náhled|schéma Wankelova motoru 1. obvodový sací kanál 2. obvodový výfukový kanál 3. skříň 4. komora 5. ozubení výstředníku 6. píst (rotor) tvaru trojúhelníku 7. vnitřní ozubení pístu (rotoru) 8. výstředník hnaného hřídele s trojnásobnými otáčkami pístu (rotoru) 9. zapalovací svíčka
|292x292bodnáhled|vpravo|běh Wankelova motoru intake – sání compression – komprese ignition – zapálení exhaust – výfuk
|292x292pixelů náhled|Wankelův motor s bočními sacími a obvodovými výfukovými kanály Wankelův motor je spalovací motor, v němž mění trojboký píst rotací v oválné skříni objem přilehlých komor bez potřeby klikového mechanismu. V komorách probíhá sání, komprese, expanze a výfuk, zatímco hrany pístu otevírají a zavírají sací a výfukové kanály bez potřeby rozvodového zařízení. Motor vynalezl Felix Wankel roku 1954.
Vývoj 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 pouze částmi, jejichž těžiště se rovnoměrně otáčí a vytvářenou odstředivou sílu je možno zcela vyvážit. Jsou zahrnuty pod společný název rotační a Wankelův motor je jediným typem, který se z nich dočkal uplatnění a sériové výroby.
Motor Felixe Wankela oproti konstrukci Hannse Dietera Paschke Felix Wankel navrhl otáčení trojbokého pístu (rotoru) i válce (oválné skříně) rozdílnými rychlostmi kolem společné osy. Rotující části byly symetrické, a tedy velmi dobře vyvážené, ovšem řešení vyžadovalo rotující skříň. Do funkčního prototypu vyvinul takovýto motor Felix Wankel s podporou NSU v roce 1954. Hanns Dieter Paschke v NSU motor roku 1957 přepracoval do vhodnějšího řešení se stabilní skříní, v níž rotuje rotor a třikrát rychleji výstředník s hnaným výstupním hřídelem důsledkem vzájemného převodového poměru 3 : 1. Vyvážení se dosáhne konstrukcí se dvěma rotory. Během jedné otáčky rotoru se uskuteční tři pracovní cykly. Během jedné otáčky rotoru se tak v každé ze tří komor uskuteční pracovní cyklus čtyřdobého spalovacího motoru s přímočarým vratným pohybem pístu. Za jednu otáčku výstupního hřídele Wankelova motoru se tedy uskuteční jeden cyklus úměrný zdvihovému objemu dvouválcového čtyřdobého motoru za jednu otáčku. Celkový objem komor Wankelova motoru se proto nejčastěji přepočítává na porovnatelný zdvihový objem dvojnásobně.
Po představení Wankelu světu na podzim 1959 zahájila licenční vývoj většina významných výrobců motorů nebo 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 a váží přibližně o třetinu méně. Rotující části lze téměř dokonale vyvážit, což přispívá k mimořádně hladkému chodu i minimálnímu hluku. Je kompaktnější, usnadňuje rozložení hmotnosti vozu na nápravy a jeho aerodynamické tvarování.
Nedostatky řešení Postupem vývoje se však projevily nedostatky. Proti původnímu návrhu Felixe Wankela se ve vyráběných Wankelových motorech mění úhly radiálních těsnicích lišt mezi rotorem a skříní. Různá rychlost těsnicích lišt po délce rotoru proti skříni, zejména v hranách a rozích i axiálně na čelech, příliš tepelně zatěžuje zejména jejich malé listové pružiny, přehřáté nadměrně opotřebovává a snižuje jejich životnost. Lišty s mazivem ze směsi benzínu a motorového oleje potom ztrácí těsnost a motor kompresní tlaky. Pro zajištění provozuschopnosti se lišty s pružinami musí pravidelně měnit. Motor se v provozu navíc chová jinak než na zkušebně pod trvalým zatížením. Při krátkém provozu zanese nespálený olej speciální zapalovací svíčky, které vytvářejí jiskru mezi elektrodou a stěnou skříně. Umístění svíček mimo spalovací komoru prodlužuje hoření. Wankelův motor má zákonitě nevysoký dosažitelný kompresní poměr a nevhodně plochý tvar spalovacího prostoru, který zabraňuje jakémukoli víření nebo převalování směsi. S poměrně rozsáhlým povrchem v podobě dlouhého sedla snižuje tepelnou účinnost a velmi zahřívá píst, který je nutno příliš chladit. Příliš tepla se musí odvést i chlazením oválné skříně, která se velice nerovnoměrně zahřívá. Nadbytek ploch odvádí teplo využitelné pro expanzi plynů a mechanickou práci. Vyšší účinnost mechanická z nezastavování pístu ani nižší třecí ztráty výrazně menšího počtu pohyblivých částí mnohem větší tepelné ztráty zdaleka nevyrovnají. K nadměrné spotřebě oleje se tak přidává i vyšší spotřeba paliva této pohonné jednotky.
Především jednorotorové Wankely nemají čistě rovnoměrný chod pro zvýšenou rychlost otáčení po zážehu. Komory nad pístem neustále mění svůj tvar, nejen objem. Když zapalovací svíčka zapálí směs, spalovací komora má tvar podobný velmi plochému písmenu "B" a zúžení ve středu brání rovnoměrnému šíření plamene – mnoho Wankelových motorů proto používá dvou svíček na rotor. Zadní část spalovací komory má tendenci hromadit nespálenou směs a vytvářet směs velmi bohatou, která občas vzplane, vyvolá nerovnoměrný chod motoru zvláště při mírném zatížení nebo řazení (podobné čtyřtaktování dvoudobých motorů) a zaviní poškrábání skříně neprospívající těsnosti lišt. Tvorbu bohaté směsi lze omezit vrstveným plněním bočním sacím kanálem, který přivádí směs pouze do přední části komory, ale za cenu nižšího výkonu. Boční výfukový kanál stejně tak mírně prodlužuje expanzi a prospívá částečnému zatížení při nižších otáčkách.
Točivý moment Wankelova motoru je lineární a ve spodních otáčkách velmi nízký. Snadno se vytáčí, bez omezovače až k destrukčním otáčkám. Má vysoký bublavý zvuk, cosi mezi dvoudobým motorem a turbínou.
Ekologické hledisko Čistota výfukových plynů se na přelomu 60. a 70. let 20. století začínala teprve sledovat a nebyla natolik přísná. 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 nedokonalého spalování oleje se ještě tolik nevědělo. Koncem šedesátých let 20. století se tato pohonná jednotka stala vítanou konkurencí pístovým motorům dokonce pro ekology i přes vyšší spotřebu. Karcinogenní emise bylo možné snížit pod úroveň požadovanou pozdějšími předpisy oxidačními katalyzátory, při cenách ropy před palivovou krizí 70. let 20. století přespříliš nevadilo, že zvyšují spotřebu.
Pohon dopravních prostředků
Skútry Vůbec první velkosériově vyráběný Wankel poháněl malinké vodní skútry Ski-Craft ovládané taženým vodním lyžařem. Vyráběly se v letech 1962–1968 s pohonnou jednotkou NSU o celkovém objemu komor 150 cm³ (porovnatelný zdvihový objem 300 cm³). Velký úspěch zaznamenal Wankelův motor na sněžných skútrech. Zatímco motor s přímočarým vratným pohybem při poruše přestane fungovat, Wankel sníží výkon, ale nepřestane se točit. Nenechá tak člověka v často bezvýchodné situaci v zimě. K pohonu sněžných skútrů se využívaly Wankely od jinak odborníka na dvoudobé maloobjemové vzduchem chlazené jednoválce Fichtel & Sachs.
Automobily První sériový vůz s motorem Wankel byl spyder NSU Spider s jedorotorovým motorem objemu komor 497,5 cm³, kterého se v letech 1964–1967 vyrobilo 2 375. V roce 1967 se začalo vyrábět kupé Mazda Cosmo Sport s dvourotorovým motorem objemu komor 2 × 491 cm³ (první série z let 1967–1968 vyrobena v počtu 343 kusů, druhá série let 1968–1972 v 833 kusech). Sedan vyšší střední třídy NSU Ro 80 s dvourotorovou jednotkou objemu komor 2 × 497,5 cm³ (porovnatelný zdvihový objem 1990 cm³) byl vyhlášený Evropským autem roku 1967 i díky sériovému použití automatické spojky a měniče točivého momentu, který byl ale pro nerovnoměrný chod motoru nutný. V letech 1969–1971 vzniklo 267 kupé Citroën M35.
NSU a Citroën založily roku 1967 pro výrobu Wankelů velký společný podnik Comotor v Lucemburku s nově vyvinutými a neobvykle nákladnými technologiemi obrábění oválných ploch. Problémy plně nevyvinutých Wankelů s nízkou životností výrazně poškodily pověst spíše menší značky NSU mezi spotřebiteli a časté záruční opravy ji finančně vyčerpaly. Odolnější těsnicí lišty s pružinami z karbidu titanu nebo dvě zapalovací svíčky na jeden rotor zavedla pozdě. V roce 1969 ji převzal koncern VW a spolupráci se Citroënem rychle ukončil. Výroba NSU Ro 80 skončila po 37 204 vozech v roce 1977 bez náhrady.
Rostoucí malá automobilka Mazda, výrobce nákladních tříkolových a čtyřkolových typů, která začala s osobními minivozem teprve rok před tím, než v roce 1961 pořídila licenci na Wankelův motor, aby se odlišila a zajistila si ve válkou vyčerpaném Japonsku svolení pokračovat, dokázala obrábět oválné plochy tohoto motoru upravenými běžnými postupy. Její lišty s pružinami ze slinutého grafitu a hliníku netrpěly tak nízkou životností. Sání z boků skříně nepřekrývalo natolik výfuk, čímž se zlepšil výkon, průběh točivého momentu a mírně snížila spotřeba. Výkonné lehké Mazdy získaly výraznou oblibu i na exportních trzích. V roce 1970 už Mazda vyrobila stotisící vůz s touto jednotkou. Za vrcholu v roce 1973, kdy Wankel poháněl každý druhý prodaný vůz Mazda, půl miliontý. Jednotky montovala do různých typů včetně malých nákladních vozů Titan a odvozených minibusů Parkway. Růst cen benzínu vyvolal pokles prodeje všech Mazd na třetinu, načež Wankely montovala jen do sportovních vozů.
Citroën, inovátor od svého vzniku, představil v září 1973 navzdory nedostatkům Wankel v sedanu střední třídy GS BiRotor (2 × 497,5 cm³, porovnatelný zdvihový objem 1990 cm³, vyvinutý po konci Comotoru). Proti běžným velkosériovým GS, jimiž se Citroën po patnácti letech vracel do nejvýnosnější nižší střední třídy, byl o 70% dražší a měl nejvyšší spotřebu ze všech jeho vozů: 16 l/100 km. Od října 1973, kdy ropné embargo zvýšilo ceny benzínu o 400 % se stala výraznou nevýhodou. Po neúspěchu GS BiRotor se v mnohem vhodnějším typu vyšší střední třídy Citroën CX vyvíjeném pro třírotorovou pohonnou jednotku už nenabízel. Nevyužitá továrna na rotační motory jen přispěla k finanční tísni Citroënu a převzetí Peugeotem roku 1976. Většinu z 847 vyrobených vozů GS BiRotor odkoupil Citroën pro nákladnost záručních oprav zpět. Pokus využít získaných zkušeností při návrhu většího dvourotorového Wankelu pro pohon lehkého vrtulníku Citroën RE-2 skončil roku 1979 také neúspěšně.
Neúspěch Comotoru a růst cen paliv zastavily vývoj Wankelu většiny výrobců. Vyvolaly celkový útlum zájmu, i o letecké Curtiss-Wright. V USA byl násoben přijetím silničních emisních předpisů, nečekaně přísných v Kalifornii, které znesnadnily rozsáhlý vývoj zesílený úspěchy Mazdy a vypršením patentové ochrany. Zastavily i přípravu sportovního vozu Chevrolet Corvette s touto jednotkou.