Vankel motor

Vankelov motor

Potpuno je zanimljivo kako je nekada obećavajući projekat Vankel motora kroz istoriju postojanja ipak završio, može se reći, poprilično neuspešno. Začetak automobilske industrije je započelo svoje bivstvovanje finalnom kreacijom motora sa unutrašnjim sagorevanjem po principu Otto-vog ciklusa. To je, naravno, bio motor čija je konfiguracija i princip do današnjeg dana ostao nepromenjen – samo (značajno) poboljšan. Motor radi na principu klipova, cilindara i osovina. Raznorazni inženjeri su čitav 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 naći toliko efikasno rešenje da bi se konačno klasičan 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. Ipak, bilo je nekoliko rešenja koje bi mogle zaslužiti šansu. Od tih nekoliko, sasvim se sigurno može izdvojiti Vankel-ov agregat. Felix Wankel (1902. – 1988.) je bio nemački inženjer, kasnije i profesor, koji je zaslužan za ovu zanimljivu kreaciju. Zapravo, pravi naziv Vankel motora je rotirajuća mašina sa unutrašnjim sagorevanjem. Svoju reć na ovu temu su dali brojni naučnici i pre samog Wankela. Najstariji podatak o ovakvom tipu motora seže još u XVII vek, u Italiji. Rane dizajnerske radove su dali čak James Watt i Ericsson, ali to je još bilo daleko od finalne verzije. I sam Felix Wankel je poprilično čekao na svoju finalnu verziju, iz prostog razloga što je život u Nemačkoj u njegovom periodu rada bio ekstremno težak. Ipak, Wankel 1933. godine prijavljuje patent za DKU rotirajuću mašinu (prvi tip Vankel motora), koji će zvanično dobiti 1936. DKU (Drehkolben Mashine) je vrlo sličan modernijim Vankel mašinama, s tim što je gabaritno mnogo veći, nepraktičniji (da biste promenili svećicu morali biste rasklopiti ceo motor i sl.) ali i snažniji – u normalnom režimu ide i do 25000 obrtaja u minuti! Ipak, to je bio samo prototip; trebalo je napraviti nešto što bi bilo moguće koristiti u širem dijapazonu pokretnih mašina. To nešto je bio KKM (Kreiskolben Motor) nastao sredinom pedesetih. Presudnu ulogu u životu gospodin Wankela je odigralo zapošljavanje u kompaniji NSU. Walter Froede, šef motociklističkog dela u NSU, je video veliku šansu u radovima Felix Wankel-a i odlučio je da finansira njegove buduće projekte. Vec 1958. godine, konstruisan je prvi KKM Vankel motor od nekih dvadesetak konjskih snaga. Nakon toga, kreće usavršavanje ovog izuma, pa čak i ugradnja Vankel motora u NSU vozila. Ipak ono što je nama možda bliže i poznatije jeste Mazdin rad. Ova japanska kompanija je takođe videla neke prednosti u eksploataciji motora ove vrste, pa se odlučila za prvu ugradnju u ranim sedamdesetim. I dan danas ne odustaju od te tradicije, pa tako imamo čuvenu Mazdinu seriju RX, koja počev od 1978. godine ne napušta Vankel -ove agregate. Ali kako taj motor zapravo radi?

Vankelov motor

Vankelov motor

Svim postojećim rešenjima koja su obeležila istoriju auto-industrije uzor je bio Otto i njegov ciklus / motor. I Vankel pripada toj grupi. Dakle, Vankel motor takođe radi po principu unutrašnjeg sagorevanja, sa sve standardne četiri faze rada. Kao što smo već rekli, to su respektivno faza UBRIZGAVANJA, KOMPRESIJE (SABIJANJA), SAGOREVANJA i IZBACIVANJA. Ovaj princip rada i kod rotirajuće mašine u potpunosti prati Otto-ov ciklus. Ipak, sam princip rada, to jest kako ova mašina sprovodi te cikluse, jeste potpuno drugačiji u odnosu na konvencionalne agregate. Jedna od najvećih razlika je možda to što se kod klasičnih motora sve četiri faze odvijaju u istom zapreminskom prostoru, u jednoj ` komori ` – cilindru. To se, naravno, postiže uz pomoć sinhroničnog rada ventila, klipova, bregaste itd. S druge strane, kod Vankel-ovog motora nemamo klasične cilindre sa svim pratećim delovima (klipovi, ventili…) već samo jednu (ili dve) komore u kojima se odvojeno dešavaju faze spomenutog Otto-ciklusa! Rotirajući motor takođe koristi pritisak koji se dobija u fazi sagorevanja i tako pokreće sklop. Teorija je dakle ista, ali je praksa dijametralno različita. Pre nego što krenemo u objašnjavanje načina rada, hajde da se prvo upoznamo sa osnovnim delovima ovog agregata.

Vankelov motor

Vankelov motor

Kao i klasični motori, i Vankel ima standardan blok koji je hlađen uz pomoć brojnih kanala koji prolaze kroz osnovni materijal i kroz koje prolazi tečnost. Unutar bloka Vankel motora se nalazi kućište (pandan bloku koji drži cilindre) koji obavija komoru gde se čitava radnja i obavlja. U unutrašnjosti te (poveće) komore se nalazi osnovni deo rotirajuće mašine – rotor. Rotor, logično, rotira i uz pomoć osovine koja prolazi kroz sredinu rotora pokreće dalje sklopove menjača / transmisije, koja pokreće pogonske točkove. Ostatak podsistema Vankel motora su slični onima koji se mogu naći i kod klasičnih agregata, uključujući i sistem dovoda goriva / smeše, odnosno paljenja iste (svećice). Ipak, zadržimo se na najvažnijem delu Vankel motora, odnosno rotoru. Kao što možete videti na slici, on je trouglastog oblika sa zupčanikom 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 časovniku. Sama komora ima oblik razvučenog kruga / epitrohoida i rotor u njoj je postavljen tako da nema slobodnog zapreminskog prostora osim onog između unutrašnjeg zida komore i tri stranice rotora. Zapravo, to i nisu klasične stranice trougla već su one konveksnog oblika (ispupčene). Razlog tome jeste perfektno i što lakše naslanjanje konveksnih stranica na unutrašnje zidove komore prilikom rotiranja. Na krajevima tih stranica se nalaze specifični, ispupčeni delovi metala koji su u stalnom kontaktu sa zidovima komore. S obzirom da imamo tri takva zaptivača onda je sasvim logično 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 klasičan krug, već razvučeni krug. S druge strane, rotor je jednakostrančni 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 površinama tih konveksnih stranica postoje posebna udubljenja koja dozvoljavaju veću količinu smeše unutar motora u jednom trenutku. Treći bitan deo čitavog 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 Vankel -a?

Prešli smo neke osnove Vankel motora. Upoznali smo se, ako ništa, sa osnovnim delovima ispod samog bloka. Sad ih samo treba spojiti u funkcionalnu celinu. To se, kod rotirajuće mašine, radi poprilično lako! Princip funkcionisanja Otto-vog ciklusa je ovde vrlo jednostavan i logičan da verovatno i sami pretpostavljate kako to ide… Bilo kako bilo, ovde se dalje produbljuju razlike između klasičnog i Vankel motora. Kao što sam gore i spomenuo, sistem ubrizgavanja smeše je potpuno isti – ranije se to činilo putem karburatora, a danas elektronskim putem. Ipak, velika je razlika u načinu 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 ćemo ispratiti jednu revoluciju rotora u komori, to jest ispratićemo jedan Otto ciklus Vankel motora:

Ubrizgavanje - Vankel motor

Ubrizgavanje – Vankel motor

FAZA UBRIZGAVANJA: Prilikom paljenja Vankel motora, rotor se električnim putem pokreće. On tada veštački rotira (kao i kod klasičnog agregata) i tom prilikom kreće ubrizgavanje smeše goriva i vazduha kroz gorespomenute otvore na zidu komore. Dakle, smeša će ući u prvu / jednu od one slobodne tri koje unutra formiraju rotor i komora, odnosno njen unutrašnji zid. Ubrizgavanje traje dokle god ga spomenuti zaptivač ne prekine, jer on zatvara tu jednu manju komoru. Smeša je sad unutar komore, unutar motora i dalje rotira u smeru kazaljke na časovniku. Rotor sada dolazi do dela komore gde ona više nije lučna / okrugla već potpuno ravna. Ta komora je najmanja i pripada drugom delu naše priče;

Kompresija - Vankel motor

Kompresija – Vankel motor

S obzirom da je takva novoformirana komora najmanja, logično je da je u njoj pritisak najveći. Dakle, ušli smo u  FAZU KOMPRESIJE. Kada nivo kompresije, koji se ovom prilikom postiže, bude najveći, tada na red stupaju klasične svećice koje pale smešu i prave tipičnu eksploziju. Rotor dalje nastavlja svoju revoluciju i napušta deo sa svećicama. Formira se nova komorica u kojoj se odvija faza sagorevanja;

Sagorevanje - Vankel motor

Sagorevanje – Vankel motor

FAZA SAGOREVANJA: U ovom trenutku rotor formira komoru u donjem delu (velike) komore. Zapravo, u prvoj revoluciji rotora nakon električnog startovanja, ovo je deo kada se čitav agregat zapravo i startuje i počinje da radi bez električnog startera. Dakle, eksplozija navodi rotor da se kreće dalje i sada Vankel 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 će se ponovo formirati komora u koju će se ubacivati smeša, pa onda opet sve ide ispočetka…

Vankel motor

Ono što je vrlo bitno jeste da ste, čitajući ovaj gore tekst, postavili sebi (i meni) pitanje `šta se dešava sa ostalim manjim komorama koje se u istom trenutku formiraju dok se rotor okreće?` To je odlično pitanje i prvi siguran znak da ste potpuno ukapirali kako Vankel motor radi! A odgovor na pitanje je: i ostale komore simultano rade proces jedna za drugom. Dakle, kad u prvoj fazi dođe do ubrizgavanja goriva i kada zaptivač zatvori tu određenu komoru, odmah se (daljim rotiranjem) formira sledeće 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 način na koji se Vankel okreće. Tim okretanjem rotora, pokreće se i ona centralna osovina sa kojom je rotor putem zupčanika povezan. Takođe, na samoj centralnoj osovini se nalaze posebni brežuljci (poput bregaste kod klasičnih agregata) kojim rotor pospešuje okretanje osovine. Sam Vankel motor obično ima dve (ili više) komore sa rotorima, pa tako i brežuljaka ima koliko i njih. Oni su na osovini postavljeni jedan naspram drugog i time čine da se oba rotora ne okreću sinhrono, već simultano – npr. ako je jedan u fazi ubrizgavanja, onda je drugi u fazi izbacivanja – dakle, suprotno postavljeni. To doprinosi kultivisanom i elastičnom radu čitavog agregata. Pored toga, Vankel-ov motor ima i niz drugih prednosti. Kao na primer, izdržljivost. Vankel mašina će sigurno preći više kilometara od standardnih motora, isključivo zbog manjeg broja delova motora, pa samim tim i manje verovatnoće da će doci do nekog kvara. Ovaj agregat se generalno i sporije okreće nego običan, jer kao što smo rekli rotor se kreće troduplo sporije, to jest osovina. To doprinosi manjem habanju unutrašnjih delova agregata i opet – trajniji je i izdržljiviji. Naravno, postoje i vrlo dobri razlozi zašto Vankel-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. Vankel mašina ima mnogo jaču eksploziju u motoru od standardne, pa je zato problem ` ubijanja ` svih tih štetnih gasova baš veliki posao za inženjere. Drugo, a možda i najbitnije je cena koštanja visoko produkcijske izrade Vankel motora. Danas u svetu imate veliki broj kompanija koji su dobavljači velikih svetskih proizvođača automobila, i to delova za standardne motore sa unutrašnjim sagorevanjem. Samim tim, po zakonu tržišta javlja se konkurencija, povećava potražnja i pada cena takvim proizvodima / poluproizvodima / sirovinama. S druge strane, nema baš mnogo takvih dobavljača koji mogu isporučiti po nekoj normalnoj ceni bilo koji od vrlo specifičnih delova rotor – motora. Imajući to u vidu, proizvođači koji se odluče za ugradnju ovakvog motora moraju da računaju na mnogo veće troškove od onih potrebnih za motore sa cilindrima. Treće, Vankel-motor troši mnogo goriva. Niski odnos kompresije i vrlo dugačka eksplozija u motoru doprinose činjenici da ovakav agregat potroši više benzina. Sve to je više nego dovoljno da se proizvođači ne upuštaju u `avanture` sa ugradnjom Vankel-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 proizvođača koji ne dozvoljava iščezavanje rotirajuće mašine.

Naravno, u pitanju je Mazda, koja je odavno poznata po čestoj primeni Vankel -ove mašine u svojim automobilima. 1978. godine je izašla prva Mazda RX-7 sa značajno poboljšanom verzijom dotadašnjeg rotacionog agregata, a i 25 godina kasnije se ne odustaje od ove tehnologije. Model tipa RENESIS, koji se danas ugrađuje u naslednika serije – RX-8, je izuzetno svetla tačka u daljem razvitku ovakve vrste pogona. Princip rada motora koji je ugrađen u ovu Mazdu je potpuno isti onome što sam ja u dosadašnjem tekstu pojašnjavao. U kombinaciji sa brojnim elektronskim dostignućima, 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 Vankel KKM rotirajuća 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 jača 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 Vankel mašine. Ali, barem ce registracija ovakvog automobila biti značajno jeftinija, s obzirom na kubikažu od samo 1,3 litre! Nadajmo se da ce još neko u bliskoj budućnosti pružiti šansu ovom blago rečeno zanimljivom pogonskom agregatu, iako on i nije baš ideal motora budućnosti. To kažem pre svega zbog sve rigoroznijih uslova i normi o izduvnim gasovima koje države i zajednice propisuju u poslednje vreme.


Be the first to comment on "Vankel motor"

Leave a comment

Your email address will not be published.


*