blok – každá část kolem jiné osy. To vedlo k tomu, že prototyp se snadno vytáčel až na hranici 17 000 otáček za minutu. Na druhou stranu byla konstrukce příliš složitá a třeba pro výměnu zapalovací svíčky bylo třeba motor rozebrat.
Prvním wankelem v podobě, ve které se používá dodnes, byl až další vývojový typ – KKM, tedy Kreiskolbenmotor z roku 1958. Motor používal stacionární blok a krouživý píst, který rotoval excentricky okolo hřídele. Tím částečně přišel o schopnost dosahovat vysokých otáček, výrazně se však zjednodušila konstrukce a odpadla nutnost rozebírat motor při výměně svíček.
Tento prototyp licencovalo NSU několika dalším výrobcům, kteří se snažili o další rozvoj wankelu. První byl americký Curtis-Wright ještě v roce 1958, Mazda, která vyrábí wankely dodnes, si jako čtvrtý výrobce tento typ motoru licencovala v roce 1961. Licenci zakoupil překvapivě i Rolls-Royce, který v roce 1966 vyvinul dvourotorový vznětový wankel. Vývoj pak pokračoval až do roku 1972, kdy Rolls-Royce představil poslední vývojovou fázi svého wankelu. Ta udivovala výkonem 257 kW (350 koní) .
Prvním sériovým automobilem s Wankelovým motorem se stalo NSU Spider, představené v roce 1963. Jednorotorový wankel měl výkon (37 kW) 50 koní a umožňoval lehkému autu dosahovat rychlosti až 150 km/h. V témže roce přispěchala Mazda se svou studií Cosmo, ta se ale do výroby dostala až v roce 1965 – rok po NSU.
V roce 1967 se světu představilo na svou dobu revoluční NSU RO80. Dvourotorový Wankelův motor mu dával výkon 85 kW (115 koní) a společně s moderní karoserií a dalšími na tu dobu neobvyklými konstrukčními prvky mu zajistil titul Auto roku 1968. NSU vyrábělo motory ve společné továrně s Citroënem. Ta nesla název Comotor a francouzský výrobce se stal třetím a posledním výrobcem, který kdy uvedl wankel do sériové výroby pod kapotu automobilu.
Z významných automobilek s wankelem experimentoval třeba Mercedes-Benz, u kterého se objevil pod kapotou prototypu C111. V USA se jeho vývoji věnovalo především GM, naděje na sériovou výrobu však zhatila ropná krize. Do prominentních vozů montovala wankely i ruská Lada.
Wankelův motor začal brzy ukazovat své problémy, které nakonec vedly k úpadku samotné automobilky NSU – tu v roce 1969 koupil Volkswagen a vytvořil tak skupinu Audi NSU Auto Union. Všechny modely NSU byly postupně vyřazeny z výroby a problematické RO80 ukončilo v roce 1977 existenci značky.
NSU RO80 v číslech a datechNSU RO80 je dodnes asi nejznámnějším vozem s Wankelovým motorem a zároveň jediným automobilem s tímto typem pohonu, který získal ocenění Auto Roku. Motor a hnací ústrojí: vodou chlazený atmosférický dvourotorový wankel s objemem 2 x 497,5 ccm výkon 85 kW (115 koní) při 5 500 1/min točivý moment 188 Nm při 4 500 1/min Karoserie: čtyřdveřový sedan délka 4 782 mm, šířka 1 759 mm, výška 1 422 mm rozvor 2 858 mm hmotnost 1 190 kg Jízdní výkony: zrychlení z 0 na 100 km/h za 14,2 s maximální rychlost 188 km/h |
Plánovaného třírotorového nástupce se již veřejnost nikdy nedočkala. Od té doby je jediným automobilovým výrobcem s Wankelem v nabídce japonská Mazda. Nejvíce se proslavil v řadě sportovních automobilů RX-7.
Jak to funguje
Princip fungování Wankelova motoru není tak složitý, jak by se mohlo na první pohled zdát. Motor pracuje s klasickým Ottovým cyklem, jde tedy o běžný "čtyřtakt“. Základem motoru je unikátní konstrukce pístu a komory. Píst je vlastně jakýsi konvexní trojúhelník, který excentricky rotuje okolo hřídele.
Tělo, nebo chcete-li "válec“, má pak má složitý epitrochoidní tvar. Ten zaručuje, že všechny vrcholy rotoru jsou vždy v kontaktu se stěnou tělesa. Tím vznikají uvnitř motoru tři vzájemně oddělené prostory. Otáčením rotoru v každém z nich probíhá vždy právě jedna z fází klasického čtyřtaktního cyklu. To znamená, že za jednu otáčku rotoru motor vykoná tři pracovní cykly.
Zdroj: WIKIPEDIA
Výstupní hřídel je pro každý rotor opatřen excentrickou vačkou, která zaručuje onu dráhu rotoru. O správný směr rotace se starají ozubená kola. Vačka se za jednu otáčku rotoru opět otočí třikrát, a tudíž se třikrát otočí i výstupní hřídel.
V důsledku tak na jednu otáčku výstupního hřídele připadá právě jeden pracovní cyklus. U klasického čtyřtaktního motoru je pro dokončení jednoho pracovního cyklu zapotřebí dvou otáček klikového hřídele.
 ANIMACEJAK FUNGUJE WANKELŮV MOTOR |
Problémy wankelů
Wankelovy motory jsou právě od dob NSU RO80 spojeny s poměrně výraznými problémy. Již po 50 000 kilometrech si některé motory vyžádaly generální opravu, což je jistě velmi malá životnost. Problémem bylo především těsnění vrcholů rotoru, které se velmi rychle opotřebovávalo. Když ztratilo svou těsnící schopnost, motor ztrácel kompresi a docházelo k profukům mezi jednotlivými komorami.
Tyto potíže jsou paradoxně způsobeny zjednodušením konstrukce motoru z původní DKM na KKM. Hlavním problémem není ani tak tření těsnění rotoru o stěnu bloku, ale právě nerovnoměrný tlak, který je na tuto plochu vyvíjen díky excentrické rotaci rotoru. Právě původní typ DKM tento problém neměl.
Postupem času se ale problémy s těsněním povedlo Mazdě vyřešit. Wankelův motor ale přesto bez nevýhod nezůstal. Jeho hlavními nedostatky zůstala vysoká spotřeba paliva a vysoké hodnoty emisí. I na těchto problémech Mazda silně zapracovala a poslední generace wankelu na tom je v těchto ohledech poměrně dobře.
Zajímavá auta s wankelemTo, že wankel najdeme pod kapotou současné Mazdy RX-8, předchůdce RX-7 nebo třeba v kupé Eunos Cosmo, mnozí ví. Existují ale i aplikace Wankelova motoru, o kterých se ví málo. Lada S Wankelovým motorem poměrně hodně koketovala ruská automobilka Lada. Jednorotorový wankel měl výkon 51 kW (70 koní) a bylo jím vybaveno asi 250 vozů. Dvourotorová verze motoru měla výkon 96 kW nebo 103 kW (130 nebo 140 koní) a dostala se i pod kapotu policejních typů Samara. Třírotorový motor s výkonem 154 kW (210 koní) pak našel své místo pod kapotou několika exemplářů automobilů Volga-GAZ. Všechny tyto vozy byly určeny především pro ruskou policii a KGB. Wankel měla i speciální Samara March určená pro sibiřské podmínky. Po roce 1997 se ale objevilo i několik exemplářů ve volném prodeji a podle všeho si je lze objednat dodnes. Běžný zákazník tak ale neučiní, protože životnost wankelů od Lady je prý pouhých 20 000 kilometrů. Motor je tak dobrý možná jen pro závodní nasazení nebo autosalony. Ostatně poslední dvě aplikace wankelů u Lady to dokazují – motor se nacházel pod kapotou některých předprodukčních vozů Oka a po ruských okruzích se prohání Lada 110 Super Tourism, rovněž s wankelem. Citroën Francouzský Citroën spolupracoval na výrobě wankelů s NSU. Všeho všudy vznikly dva typy citroënů s Wankelovým motorem – M35, což bylo malé kupé s jednorotorovým motorem, a GS Birotor, což byla varianta klasického GS s dvourotorovým wankelem. Prakticky všechny z 874 GS Birotor továrna zničila, když se začaly projevovat první problémy tehdejších wankelů. Již prodané vozy přitom automobilka odkoupila zpět. Mazda 787B Závodní speciál Mazda 787B je jediným vozem s Wankelovým motorem, který kdy vyhrál vytrvalostní závod 24 hodil Le Mans. Stalo se tak v roce 1991 a speciál Mazdy měl pod kapotou třírotorový wankel o objemu 2,6 litru. Výkon motoru byl 515 kW (700 koní) a překvapivě se proti konkurenci chlubil nižší spotřebou, která 787B pomohla k vítězství. Mazdy s Wankelovým motorem navíc patří v historii Le Mans k nejspolehlivějším vozům – dojelo jich celých 67 %.
Trabant S wankelem se podle všeho experimentovalo i ve Východním Německu. Zůstalo ale pouze u pokusů a dokumentace a důkazů se příliš mnoho nezachovalo. Mercedes SL Felix Wankel byl opravdový patriot své myšlenky. Pod kapotou jeho soukromého Mercedesu SL tak byl uložen motor, který sám Wankel vytvořil. |
Wankel však stále nedosahuje takové efektivnosti provozu jako výkonově odpovídající pístový motor. Důvodem je nižší termodynamická účinnost wankelu. Ta má hned několik příčin. První je tvar spalovacího prostoru, který má rozhodně hodně daleko do ideální koule. V dlouhém a úzkém spalovacím prostoru je hoření směsi podstatně složitější než ve válcovém prostoru pístového motoru. Specifický tvar částí motoru také relativně omezuje možný kompresní poměr, který se díky svým nízkým hodnotám také podílí na nižší účinnosti motoru.
V neposlední řadě pak má na účinnost vliv i problematické chlazení wankelu – část motoru kolem sání je totiž prakticky neustále chlazena přicházející čerstvou směsí (nebo jen vzduchem), zatímco prostor kolem svíčky a výfukového kanálu je neustále vystaven vysokým teplotám.
Spalovací prostor není možné u wankelu ochladit vnitřní výměnou plynů jako u motoru pístového. Jednoduše k ní zde nedochází a ani docházet nemůže. Proto je potřeba tyto části intenzivně chladit zvnějšku, což ovšem není tak účinný způsob jako výplachem. Waneklův motor má také vyšší spotřebu oleje než běžný pístový motor.
Všechny výše zmíněné potíže lze částečně eliminovat, a tak se wankel v praxi může svou efektivitou klasickým pístovým motorům vyrovnat. Jenže problémem je, že to vyžaduje poměrně náročný a specifický vývoj, který je hodně drahý. A vzhledem k nízkým produkčním objemům wankelů se prostě tak intenzivní vývoj nevyplácí. Wankelův motor je tak v současnosti tak trochu v bludném kruhu. Má nevýhody, které mu brání ve větším rozšíření, jenže právě jeho malé rozšíření je důvodem pro to, že nikdo neinvestuje do odstranění těchto nevýhod.
Wankel a jeho přednosti
Wankelův motor má ale i řadu předností. Těmi hlavními jsou především jednoduchá konstrukce a hladkost chodu. Motor nepotřebuje žádné ventily, kliky, vačkové hřídele a spoustu dalších částí, které nalezneme v běžném pístovém motoru. To vede k nižším nárokům na údržbu a větší spolehlivosti než u pístových motorů. Navíc nehrozí zničení motoru v případě selhání některé jeho části. Při přehřátí se wankel nezadře, protože blok je většinou hliníkový a rotor ocelový – větší teplotní roztažnost hliníku zadření nedovolí. Motor je také díky své kompaktní konstrukci menší a lehčí než pístové motory.
Vzhledem k tomu, že v motoru nedochází k vratnému pohybu, ale pouze pohybu rotačnímu, je jeho chod nesrovnatelně hladší než u pístového motoru. Díky excentrické rotaci je ale přeci jenom potřeba jej mírně dovyvážit. Vyvažování by nepotřeboval původní typ DKM, kde k excentrické rotaci nedocházelo. Díky hladšímu chodu a absenci vratného pohybu může wankel dosahovat podstatně vyšších otáček než běžné motory.
Původní DKM točil až 17 000 otáček za minutu, což bylo vzhledem k tehdejším použitým materiálům téměř neuvěřitelné. Současné wankely, vycházející z typu KKM, dosahují rychlosti 9 000 otáček za minutu, což je sice méně než letitý prototyp, ale stále je to výrazně více než běžné pístové motory.
V neposlední řadě je Wankelův motor poměrně vhodný pro přímé vstřikování paliva. Jednotlivé fáze spalovacího cyklu totiž paradoxně u wankelu trvají déle než u klasického pístového čtyřtaktu, což znamená, že je zde více času na vstříknutí i několika dávek paliva. Zatím ale žádný sériový wankel pod kapotou automobilu přímé vstřikování neměl.
Setkali jsme se s ním pouze pod kapotou konceptu Taiki. Ze stejných důvodů se zdá být wankel poměrně vhodný i pro vodíkový pohon.
V tomto případě by navíc neměl nijak vadit nižší kompresní poměr, který se stejně musí u vodíkových motorů snížit.
Automobily Mazda s Wankelovým motoremMazda je jednou ze tří automobilek, která kdy vůbec vozy s Wankelovým motorem vyráběla, a jedinou, která je vyrábí dodnes. Zároveň také drží primát v uvedení prvního dvourotorového wankelu na trh. Níže naleznete seznam modelů Mazdy s Wankelovým motorem. V závorce je uveden typ motoru, kterým byl daný vůz v průběhu svého modelového života vybaven. 1965−1968 Mazda Cosmo Series I (0810) 1968−1972 Mazda Cosmo Series II (0813) 1968−1973 Mazda R100/Familia Rotary (0820) 1970−1978 Mazda RX-2 (12A, 12A Turbo, 12B) 1970−1972 Mazda R130 (13A) 1972−1978 Mazda RX-3 (0866, 12A, 12A Turbo, 12B)
1972−1978 Mazda RX-4 (12A, 13B AP) 1972−1985 Mazda Luce (12A, 12A Turbo) 1974−1977 Mazda Rotary Pickup (13B AP) 1975−1977 Mazda Roadpacer (13B AP) 1975−1980 Mazda Cosmo AP (13B AP) 1975−1980 Mazda RX-5 (13B AP) 1978−1985 Mazda RX-7 (12A, 12A Turbo) 1981−1989 Mazda Cosmo (12A, 12A Turbo) 1984−1985 Mazda HB Luce (13B-RESI) 1984−1985 Mazda HB Cosmo (13B-RESI) 1984−1985 Mazda FB RX-7 (13B-RESI) 1986−1992 Mazda RX-7 FC (13B-DEI. 13B-Turbo) 1986−1991 Mazda HC Luce (13B-Turbo) 1990−1995 Mazda Eunos Cosmo (13B-RE) 1992−2002 Mazda RX-7 FD (13B-REW) 2003 − současnost Mazda RX-8 (13B-MSP Renesis) |
Současnost a budoucnost wankelu
V současné době je jediným výrobcem automobilu s Wankelovým motorem Mazda. Její RX-8 nedávno prošla faceliftem a ještě tu s námi pár let bude. Vzhledem k tomu, že jsme již mezi tím viděli i několik konceptů s různou aplikací wankelu, nemusíme se o jeho budoucnost u Mazdy zas až tak strachovat. Vypadá to, že tento prazvláštní způsob pohonu zůstane pro Mazdu typický i s další generací sportovního vozu, která přijde na trh asi někdy v roce 2012.
Ovšem právě tato generace asi rozhodne o celkovém osudu wankelu. V současném světě sílící konkurence mohou totiž náklady na vývoj takového exotického pohonu být poměrně výraznou přítěží. Proto bude muset nový wankel od Mazdy prokázat, že je schopen se vyrovnat svým pístovým kolegům v jejich nejšpičkovější a nejmodernější podobě, či ještě lépe je porazit. A třeba právě snadnější možnost úpravy a provozu wankelu na alternativní paliva by mohla tomuto druhu pohonu vlít novou krev do žil. Uvidíme, co předvede Mazda v praxi.
