Motor s rotačními písty – Král rotace Felix Wankel

Každý, kdo se zajímá o spalovací motory, motocyklovou nebo automobilovou techniku, přijde dříve nebo později do kontaktu s pojmem Wankelův motor.

Senzací frankfurtské Mezinárodní výstavy automobilů IAA 1967 bylo NSU Ro80. Automobil byl osazen dvou rotorovým motorem NSU/Wankel o pracovním objemu komor 996 cm³. Maximální výkon se při 5500 min pohyboval kolem 85 kW/115 k. Vůz byl schopen maximální rychlosti 180 km/h. Jestliže mluvíme o výkonu spalovacího motoru při jeho určitých otáčkách, je dobré vědět, co se vlastně v motoru otáčí a co se posunuje. A v tom je skryt celý princip převratného vynálezu Felixe Wankela. V motorech jeho konstrukce totiž rotují písty vyrobené ve tvaru sférických trojúhelníků. Hrany tvořené jednotlivými vrcholy jsou opatřeny těsnícími lištami, které při otáčení pístu vymezují v komoře čtyři pracovní prostory pro kompresi a expanzi plynů. Pochopitelně k celému procesu patří také sání a výfuk, ale bez ventilů. Sférický píst má vnitřní ozubený věnec, který při otáčení pohání hřídel s pastorkem. Vyvozený točivý moment je pak již jen nutno přenést tam, kam je ho třeba. Konstrukce motoru je tedy geniálně jednoduchá, kompaktní, malá a lehká.

Sériový unikát

Německá firma z Neckarsulmu doslova hodila svým modelem Ro80 rukavici všem výrobcům automobilu. Design karosérie vozu i jeho motor předběhl vývoj o mnoho let dopředu. Ro80 zaútočila na pozice ostatních automobilů v segmentu vyšší střední třídy. Karosérie, která již v roce 1967 naznačila směr vývoje pro další desetiletí, byla dílem továrního designéra Clause Lutheho. Wankelův motor zaručoval klidný a tichý chod, rovněž stabilita automobilu na vozovce byla příkladná. Pochopitelně motor měl některé dětské nemoci, kterých bylo záhodno se zbavit. Především bylo nutné technicky překonat problémy s těsností lišt umístěných na rotačních pístech. Strategický úkol byl vytčen rovněž v oblasti snížení relativně vysoké spotřeby paliva. Během let 1967 až 1977 bylo vyrobeno 37 398 kusů těchto překrásných vozů. Bohužel větší spotřeba paliva se stala Ro80 osudnou. Příčiny k zastavení výroby vozu, který se okamžitě po svém předvedení veřejnosti stal Autem roku 1967 je nutné hledat v ropné krizi let 1973 – 1974. To ovšem již byla doba, kdy Wankelova myšlenka motoru s rotačními písty slavila nesporné úspěchy.

Vše však začalo dříve

Felix Wankel se narodil 13. srpna 1902 v bádenském Lahru jako syn lesního úředníka Rudolfa Wankela. O třináct let později se celá rodina přestěhovala do Heidelbergu. Tam, v univerzitním městě začal Felix navštěvovat gymnázium. Vystřídal tři školy – v Donaueschingenu, Heidelbergu a Weinheimu.

Studium však nedokončil a v roce 1921 odešel do učení na vydavatelského obchodníka. V té době se nejvíce zajímal o politiku a techniku. Z těchto důvodů se také stal členem NSDAP a působil jako vedoucí mládeže v nacionalisticky orientovaných organizacích. Ve dvacátých létech se zabýval koncepcí turbíny a pracoval na principu motoru s krouživým pohybem pístů. Zkonstruoval optické komunikační a signální přístroje a postavil řadu kajaků. Ve své práci se nechal inspirovat několika knihami, z nichž nejdůležitější byla Wadzeks Kampf mit der Damfturbine (Wadzekův boj s parní turbínou) z roku 1918 od Alfreda Doblina. V důsledku hluboké krize v druhé polovině dvacátých let se stal Wankel nezaměstnaný. V letech 1928 a 1929 pracoval na systému rozvodu pomocí rotačních šoupátek vlastní konstrukce u motocyklového motoru. V roce 1932 přesídlil ke své matce do Lahru a vybudoval v jejím domě pokusnou dílnu. Zároveň vystoupil z NSDAP, to mělo svoji dohru v příštím roce. Na příkaz bádenského gauleitera strany, kterou opustil, byl zatčen a ve vazbě strávil celých šest měsíců. Roky 1934 až 1936 jsou ve znamení námluv mezi Wankelem a Bayerische Motorwerke z Mnichova, pro které měl vyvinout rozvody pomocí rotačních šoupátek. Na počátku této spolupráce postavil a poprvé rozběhl svůj první motor s rotačními písty označený DKM 32. V třicátém šestém roce založil Wankel v Lindau na Bodamském jezeře dílny Wankels – Versuchs – Werkstatt (WVW) (Wankelovy pokusné dílny). Později je zařízení rozděleno na Pokusný závod a Vývojový závod. Během expanze německého nacionálního socialismu včetně druhé světové války pracoval Wankel pro Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt (DVL) (Německé výzkumné pracoviště letecké dopravy) v Berlíně. Zbrojní zakázky se týkaly vývoje plochých rotačních šoupátek pro letecké motory a agregáty rychlých člunů pro válečné námořnictvo.

Poválečná doba

Po uhašení válečného požáru v roce 1945 došlo na území poražených států k určitým změnám. Kromě jiných bylo zavřeno rovněž WVW. Po několika létech konsolidace zorganizoval roku 1951 Wankel ve svém domě v Lindau Technische Entwicklungsstelle (TES – Technické vývojové pracoviště). Od tohoto data dochází k úzké spolupráci mezi TES/Wankel a NSU-Werke AG Neckarsulm na vývoji zařízení pro přeplňování spalovacích motorů. Pístové těsnění, které bylo jedním ze základních problémů Wankelových motorů, řešil TES/Wankel ve spolupráci s Göetze-Werke Burscheid. V roce 1954 dosáhl Felix Wankel patentování svého principu dvojitého krouživého pohybu pístů s vnitřní osou. O dva roky později se do seznamu rychlostních rekordů zapsal v USA moped firmy NSU „Baum Liegestuhl – Baumovo lehátko“ vybavený motorem o zdvihovém objemu 50 cm³ s Wankelovým přeplňovacím dmychadlem. Rok 1957 znamenal pro Wankela první veliký úspěch s motorem vybaveným krouživými písty. První takový stroj (DKM 54) v dějinách lidstva začal pracovat na zkušební stolici. Následujících dvanáct měsíců práce přineslo zvrat do kinematiky Wankelových motorů. Od tohoto okamžiku můžeme mluvit o motoru s rotačním pístem, doposud byl princip charakterizován pístem s pohybem krouživým.

První aplikace

Roku 1958 se tedy objevil motor NSU/Wankel a vodou chlazenou motorovou skříní a olejem chlazeným pístem. Od roku 1960 se motory s rotačními písty (KKM 250) montovaly do pokusných automobilů NSU Prinz III. Dva roky dalšího vývoje a zkoušek přinesly ovoce v podobě sestrojení tažného zařízení pro vodní lyžování Ski – Craft s Wankelovým motorem a jeho prodeje v běžné maloobchodní síti. Jednalo se o první oficiální sériové zařízení vybavené novým typem spalovacího motoru. V roce 1963 představila značka NSU svůj vůz Spider jako první automobil na světě s motorem s rotačními písty. Zároveň Wankel vydal zásadní knihu „Rozdělení strojů s rotačními písty“. V šedesátých létech zaznamenaly Wankelovy motory boom. Byly montovány do mnoha vozidel a používaly se také jako stacionární motory. Několik firem, které získaly licence rozvíjely dále Wankelovu myšlenku. Vznikaly vzduchem i vodou chlazené rotační motory, stejně jako malé motorky pro pohon nejrůznějších modelů, člunů či motocyklů. Byly vyvinuty dokonce i Wankelovy naftové motory. K nejvýznamnějším odběratelům licencí patřila firma Curtis-Wright z USA, automobilový průmysl NDR a japonské automobilky. Firma Fichtel & Sachs byla průkopníkem ve výrobě malých, vzduchem chlazených Wankelových motorů. Dokonce Mercedes-Benz vyráběl kompaktní Wankelovy motory s vysokým výkonem. Mnohé z kreací se nedostaly však přes prototypové série nebo nebyly dodávány na trh v opravdu vysokém počtu.

Čas ladění a zlepšování

Rok 1967 přinesl již zmíněnou novinku v podobě NSU Ro80. Následovala léta dolaďování sériových Wankelových motorů a práce na odstranění jejich nešvarů. Čas od času byla tvrdá a zdlouhavá práce proložena evidentně šťastnými chvilkami. Mezi ně patřilo předvedení autočlunu Tigerhai na výstavě Interboot ve Friedrichshafenu, jmenování Wankela Dr. Ing. Vysoké školy technické v Mnichově, nebo propůjčení Velkého spolkového kříže za zásluhy. V sedmdesátých létech pracoval Wankel usilovně na vylepšení těsnících lišt, které se stále více projevovaly jako kardinální problém žádající si nových materiálů a nové technologie zpracování. Vedle zlepšování spalovacího motoru zabrousil Wankel také do vývoje štěrbinových kluzných ploch pro čluny. V osmdesátých létech pracoval na vývoji motoru poháněného vodíkem a zdokonaloval kompresor pro spalovací motory. Smlouva o spolupráci s firmou Daimler-Benz byla podepsána v roce 1986. Rok nato udělila zemská vláda Bádenska-Württenberska Felixi Wankelovi titul Profesor. Několik let před tímto slavnostním aktem začal Wankel s blížícím se stářím úzce spolupracovat s nově se rodícím muzeem Landesmuseum für Technik und Arbeit v Mannheimu. Wankel postupně nalezl v zemském muzeu takovou jistotu, že v závěti po své smrti 9. října 1988 odkázal instituci svoji kompletní pozůstalost včetně zřejmě nejúplnější sbírky strojů s rotačními písty, která byla uložena v jeho TES. Díky tomuto neobyčejnému sbírkovému fondu spolu s minimálně dvěma tisíci pořadačů z majetku Felixe Wankela a přispění nadace Felixe Wankela mohlo muzeum v roce 1995 uspořádat výstavu v nejúplnějším historickém kontextu s názvem Der Wankelmotor – Faszination einer Erfindung. Jistě není bez zajímavosti, že pod českým názvem Wankelův motor – fascinace jedním vynálezem se výstava v roce 1996 objevila také v České republice.

Jako pohon vozidel

V automobilovém průmyslu se Wankelův motor uplatnil zejména u vozu NSU Wankel-Spider. Do automobilu byl zamontován jednorotorový motor s rotačním pístem a objemem komory 500 cm³. Nejvyšší výkon se pohyboval kolem 37 kW/50 k při 6000 min^-1. Maximální rychlost automobilu činila 150 km/h a jeho prázdná hmotnost 700 kg. V roce 1963 byl představen tento vůz na výstavě IAA ve Frankfurtu. Během následujících čtyř let vyrobili však v NSU pouze 2375 kusů. Důvodem byly na jedné straně předsudky vůči převratné novince v konstrukci spalovacích motorů, na straně druhé také dětské nemoci nové techniky. Nemalé problémy měli také úředníci daňových institucí, kteří zpočátku nedokázali definovat daň z vozidel z důvodu proměnlivosti obsahu spalovací komory. V roce 1969 oživil Mercedes-Benz svoji tradici sportovních vozů. Světu byl představen prototyp C 111. Původně v něm byl zamontován trojrotorový, později pak čtyřrotorový, Wankelův motor. Vývojové dílny v Untertürkheimu opustilo pouze 13 těchto pojízdných laboratoří. Přes veliký zájem veřejnosti se Mercedes neodhodlal zavést pohon Wankelovým motorem do sériové výroby. Motor měl objem 4 x 600 cm³ a dával při 7000 min^-1 špičkový výkon 257 kW/350 k. Protože se tentokrát nedostal žádný Mercedes-Benz C 111 do soukromé sbírky Felixe Wankela, nechal vynálezce svůj čtyřrotorový motor zamontovat v roce 1972 do běžného Mercedesu 350 SL. Vznikla tak krásná rarita. Místo původního motoru V8 byl pod kapotou namontován wankel M950/4 – shodný jako v C 111.

Díky nižším otáčkám dával také o něco nižší výkon. Přesto 235 kW/320 k při 6500 min^-1 stačilo na maximální rychlost 240 km/h. Felix Wankel měl třistapadesátku velmi rád a dával se jí často vozit – neměl totiž řidičský průkaz. V roce 1977 se objevilo zhruba dvacet prototypů automobilu Audi 200 vybavených dvojrotorovým Wankelovým motorem KKM 871. Objem komor odpovídal 2 x 746 cm³. Nejvyšší výkon 125 kW/170 k dával motor při 6500 min^-1. Původně byl vyvinut v NSU jako pohonná jednotka pro nástupce do té doby nejúspěšnějšího „wankeláka“ Ro80. Firma NSU však byla pohlcena rozpínajícíse Audi. Původně se předpokládalo, že bude motor použit v typových řadách 100/200, nakonec ale zůstalo jen u dvou desítek prototypů. Jeden z nich byl původně služebním automobilem předsedy představenstva Audi Dr. Habbela. Ten jej 13. srpna 1982 věnoval Felixi Wankelovi k jeho osmdesátým narozeninám. Jediná automobilka, která vyrábí v celosvětovém měřítku automobily vybavené Wankelovými motory i v dnešní době je japonská Mazda (o tom příště). Seznam strojů, které byly experimentálně či sériově vybavovány Wankelovým motorem by mohl ještě pokračovat na několika stranách. Stacionární motory, sněžné skůtry, sekačky na trávu, motorové pily, závěsné lodní motory, pomocné motory pro větroně nebo motory pro letecké modelářství, zkrátka Wankelův motor zasáhl téměř do všech oblastí použití spalovacích motorů. Felixi Wankelovi trvalo třicet let než dovedl myšlenku, která ho napadla jednou večer roku 1924 k praktické realizaci. I když dalších několik desetiletí byly na motoru vychytávány převážně technologické „mouchy“, dnes se ukazuje, že Wankel vynalezl, zkonstruoval a do praktického užití vypiplal velmi zajímavý spalovací motor, který třeba svého rozmachu ještě někdy dosáhne.

Převzato z časopisu

Fotogalerie