Vynález Felixe Wankela aneb Svět rotujících trojúhelníků

Doktor Felix Wankel se narodil v roce 1902. Zažil první světovou válku i zrod národního socialismu 20. a 30. let v poválečném Německu. S příchodem Velké hospodářské krize se i on přidal na stranu síly temna. Šéfoval jedné velké buňce Hitlerjugend. Osobně se znal s Wilhelmem Kepplerem, ekonomickým poradcem Adolfa Hitlera, který ho vytáhl dokonce z vězení. Keppler pomohl financovat projekt Třetí říše a doktor Felix Wankel v jejich svět očividně věřil. Alespoň tedy podle dostupných historických pramenů. Jeho osobní život nechme raději stranou. Byl nadšeným konstruktérem a svůj nápad, který nosil v hlavě údajně od svých sedmnácti let, přiváděl k životu v jedné technické laboratoři na břehu Bodamského jezera. V roce 1929 si také motor s rotačním pohybem pístu nechal patentovat.

Normální čtyřdobý pístový spalovací motor udělá dvě otáčky klikové hřídele na jeden zážeh směsi paliva se vzduchem ve válci. Výstupní hřídel motoru podle doktora Wankela zvládne dokonce tři otáčky a tři zážehy v rámci jednoho pracovního cyklu. Rotační píst ve tvaru trojúhelníku se zaoblenými stranami může během jedné otáčky vystřídat pozici sání, zážehu a výplachu najednou. Jak je to vůbec možné? Co vám budu povídat, ideální je zhlédnout instruktážní video.

Motor nepotřebuje ani písty, ojnice či válce. Nejsou tu ani ventily ani vačkové hřídele. Ve skutečnosti jde o vpravdě geniální vynález. Motor funguje s minimem pohyblivých součástek a jeho efektivita, tedy výkon v poměru k velikosti spalovacích prostor, dosahuje neobyčejně vysokých hodnot.

Motor vychází z principu, kde úsečka ze středu jedné kružnice putující na jinou, větší kružnici opisuje oblouk oválného tvaru, zvaný trochoida. V jeho středu je umístěna rotující hřídel, stacionární hřídel s ozubeným kolem, po kterém opisuje onu dráhu trochoidu rotor trojúhelníkového tvaru. Všechny tři strany onoho rotoru musí být speciálně utěsněny stíracími lištami.

Zní to docela jednoduše, ale během prvních let vývoje se funkční motory „Wankel“ vyrábět nepodařilo. K prvnímu použití došlo až na konci 50. let s firmou NSU, která s Wankelem po válce na tomto vynálezu dále spolupracovala. První funkční model běžel teprve v únoru roku 1957. Utěsnit spalovací prostor tak, aby dlouhodobě podával plný výkon, byla jedna z největších výzev konstrukce motoru. Zdaleka ne však jediná.

Otázka využití na sebe nenechala dlouho čekat. Motor s rotačním pístem byl lehký a výkonný. A nezabíral ani příliš místa. Reálná funkční konfigurace byla vždy s dvojicí rotorů, které pálily každý v jiném sledu, a byly tak na společné výstupní hřídeli vyvážené. Motor se nesmírně hodil i k použití v letectví, což byla myšlenka, kterou mnoho firem zvažovalo, a i nadále s ní někteří experimentují. Proto si licenci od NSU zakoupila americká firma Curtiss-Wright v roce 1960 a další společnosti na sebe nenechaly dlouho čekat. S Wankelovým motorem chtěl experimentovat každý a zmiňované řešení bylo módní a futuristické. Dokonce vzniklo několik lehkých vrtulníků, které provedly zkušební lety, oficiální schválení však dodnes nezískal jediný z projektů. Nejzajímavějším příběhem byla snaha Citroënu při konstrukci lehké helikoptéry RE2. Citroën se dostal ve druhé polovině 70. let nejdál, jeho snahy však zařízlo vedení tehdy nově utvořeného koncernu PSA; ale to už jsme ve zcela jiném příběhu.

V 60. letech se pár experimentátorů doopravdy rozhodlo dotáhnout motory do sériové výroby. Kromě vozů NSU, které výroba a financování luxusního sedanu RO80 prakticky stála vlastní existenci, se pod sdružením Comotor vyzkoušel daný typ motoru i u Citroënu a Mazdy. Existovalo i pár motocyklů s Wankelovým motorem. Licenci koupil například i německý Man, který se rozhodl zkoumat vývoj motoru s rotačními písty spalujícími motorovou naftu. Zkoušel to zkrátka každý.

Legendární nástupce legendárního „Gullwingu“, model C111, se představil světu nejprve s třírotorovým Wankelovým motorem, později dokonce se čtyřrotorovým. Auto mělo futuristickou karoserii ze skelných vláken. Mercedes údajně drží ve svém archivu několik desítek „bianco“ předobjednávek dychtivých zákazníků, C111 se nesmírně líbila. Supersport od Mercedesu se ale nedostal k žádnému z nich – jediný pojízdný exemplář spravuje Mercedes-Benz Classic a je nyní osazen dobovým konvenčním osmiválcem 3.5 litru. Ostatně seznam nejznámějších automobilů a motocyklů osazených Wankelovým motorem si prohlédněte v přiložené galerii.

Zatímco ostatní automobilky v tichosti vycouvaly, Mazda se nikdy myšlenky geniality Wankelova motoru nevzdala. S velkou houževnatostí tyto motory vyvíjela po celá 80. i 90. léta. Poslední sériovou Mazdou s Wankelovým motorem byla prozatím RX8 nadčasových tvarů. Představila se už před osmnácti lety, přitom dodnes vypadá neskutečně moderně.

Na opěradlech sedadel, prolisu kapoty, na hlavici řadicí páky i reproduktorech v interiéru najdete charakteristický triangl, odkaz na tvar rotoru bzučícího pod kapotou. Motory Wankel totiž vydávají hodně specifický zvuk. Běží hladce, jemně, ale hrozně rychle a rády se roztočí s mírnou fistulí do vážně vysokých otáček. Tam, kde běžný průměrný pístový motor končí, Wankel teprve předvádí, o čem jeho koncepce je a co znamená. Pokud si navíc technik trochu pohraje s naladěním vstřikování paliva a zapalováním, umí při ubrání plynu opětovně prskat do výfuku a šlehat efektními plameny z nespálené směsi paliva s olejem. Ano – i zde se totiž, podobně jako u dvoutaktních motorů, musí počítat s určitým podílem motorového oleje jako provozní kapaliny, která se spotřebovává.

Žádné jiné japonské automobilce se to dosud nepodařilo. Ale nejtěžší vytrvalostní závod světa v roce 1991 vyhrála právě Mazda a zrovna s motorem Wankel. Mazda 787B zůstává pro fanoušky japonských závodních automobilů modlou nejvyšší. Vítězství z roku 1991 bylo hrdinstvím inženýrů a vedení Mazdy, někdejší společnosti „Toyo Kogyo“, která se od 60. let urputně vrhla do vývoje vynálezu doktora Wankela. Vždyť jen rok předtím, v Le Mans 1990, byla účast závoďáku 787 zatracené fiasko. Ze tří vozů dokončil jen jeden, a to celých padesát kol za vítězným Jaguarem.

Mazda do Le Mans 1991 vsadila všechno. Od následující sezóny už budou motory s rotačními písty zakázány. A tak to byla vlastně šance úplně poslední. Vozy byly kompletně přepracovány včetně aerodynamiky. Dva jely v továrních barvách Mazda, jeden v zelenočerveném maskování oděvní společnosti Renown. Kvalifikace žádné hvězdné výsledky nepřinesla. Jakmile závod úderem čtvrté hodiny odpolední odstartoval, nastal tvrdý souboj. První tři Peugeoty s motory vývojově z formule 1 využily svou výkonovou převahu, která měla jen krátkého trvání. Všechny postupně pro různé důvody do soumraku odstoupily.

Tím pádem se vedení ujaly tři vozy s hvězdou – Sauber/Mercedes-Benz. Mazda s číslem 55 nesoucí reklamní barvy společnosti Renown je doháněla na čtvrté pozici. Mazda jela nocí spolehlivě, odvážně a bezchybně. Mercedes tolik štěstí neměl. Jeden z vozů strávil příliš mnoho času v boxech, druhý utrpěl škody na předním spojleru od odletujících kousků dílů, které zanechali na trati z nočních bitev ostatní soupeři. A ten třetí? Držel se statečně. Mazda za ním uháněla jako chrt lovící svou kořist. Tvrdé soupeření ukončila až technická závada. A byl to Mercedes, který to vzdal kupodivu jako první. Přestala u něj těsnit vodní pumpa, motor se ihned začal přehřívat a musel zajet do boxů. Ztrátu na zelenočervenou Mazdu už nedohnal.

Velkolepé vítězství Mazdy v roce 1991 už bude zanedlouho třicet let staré. Díky němu to s Wankelem Mazda nikdy nevzdala, vznikla RX8, jenže ta už se také nějaký ten pátek nevyrábí. V Evropě nedokázala splnit přísné emisní limity a z trhu se stáhla v roce 2010, poslední vůz sjel z linek hirošimské továrny o dva roky později. Co bude dál?

Mazda si letos nechala patentovat hned dvě různá technická řešení týkající se efektivity spalování Wankelova motoru. Zde jsou k nahlédnutí oba dokumenty patentů v pdf. nicméně v japonštině. Věřím, že techničtí „nerdové“ mezi našimi čtenáři si s pomocí překladače počtou. Pro nás ostatní to znamená, že víme asi toto: Mazda se nevzdává a s Wankelovým motorem stále počítá. Plánuje vyrábět přeplňované verze, kalkuluje s výrazným využitím zpětné recirkulace výfukových plynů. Nicméně nový sporťák, nástupce modelu RX8, spíše nečekejme.

Wankelův motor by totiž měl umět sloužit jako vhodný parťák, doplněk hybridního systému pohonu, zkrátka generátor, který navýší akční rádius budoucích hybridních vozů Mazda. CEO Mazdy, Akira Marumoto se však nechal minulý měsíc slyšet a přichází k fanouškům Wankelova motoru s nadějemi. „V Mazdě stále sníme o tom, že jednoho dne představíme světu vůz poháněný motorem Wankel.“ Neřekl ani kdy, ani jak, ani v jakém autě. Víme jen, že inženýři Mazdy tohle řešení stále milují. A to je dobře, protože vynález Doktora Felixe Wankela, ať už byl v soukromém životě jakýkoli, zůstal vpravdě geniálním.