Silnik Wankla - niedoceniony?
Zaledwie 17-letni Felix Wankel opracował wstępną koncepcję swojego silnika. Prace rozpoczął w 1924 roku, mając 22 lata, a dopracowanie konstrukcji i wprowadzenie jej do produkcji zajęło następne ćwierć wieku. Konstrukcji, która miała wyprzeć silniki tłokowe.
16.07.2010 | aktual.: 30.03.2023 12:32
Zasada działania
W silniku Wankla, zamiast tradycyjnego tłoka, mamy rotor poruszający się ruchem płaskim. Prościej: jednocześnie wirujący i przesuwający się. Rotor ma trzy powierzchnie robocze, będące odpowiednikami denek tłoków. Jakkolwiek to dziwnie brzmi, silnik Wankla realizuje cykl czterosuwowy. Za rozrząd odpowiada sam wirnik i okna w ściankach kadłuba.
motor mazda
Ruch obrotowy z rotora przekazywany jest na wałek wyjściowy obracający się trzykrotnie szybciej. Na jeden obrót rotora przypadają trzy pełne cykle czterosuwowe, więc na obrót wałka wyjściowego mamy jeden cykl.
Problem liczenia pojemności skokowej takiego silnika
Mazda podaje pojemność skokową liczoną jako powierzchnię jednej ściany rotora pomnożoną przez jego skok. To wygląda bardzo ładnie w folderach reklamowych. Rzecz w tym, że ściany są trzy, więc gdyby je wszystkie uwzględnić to np. dla RX-8 podawano by nie 1308 cm3, a 3924 cm3.
Jeśli by jednak próbować porównywać silnik Wankla do tłokowego silnika silnika czterosuwowego, to najbardziej sprawiedliwe jest inne, kompromisowe wyznaczanie pojemności skokowej. W silniku tłokowym pełny cykl czterosuwowy zajmuje dwa obroty wału korbowego, w silniku Wankla tylko jeden obrót wałka wyjściowego. Dlatego, pod uwagę bierze się tylko dwie ściany rotora - pojemność dla Mazdy RX-8 wyniesie 2616 cm3.
Takie podejście pozwala na uczciwe porównywanie emisji spalin, zużycia paliwa czy objętościowego wskaźnika mocy (moc z litra pojemności) dla obu typów silników. Przy okazji zauważmy, że w silniku Wankla, którego prędkość obrotowa wałka wyjściowego wynosi np. 9000 obr./min, rotor wiruje zaledwie 3000 obr./min.
Zalety i wady
Pierwszą zaletą jest mała ilość elementów, mała masa oraz wymiary i brak skomplikowanego rozrządu. Kolejna to równomierność pracy - trzy suwy pracy na obrót rotora. Również wyrównoważenie jest dobre, choć nie można go nazwać idealnym: środek masy wirnika porusza się po okręgu.
Trudności sprawiają uszczelnienia liniowe. O ile w silniku tłokowym można zastosować okrągłe pierścienie, dociskane do ścianek przez rozprężanie, to tu mamy małe listwy na narożnikach wirnika. Powinny się one stykać z trzema ściankami cylindra, przy jednoczesnym uwzględnieniu rozszerzalności cieplnej. To wymusza stosowanie wieloelementowych uszczelnień. Na domiar złego, osiągają one duże prędkości liniowe (znaczna średnica wirnika) co skutecznie ogranicza dopuszczalną prędkość obrotową.
Inna kwestia to chłodzenie rotora. Może on oddawać ciepło przez tylko dwie powierzchnie boczne. Tymczasem trzy powierzchnie robocze są intensywnie ogrzewane w suwach pracy i wydechu.
Największym, praktycznie nierozwiązywalnym problemem, jest kształt komór spalania. Ich zwartość jest gorsza niż w silnikach tłokowych. Duża powierzchnia ścianek powoduje znaczne straty termiczne a w efekcie wysokie zużycie paliwa. Komora spalanie mająca kształt szczeliny, źle wpływa na emisję szkodliwych składników spalin. Zastosowaniu dwóch świec zapłonowych tylko częściowo eliminuje problem.
Ceramiczny silnik Wankla oraz inne alternatywy
Prowadzone są próby ze zbudowaniem ceramicznego silnika Wankla, w którym da się ograniczyć straty cieplne. Pytanie brzmi nie tyle "czy się uda?", tylko "czy będzie się opłacać"?
Zbudowano wiele prototypów silników opartych o wirujące elementy. Niektóre wykorzystują już nawet ruch przestrzenny. Jak, przypominający kulę, Peraves Superballmotor:
