Motor sa obrtnim klipom (Wankelov motor)

Dosad posmatrani klipni mehanizam sa translatorno-oscilatornim kretanjem klipa poseduje veliki broj pokretnih elemenata, koji u toku izvođenja radnog ciklusa imaju velika ubrzanja i usporenja (5000 ¸ 20000 m/s 2 ), koja stvaraju dopunska opterećenja i povećavaju neravnomernost obrtnog momenta i ugaonu brzinu obrtanja kolenastog vratila. Ovaj nedostatak dugo vremena  je  bio predmet izučavanja sa brojnim pokušajima da se otkloni, ali uvek se kao prepreka pojavila granica primenjivih brojeva obrtaja kolenastog vratila. Zahvaljujući nemačkom iženjeru i inovatoru Feliksu Vankelu (Felix  Wankel), na početku druge polovine dvadesetog veka stvoren je motor sa obrtnim klipom, poznat kao "Vankelov motor".

Felix Wankel rođen je 13.08.1902.godine u gradu Luhran a umro 09.10.1988.godine u Heidelberg u Nemačkoj. U periodu od 1926 do 1945. godine Wankel je radio kao visoki specijalista u Nemačkom aeronautičko istraživačkom centru, sa zadatkom da razvije i unapredi rad rotacionih ventila. Godine 1951 on počinje da radi u istraživačkom odelenju nemačke motorne industrije NSU Motorennjerk AG Neckarsulm, gde se lično posvetio kreiranju i razvoju alternativnog klipnog mehanizma do tada jedino primenjivanom klipnom mehanizmu sa translatorno-oscilatornim klipom. Posle godinu dana rada on je uspeo da napravi jedan model sa krivolinijskim jednostraničnim rotorom koji se obrtao u komori oblika osmice, da bi 1957. godine izvršio i njegovo prvo eksperimentalno ispitivanje. Uz veliku podršku nemačke firme NSU, 1967 godine proizveden je prvi automobil, koji je koristio Vankelov motor (NSU80).                                                                                                                                                                                 Sedamdesetih godina dvadesetog veka mnoge automobilske kompanije kao General Motors, Daimler Benz, Peugeot i  Mazda proizvode automobile sa Vankelovim motorom. Smatra se da je sagrađeno oko milion takvih vozila. Ali nastankom naftne krize 1973 godine nastaju velike teškoće i prestaju dalja ulaganja u razvoj motora sa obrtnim klipom. Samo Mazda je nastavila sa daljim razvojem i ona je u oktobru 1999. godine u Tokiju prikazala nova sportska kola  sa ugrađenim motorom sa obrtnim klipom, sa prilično poboljšanim ekonomskim i ekološkim karakteristikama. Međutim, dominantnost motora sa translatorno-oscilatornim klipom je nesavladiva i izgleda da budućmnost Vankelovih motora nije svetla. 

Vankelov motor ima nekoliko specfičnih delova neophodnih za oformljenje njegovog radnog  prostora. Tu, pre svega spada kućište sa epitrohoidnim cilindrom i odgovarajućim kanalima za dovod svežeg punjenja o odvođenje produkata sagorevanja. Zatim, trougaoni klip

sa konveksnim stranicama koji se u njemu kotrlja posredstvom ekcentričnog zamajca i dva zupčanika, od kojih jedan ima spoljašnje a drugi unutrašnje ozubljenje (odnos njihovih zubaca je 2:3). Na uglovima trouglastog klipa u posebno izrađene žljebove smeštaju se za-ptivne pločice, tako da se čitav prostor između klipa  po obimu i epitrohoidnog cilindra  deli na tri manja prostora promenjive zapremine tokom izvođenja radnog ciklusa. Svaki od ovih  prostora ne samo što menja zapreminu od minimalne do maksimalne vrednosti, već se zajedno sa kotrljanjem klipa pomera u istom smeru u kome se obrće i klip po unutrašnjem obimu epitrohoidnog  cilindra. Obrtno krtetanje klipa se prenosi na pogonsko vratilo preko ekcentričnog zamajca.

Kod ovih motora i pored mnogobrojnih predloga i registrovanih patenata, još uvek misu rešeni problemi:

•  zaptivanja,

•  hlađenja klipa,

•    definisanja najpovoljnijeg oblika prostora za sagorevanje,

što i pored boljih energetskih ne obezbeđuje ekonomske i ekološke karakteristike na nivou motora sa konvencionalnim klipom. 

Sl. Prikaz toka radnog ciklusa Vankelovog motora

U s i s a v a nj e

Obrtnim kretanjem klipa njegov vrh otvara ulazni kanal i smeša goriva i vazduha ulazi u unutrašnjost cilindra prateći povećanje nastalo usled ekscentričnog kretanja klipa. Daljim kretanjem klipa sa sledećim njegovim vrhom zatvara se ulazni kanal i smeša goriva i vazduha ostaje zarobljena. Time se završava unošenje svežeg punjenja odnosno proces usisavanja.

S a b i j a nj e

Klip svojim daljim kretanjem umanjuje zapreminu svežeg punjenja tj. vrši njeno sabijanje uz povećanje pritiska i temperature.

 P a lj e nj e,  s a g o r e v a nj e  i   š i r e nj e

Sabijena smeša se posredstvom varnice proizvedene između elektroda svećice pali i nastaje aktivan proces sagorevanja, kada naglo raste pritisak produkata sagorevanja koji deluju na sfernu površinu klipa, šire se i prisilno obrću klip (radni deo ciklusa).   

 I z d u v a v a nj e

Klip pri kretanju u procesu širenja otvara izlazni kanal i produkti sagorevanja napuštaju unutrašnjost cilindra, odnosno nastaje proces izduvavanja.