Rotační motor REDA: Nová konstrukce má odstranit chronické problémy Wankelu
Rotační motor dle patentu německého konstruktéra Felixe Wankela platil zejména v 60. letech za slibnou náhradu pístového motoru. V porovnání s ním totiž koná přímo rotační pohyb, a tedy nepotřebuje klikový mechanismus, který by převáděl posuvný pohyb na rotační. Navíc nevyužívá ventily, pohon rozvodů či hlavu válců, tudíž je v porovnání s pístovým motorem mnohem jednodušší. Jeho obrovskou nevýhodou je však velmi malá životnost těsnění trojice vrcholů rotoru, které při jeho rotaci oddělují jednotlivé fáze pracovního cyklu – sání, kompresi, expanzi a výfuk. Ani za dlouhé desítky let se toto nepodařilo zcela vyřešit, takže rotační Wankelův motor si po letech zachovává pozici exota, před lety nabízeného pouze jedinou značkou – japonskou Mazdou.
Rotační motor ano, ale jinak
Rotační motor s rotorem (tedy pístem) ve tvaru kosočtverce vynalezl před lety muž jménem Peter Szorenyi, proto v tomto případě mluvíme o takzvaném Szorenyiho rotačním motoru. Po vynálezu datujícího se do roku 2000 a následném vývoji je tento zvláštní rotační motor dnes spojován s australským sdružením REDA (Rotary Engine Developement Agency). Tato organizace má na starosti další práce na Szorenyiho motoru a jeho další vývoj ve snaze uvést jej do stádia vhodného pro sériovou výrobu.
Jak to celé vypadá? Rotační motor REDA používá „válec“ nebo přesněji vnitřní plochu statoru velmi podobnou té u Wankelova motoru. Prototyp motoru REDA z roku 2008 měl otočně uložené segmenty tvořící píst celkem čtyři. Od roku 2017 byl jeden ze segmentů pístu odebrán, takže u nejnovější verze jsou segmenty tvořící píst pouze tři. Tímto se snížil počet komor ze čtyř na tři, tedy stejně jako u Wankelova rotačního motoru.
A stejně jako v případě Wankelu jsou i tady použity takzvané apex sealy neboli těsnění styčných ploch segmentů tvořících rotační píst s vnitřní plochou statoru. V porovnání s rotačním Wankelovým motorem je tak v tomto případě (při použití tří segmentů rotačního pístu) použit dvojnásobný počet apex sealů, což dává předpoklad pro delší životnost. Jak se rotor tvořený segmenty točí ve směru hodinových ručiček, dochází k oddělení jednotlivých pracovních zdvihů, shodných u pístového či Wankelova motoru. To znamená, že všechny čtyři takty proběhnou stejně jako u Wankelu během jediné otáčky v tomto případě tří segmentového rotoru.
Otáčky mají svá omezení
Rozdíl mezi Wankelovým a Szorenyiho rotačním motorem je ale ještě v jedné dost podstatné věci. U Wankelova motoru je jeho píst uložen na excentrickém klikovém (hnacím) hřídeli, zatímco u Szorenyiho motor je použito řešení bez excentru.
Tato koncepce má zásadní vliv na maximální otáčky motoru. Pokud pojedete s Wankelem, velmi rychle získáte pocit, že otáčky jsou u rotačního motoru mnohem vyšší než u pístového. Jednoduše proto, že odpadá posuvný pohyb. Jistě, Wankelův motor se vytáčí s až neuvěřitelnou lehkostí a jakoby bez odporu, jenže i tak jsou jeho maximální otáčky omezené.
A sice v případě klikového hřídele na 9000/min-1, což odpovídá 3000 otáčkám za minutu rotoru. Proč tomu tak je? Pokud byste zvýšili otáčky rotoru Wankelova motoru nad hodnotu 3000 za minutu, případně se dlouhou dobu pohybovali blízkosti této hranice, docházelo by k nežádoucímu „ohýbání“ klikového hřídele. Tato odchylka následně způsobuje zvýšené zatížení rotoru, což ve výsledku může poškodit nejprve jeho těsnění apex seal, v extrému pak vnitřní plochu „válce“ bloku motoru.
U Szorenyiho nebo REDA rotačního motoru nejsou otáčky tímto způsobem omezeny neboť není použit excentrický hnací hřídel. Na rozdíl od Wankelu zde odpovídají otáčky rotačního pístu otáčkám výstupního (klikového) hřídele. U Wankelova motoru se klikový hřídel točí - jak píšeme výše, třikrát rychleji než rotační píst. Absence omezení otáček u REDA motoru má obrovskou výhodu v otázce výkonu, který tak může být výrazně vyšší než o Wankelu.
Od každého něco
Jednou z výhod Szorenyiho rotačního motoru v porovnání s Wankelovým motorem jsou tedy teoreticky výrazně vyšší otáčky klikového hřídele a tím i vyšší měrný výkon. Jiné přednosti jsou u těchto dvou rotačních motorů podobné, zejména v porovnání s pístovým motorem. I tady odpadá převádění posuvného pohybu na rotační. Motor tudíž stejně jako Wankel nepotřebuje ventily či pohon rozvodů. Je tedy celkově po mechanické stránce jednodušší.
Druhou výhodou je schopnost mnohem lépe se vypořádat se spalováním alternativních paliv. Motor REDA tak může běžet bez větších problémů nejen na obligátní benzin, ale také zemní plyn nebo vodík. Je to právě posledně jmenované palivo, které je v posledních letech skloňováno jako jedno z paliv budoucnosti u spalovacích motorů.
V čem má Szorenyiho (a také Wankelův) motor výhodu při spalování vodíků v porovnání s vodíkovým pístovým motorem? Důvodem je striktně oddělené sací a výfukové potrubí. Zejména sání je u rotačních motorů mnohem snazší vyřešit tak, aby se co možná nejméně zahřívalo, zatímco u pístových motorů je toto obtížnější. Jenže nízká teplota sacího traktu je při spalování směsi s vodíkem klíčová. V opačném případě by docházelo ke zpětnému zášlehu, což je největší problém právě pístových motorů spalujících vodík.
Pro pohon letadel vhodnější
Ve srovnání s automobily se Wankelovu rotačnímu motoru daří o něco lépe v letectví, kde jej naleznete v roli pohonu ultralehkých letadel (ultralighty). V tomto případě se oceňuje kromě jednoduchosti a tedy teoreticky spolehlivosti také nízká hmotnost, neboť ultralighty mají v České republice za běžných podmínek povolenou maximální vzletovou hmotnost 450 kg. Z toho je jasné, že každý gram ušetřený na pohonu je v daném případě přínosný.
Stejné výhody má v případě pohonu malých letadel také Szorenyiho rotační motor včetně velmi klidného běhu. Tím, že otáčkám rotačního pístu přímo odpovídají otáčky výstupního hřídele, není potřeba používat takzvaný reduktor (převod „do pomala“), jenž je při pohonu vrtule Wankelovým motorem nezbytný z důvodu sníženích jejích otáček.
Rotační motor REDA je zdá se velmi slibnou konstrukcí. Zda ale jeho koncepce osloví velké automobilky, je zatím velkou neznámou. V úvahu by to připadalo hlavně tehdy, pokud by se začalo přecházet na vodík coby palivo. V takovém případě má tento rotační motor jednoznačné přednosti. Jenže zatím se nic takového neděje.
