Wankel motor

Potpuno je zanimljivo kako je nekada obecavajujci projekat Wankel-motora kroz istoriju postojanja ipak završio, može se reci, poprilicno neuspešno. Zacetak automobilske industrije je zapocelo svoje bivstvovanje finalnom kreacijom motora sa unutrašnjim sagorevanjem po principu Otto-vog ciklusa. To je, naravno, bio motor cija je konfiguracija i princip do današnjeg dana ostao nepromenjen – samo (znacajno) poboljšan.

To je motor o kome je na sajtu Speed! vec bilo reci, dakle onaj koji radi na principu klipova, cilindara i osovina. Raznorazni inženjeri su citav vek (od nastanka automobila 1896. godine pa do danas) pokušavali da razviju efikasnije rešenje. Bilo je tu raznih patenata i izuma, ali jednostavno nije se moglo naci toliko efikasno rešenje da bi se konacno klasican agregat povukao iz proizvodnje i zamenio novim, boljim. Iz tog razloga mi i dan danas vozimo automobile po principima koje je Otto zamislio i sproveo u delo davne 1876. godine.

Ipak, bilo je nekoliko rešenja koje bi mogle zaslužiti šansu. Od tih nekoliko, sasvim se sigurno može izdvojiti Wankel-ov agregat. Felix Wankel (1902-1988) je bio nemacki inženjer, kasnije i profesor, koji je zaslužan za ovu zanimljivu kreaciju. Zapravo, pravi naziv ovog motora jeste –rotirajuca mašina sa unutrašnjim sagorevanjem-. Svoju rec na ovu temu su dali brojni naucnici i pre samog Wankela. Najstariji podatak o ovakvom tipu motora seže još u XVII vek, u Italiji. Rane dizajnerske radove su dali cak James Watt i Ericsson, ali to je još bilo daleko od finalne verzije.

I sam Felix Wankel je poprilicno cekao na svoju finalnu verziju, iz prostog razloga što je život u Nemackoj u njegovom periodu rada bio ekstremo težak. Ipak, Wankel 1933. godine prijavljuje patent za DKU rotirajucu mašinu (prvi tip Wankel-motora), koji ce zvanicno dobiti 1936. DKU (‘Drehkolben Mashine’) je vrlo slican modernijim Wankel-mašinama, s tim što je gabaritno mnogo veci, neprakticniji (da biste promenili svecicu morali biste rasklopiti ceo motor i sl.) ali i snažniji – u normalnom režimu ide i do 25.000 obrtaja u minuti! Ipak, to je bio samo prototip; trebalo je napraviti nešto što bi bilo moguce koristiti u širem dijapazonu pokretnih mašina. To ‘nešto’ je bio KKM (‘Kreiskolben Motor’) nastao sredinom pedesetih. Presudnu ulogu u životu gos’n Wankela je odigralo zapošljavanje u kompaniji NSU. Walter Froede, šef motociklistickog dela u NSU, je video veliku šansu u radovima Felix Wankel-a i odlucio je da finansira njegove buduce projekte. Vec 1958. godine, konstruisan je prvi KKM Wankel-motor od nekih dvadesetak konjskih snaga. Nakon toga, krece usavršavanje ovog izuma, pa cak i ugradnja Wankel-motora u NSU vozila. Ipak ono što je nama možda bliže i poznatije jeste Mazdin rad. Ova japanska kompanija je takodje videla neke prednosti u eksploataciji motora ove vrste, pa se odlucila za prvu ugradnju u ranim sedamdesetim. I dan danas ne odustaju od te tradicije, pa tako imamo cuvenu Mazdinu seriju RX, koja pocev od 1978. godine ne napušta Wankel-ove agregate. Ali kako taj motor zapravo radi?

Svim postojecim rešenjima koja su obeležila istoriju auto-industrije uzor je bio Otto i njegov ciklus/motor. I Wankel pripada toj grupi. Dakle, Wankel-motor takodje radi po principu unutrašnjeg sagorevanja, sa sve standardne cetiri faze rada. Kao što smo vec rekli, to su respektivno faza UBRIZGAVANJA, KOMPRESIJE (SABIJANJA), SAGOREVANJA i IZBACIVANJA. Ovaj princip rada i kod rotirajuce mašine u potpunosti prati Otto-ov ciklus. Ipak, sam princip rada, to jest kako ova mašina sprovodi te cikluse, jeste potpuno drugaciji u odnosu na konvencionalne agregate.

Jedna od najvecih razlika je možda to što se kod klasicnih motora sve cetiri faze odvijaju u istom zapreminskom prostoru, u jednoj `komori` – cilindru. To se, naravno, postiže uz pomoc sinhronicnog rada ventila, klipova, bregaste itd. S druge strane, kod Wankel-ovog motora nemamo klasicne cilindre sa svim pratecim auto delovima (klipovi, ventili…) vec samo jednu (ili dve) komore u kojima se odvojeno dešavaju faze spomenutog Otto-ciklusa!

Rotirajuci motor takodje koristi pritisak koji se dobija u fazi sagorevanja i tako pokrece sklop. Teorija je dakle ista, ali je praksa dijametralno razlicita. Pre nego što krenemo u objašnjavanje nacina rada, hajde da se prvo upoznamo sa osnovnim delovima ovog agregata.
Kao i klasicni motori, i ovaj ima standardan blok koji je hladjen uz pomoc brojnih kanala koji prolaze kroz osnovni materijal i kroz koje prolazi tecnost. Unutar tog bloka se nalazi kuciste (pandan bloku koji drži cilindre) koji obavija komoru gde se citava radnja i obavlja. U unutrašnjosti te (povece) komore se nalazi osnovni deo rotirajuce mašine – rotor. Rotor, logicno, rotira i uz pomoc osovine koja prolazi kroz sredinu rotora pokrece dalje sklopove menjaca/transmisije, koja pokrece pogonske tockove.

Ostatak podsistema su slicni onima koji se mogu naci i kod klasicnih agregata, ukljucujuci i sistem dovoda goriva/smeše, odnosno paljenja iste (svecice). Ipak, zadržimo se na najvažnijem delu Wankel-motora, odnosno rotoru. Kao što možete videti na slici, on je trouglastog oblika sa zupcanikom i lagerom u sredini. To nam govori da on može slobodno da rotira, sa centrom ose upravo na tom lageru. Dakle, on je uspravno postavljen u spomenutoj komori i rotira UVEK u smeru kazaljke na casovniku. Sama komora ima oblik razvucenog kruga/epitrohoida i rotor u njoj je postavljen tako da nema slobodnog zapreminskog prostora osim onog izmedju unutrašnjeg zida komore i tri stranice rotora.

Zapravo, to i nisu klasicne stranice trougla vec su one konveksnog oblika (ispupcene). Razlog tome jeste perfektno i što lakše –naslanjanje- konveksnih stranica na unutrašnje zidove komore prilikom rotiranja. Na krajevima tih stranica se nalaze specificni, ispupceni delovi metala koji su u stalnom kontaktu sa zidovima komore. S obzirom da imamo tri takva –zaptivaca- onda je sasvim logicno da unutar jedne komore rotor u jednom trenutku stvara tri ODVOJENE komore, u kojima se dalje odvija proces Otto-vog ciklusa.

Vratimo se za trenutak na oblik same komore. Ona nije klasican krug, vec razvuceni krug. S druge strane, rotor je jednakostrancni trougao koji rotira unutar nje. To nam govori da, iako su sve konveksne stranice rotora jednake, ipak postoje razlike u zapreminama one tri manje komore. Pored toga, treba spomenuti i da na povrsinama tih konveksnih stranica postoje posebna udubljenja koja dozvoljavaju vecu kolicinu smeše unutar motora u jednom trenutku. Treci bitan deo citavog sistema (pored rotora i komore) jeste osovina koja ide iz sredine rotora, rotira u istom smeru kao i on i predstavlja svojevrsan –autput- celog agregata. Ova osovina, po pravilu, rotira tri puta brže nego sam rotor – za jednu njegovu revoluciju osovina se okrene tri puta. Sada, kako se odvija sam proces unutrašnjeg sagorevanja kod Wankel-a?

Prešli smo neke osnove Wankel-motora. Upoznali smo se, ako ništa, sa osnovnim delovima ispod samog bloka. Sad ih samo treba spojiti u funkcionalnu celinu. To se, kod rotirajuce mašine, radi poprilicno lako! Princip funkcionisanja Otto-vog ciklusa je ovde vrlo jednostavan i logican da verovatno i sami pretpostavljate kako to ide… Bilo kako bilo, ovde se dalje produbljuju razlike izmedju klasicnog i Wankel-motora. Kao što sam gore i spomenuo, sistem ubrizgavanja smeše je potpuno isti – ranije se to cinilo putem karburatora, a danas elektronskim putem. Ipak, velika je razlika u nacinu –ulaska- smeše u sam motor. Naime, nema nikakvih injector-a ili specijalnih pumpi. Na jednom delu komore (sa strane, naspram stranica rotora) se nalazi otvor kroz koji se konstantno ubrizgava smeša pod pritiskom iz karburatora/pumpe. Sada cemo ispratiti jednu revoluciju rotora u komori, to jest ispraticemo jedan Otto ciklus Wankel-motora:

FAZA UBRIZGAVANJA: Prilikom paljenja motora, rotor se elektricnim putem pokrece. On tada –veštacki- rotira (kao i kod klasicnog agregata) i tom prilikom krece ubrizgavanje smeše goriva i vazduha kroz gorespomenute otvore na zidu komore. Dakle, smeša ce uci u prvu/jednu od one slobodne tri koje unutra formiraju rotor i komora, odnosno njen unutrašnji zid. Ubrizgavanje traje dokle god ga spomenuti zaptivac ne prekine, jer on zatvara tu jednu manju komoru. Smeša je sad unutar komore, unutar motora i dalje rotira u smeru kazaljke na casovniku. Rotor sada dolazi do dela komore gde ona više nije lucna/okrugla vec potpuno ravna. Ta komora je najmanja i pripada drugom delu naše price;

kompresija– S obzirom da je takva novoformirana komora najmanja, logicno je da je u njoj pritisak najveci. Dakle, ušli smo u FAZU KOMPRESIJE. Kada nivo kompresije, koji se ovom prilikom postiže, bude najveci, tada na red stupaju klasicne svecice koje pale smešu i prave tipicnu eksploziju. Rotor dalje nastavlja svoju revoluciju i –napušta- deo sa svecicama. Formira se nova komorica u kojoj se odvija faza sagorevanja;

FAZA SAGOREVANJA: U ovom trenutku rotor formira komoru u donjem delu (velike) komore. Zapravo, u prvoj revoluciji rotora nakon elektricnog startovanja, ovo je deo kada se citav agregat zapravo i startuje i pocinje da radi bez elektricnog startera. Dakle, eksplozija navodi rotor da se krece dalje i sada Wankel uspostavlja svoj normalan rad. U komori koja nastaje u fazi sagorevanja se izbacuje sav nus-produkt ranije eksplozije. Naime, baš u tom delu velike komore se nalazi otvor koji vodi sav taj gas dalje ka grani auspuha… Taj otvor se nalazi upravo ispod samog otvora koji služi za ubacivanje smeše u motor. To nam govori da je rotor skoro odradio jednu svoju revoluciju i da je završena i

FAZA IZBACIVANJA! Dalje ce se ponovo formirati komora u koju ce se ubacivati smeša, pa onda opet sve ide ispocetka…

Ono što je vrlo bitno jeste da ste, citajuci ovaj gore tekst, postavili sebi (i meni) pitanje `šta se dešava sa ostalim manjim komorama koje se u istom trenutku formiraju dok se rotor okrece?` To je odlicno pitanje i prvi siguran znak da ste potpuno skapirali kako Wankel-motor radi! A odgovor na pitanje je: i ostale komore simultano rade proces – jedna za drugom.

Dakle, kad u prvoj fazi dodje do ubrizgavanja goriva i kada zaptivac zatvori tu odredjenu komoru, odmah se (daljim rotiranjem) formira sledece komorica u koju se ubrizgava smeša i tako dalje. Proces se bezbroj puta ponavlja. Tako dobijamo veliku komoru u kojoj se u istom trenutku mogu odvijati TRI dela Otto procesa! To zasigurno ima svojih prednosti… Bilo kako bilo, to je nacin na koji se Wankel okrece. Tim okretanjem rotora, pokrece se i ona centralna osovina sa kojom je rotor putem zupcanika povezan.

Takodje, na samoj centralnoj osovini se nalaze posebni brežuljci (poput bregaste kod klasicnih agregata) kojim rotor pospešuje okretanje osovine. Sam Wankel motor obicno ima dve (li više) komore sa rotorima, pa tako i brežuljaka ima koliko i njih. Oni su na osovini postavljeni jedan naspram drugog i time cine da se oba rotora ne okrecu sinhrono, vec simultano – npr. ako je jedan u fazi ubrizgavanja, onda je drugi u fazi izbacivanja – dakle, suprotno postavljeni. To doprinosi kultivisanom i elasticnom radu citavog agregata.

Pored toga, Wankel-ov motor ima i niz drugih prednosti. Kao na primer, izdržljivost. Wankel mašina ce sigurno preci više kilometara od standardnih motora, iskljucivo zbog manjeg broja delova motora, pa samim tim i manje verovatnoce da ce doci do nekog kvara. Ovaj agregat se generalno i sporije okrece nego obican, jer kao što smo rekli rotor se krece troduplo sporije nego `autput`, to jest osovina. To doprinosi manjem habanju unutrašnjih delova agregata i opet – trajniji je i izdržljiviji.

Naravno, postoje i vrlo dobri razlozi zašto Wankel-motor nije uspeo da se izbori za `svoje mesto pod suncem`. Prvo, teško se pravi ovakav motor koji može da ispoštuje sve regulative o emisiji štetnih gasova. Wankel mašina ima mnogo jacu eksploziju u motoru od standardne, pa je zato problem `ubijanja` svih tih štetnih gasova baš veliki posao za inženjere.

Drugo, a možda i najbitinije je cena koštanja visokoprodukcijske izrade ovakvog agregata. Danas u svetu imate veliki broj kompanija koji su dobavljaci velikih svetskih proizvodjaca automobila, i to delova za standardne motore sa unutrašnjim sagorevanjem. Samim tim, po zakonu tržišta javlja se konkurencija, povecava potražnja i pada cena takvim proizvodima/poluproizvodima/sirovinama.

S druge strane, nema baš mnogo takvih dobavljaca koji mogu isporuciti po nekoj normalnoj ceni bilo koji od vrlo specificnih delova rotor-motora. Imajuci to u vidu, proizvodjaci koji se odluce za ugradnju ovakvog motora moraju da racunaju na mnogo vece troškove od onih potrebnih za motore sa cilindrima. Trece, Wankel-motor troši mnogo goriva. Niski odnos kompresije i vrlo dugacka eksplozija u motoru doprinose cinjenici da ovakav agregat potroši više benzina. Sve to je više nego dovoljno da se proizvodjaci ne upuštaju u `avanture` sa ugradnjom Wankel-a u svoja vozila. Barem ne za sada… možda se za par godina javi neko bolje rešenje i varijacija na ovu temu? Ako ništa, danas imamo barem jednog svetskog proizvodjaca koji ne dozvoljava išcezavanje rotirajuce mašine.

Naravno, u pitanju je Mazda, koja je odavno poznata po cestoj primeni Wankel-ove mašine u svojim automobilima. 1978. godine je izašla prva Mazda RX-7 sa znacajno poboljšanom verzijom dotadašnjeg rotacionog agregata, a i 25 godina kasnije se ne odustaje od ove tehnologije. Model tipa RENESIS, koji se danas ugradjuje u naslednika serije – RX-8, je izuzetno svetla tacka u daljem razvitku ovakve vrste pogona. Princip rada motora koji je ugradjen u ovu Mazdu je potpuno isti onome što sam ja u dosadašnjem tekstu pojašnjavao. U kombinaciji sa brojnim elektronskim dostignucima, pre svega kontrolisanjem rada motora i svih relevantnih jedinica putem kompjutera (ECU), postigao se fenomenalan rezultat sa novom RX-8 i njenim motorom nove generacije!

RENESIS je Wankel KKM rotirajuca mašina sa dva rotora postavljenim na jednoj centralnoj osovini, ukupne zapremine od 1308 kubnih centimetara (dve komore po 654 ccm). Naravno, ova zapremina predstavlja sav slobodan prostor koji je u velikoj komori oko rotora. Za RX-8 postoje dve verzije motora – slabija sa 192 konjske snage i jaca sa 231 KS. Dakle, u pitanju su vrlo snažni motori sa izuzetnim ubrzanjima, ali ogromnom potrošnjom goriva! Ipak, neki bi sve dali samo da stalno slušaju sjajan, duboki zvuk ove Wankel-našine. Ali, barem ce registracija ovakvog automobila biti znacajno jeftinija, s obzirom na kubikažu od samo 1,3 litre! Nadajmo se da ce još neko u bliskoj buducnosti pružiti šansu ovom blago receno zanimljivom pogonskom agregatu, iako on i nije baš ideal motora buducnosti. To kažem pre svega zbog sve rigoroznijih uslova i normi o izduvnim gasovima koje države i zajednice propisuju u poslednje vreme..

Izvor: Speed industry

PROSLEDITE ČLANAK PRIJATELJIMA ILI POSLOVNIM PARTNERIMA.