Silnik Wankla to niezwykła i fascynująca konstrukcja, która od lat intryguje inżynierów i entuzjastów motoryzacji. Jego charakterystyczny, trójkątny kształt komór spalania oraz nietypowa zasada działania sprawiają, że silnik ten wyróżnia się spośród konwencjonalnych jednostek tłokowych. Historia silnika Wankla sięga lat 20. XX wieku, kiedy to niemiecki inżynier Felix Wankel zaprojektował rewolucyjny silnik rotacyjny. Przez kolejne dekady trwały prace nad udoskonalaniem i praktycznym zastosowaniem tej konstrukcji. Dziś silniki Wankla, mimo wielu zalet, nie zdobyły dominującej pozycji na rynku motoryzacyjnym. Wciąż jednak mają grono zagorzałych fanów i znajdują zastosowanie w wybranych pojazdach sportowych oraz maszynach. Tekst poniżej przybliży budowę i zasadę działania silnika Wankla, jego mocne i słabe strony, dotychczasowe zastosowania oraz perspektywy dalszego rozwoju.
Budowa silnika Wankla
Układ komór spalania
Najbardziej charakterystycznym elementem budowy silnika Wankla jest układ komór spalania. W odróżnieniu od silników tłokowych, nie ma tutaj cylindrów z poruszającymi się w nich tłokami. Zamiast tego występuje obrotowa komora w kształcie trójkąta (lub wielokąta), wewnątrz której obiega tzw. rotor. Komora utworzona jest przez nieruchomą część bloku silnika oraz wirujący wraz z wałem korbowym rotor. W trakcie obrotu rotor na zmianę zagarnia, spręża i wypiera spaliny z przestrzeni roboczych wyodrębnionych w komorze. Dzięki ruchowi obrotowemu realizowane są kolejne cykle pracy silnika.
Wał korbowy
Kluczowym elementem przenoszącym ruch obrotowy z wirnika na koła pojazdu jest wał korbowy. Jego konstrukcja różni się od wałów w silnikach tłokowych. Nie ma tu korbowodów i tłoków, natomiast obrót przenoszony jest bezpośrednio przez połączony z wirnikiem wał. Smarowanie wału realizowane jest za pomocą kanałów w bloczku silnika. Prawidłowe smarowanie i chłodzenie wału ma kluczowe znaczenie dla trwałości silnika.
Układ zasilania
Układ zasilania w silniku Wankla, podobnie jak w jednostkach konwencjonalnych, składa się z gaźnika, układu zapłonowego i układu wtryskowego paliwa. Z uwagi na specyficzny kształt i ruch obrotowy komory spalania istotne jest precyzyjne dawkowanie i rozpylanie paliwa za pomocą wtryskiwaczy. Istotne jest też odpowiednie schłodzenie strefy zapłonu świec żarowych, ze względu na wysokie temperatury panujące w komorach podczas spalania.
Zasada działania
Cykl pracy
Silnik Wankla realizuje standardowy czterosuwowy cykl pracy (ssanie, sprężanie, praca, wylot), jednak w odróżnieniu od jednostek tłokowych odbywa się on nieprzerwanie i równocześnie w kilku przestrzeniach roboczych komory. W trakcie obrotu wirnika następuje kolejno zasysanie mieszanki, jej sprężanie, zapłon i spalanie oraz wypchnięcie spalin. Pojedyncze cykle zachodzą szybciej niż w silniku tłokowym, co pozwala na uzyskanie wysokich obrotów.
Sprężanie mieszanki
Mieszanka paliwowo-powietrzna jest zasysana przez wirnik do przestrzeni roboczej, a następnie ściśnięta przez jego dalszy ruch obrotowy. Kształt komory powoduje, że objętość przestrzeni roboczej zmniejsza się, sprężając znajdującą się w niej mieszankę. Stopień sprężania w silniku Wankla jest zbliżony do silników tłokowych i wynosi ok. 10:1 w wersjach produkcyjnych.
Zapłon i spalanie
Po sprężeniu mieszanki następuje jej zapłon przez iskrę na świecy. Z uwagi na kształt komory, fala spalania rozchodzi się szybciej niż w silniku tłokowym. Generuje to wysokie ciśnienie i temperatury rzędu 1000 stopni Celsjusza. Spalanie odbywa się przy stałym objętościowym stosunku sprężania, co zapewnia wysoką sprawność procesu.
Zalety i wady
Kompaktowa budowa
Silnik Wankla ma bardzo zwartą budowę w porównaniu do jednostki tłokowej tej samej pojemności. Ma ok. 1/3 gabarytów konwencjonalnego silnika oraz znacznie mniejszą liczbę części. Pozwala to na montaż w małych przestrzeniach i redukcję masy pojazdu. Jest to szczególnie istotne w supersportowych samochodach.
Problemy z uszczelnieniem
Słabym punktem silników Wankla są problemy z uszczelnieniem przestrzeni roboczych. Duże różnice ciśnień i temperatur powodują intensywne zużycie pierścieni uszczelniających wirnik. Prowadzi to do nieszczelności, wycieków sprężonej mieszanki i spadku osiągów. Wymaga częstej wymiany uszczelnień.
Emisja spalin
Inną wadą silników Wankla jest wysoka emisja tlenków azotu w spalinach, szczególnie przy większym obciążeniu. Tlenki azotu powstają w wyniku kontaktu spalin z powietrzem atmosferycznym i są szkodliwe dla środowiska. Ogranicza to zastosowanie tych silników w pojazdach masowej produkcji.
Zastosowanie silnika
Samochody sportowe
Najpopularniejszym zastosowaniem silników Wankla są samochody sportowe. W latach 60. i 70. montowano je m.in. w NSU Ro 80, Citroënie GS Birotor i sportowych Mazdach RX. Obecnie stosuje je głównie Mazda w limitowanych seriach modeli RX-7 i RX-8. Doceniana jest kompaktowa budowa, wysokie obroty i charakterystyczny dźwięk pracy silnika.
Maszyny budowlane
Kolejnym obszarem zastosowań są niektóre maszyny budowlane, jak miniładowarki, koparki i agregaty prądotwórcze. Silnik Wankla doceniany jest tu za mocny moment obrotowy, niskie wibracje i gładką pracę. Wadą są wysokie koszty produkcji i serwisowania w porównaniu do silników Diesla.
Agregaty prądotwórcze
Silniki Wankla znalazły także zastosowanie w mobilnych agregatach prądotwórczych. Ich zaletą jest płynna praca, brak wibracji, niewielkie gabaryty i stosunkowo niska masa. Wadą pozostają wysokie koszty produkcji i eksploatacji w porównaniu do powszechnie stosowanych agregatów z silnikami wysokoprężnymi.
Przyszłość silnika Wankla
Modyfikacje konstrukcji
Trwają prace nad modyfikacjami konstrukcyjnymi silnika Wankla, mającymi na celu eliminację jego wad. Dotyczą one głównie poprawy szczelności komory spalania, zmniejszenia emisji spalin oraz obniżenia kosztów produkcji. Testowane są nowe kształty wirników, materiały i rozwiązania uszczelniające.
Nowe obszary zastosowań
Rozważane jest szersze wdrożenie silników Wankla w pojazdach użytkowych, generatorach prądu, robotach i dronach. Doceniana jest elastyczność obrotowa, wysokie osiągi, kompaktowa budowa i cicha praca. Kluczowe jest jednak rozwiązanie problemów eksploatacyjnych i obniżenie kosztów produkcji.
Perspektywy rozwoju
Mimo wielu zalet, przyszłość silnika Wankla w motoryzacji nie rysuje się optymistycznie. Rozwój konwencjonalnych silników spalinowych i napędów elektrycznych sprawia, że jest mało prawdopodobne, aby jednostki te zdobyły znaczący udział w rynku. Najbardziej prawdopodobne wydaje się utrzymanie niszowego zastosowania w wybranych pojazdach sportowych i maszynach specjalnego przeznaczenia.
Podsumowanie
Silnik Wankla to fascynująca i niezwykła konstrukcja, która na stałe wpisała się w historię motoryzacji. Jego charakterystyczna budowa z trójkątną komorą spalania zapewnia szereg zalet w postaci kompaktowych rozmiarów, wysokich obrotów i gładkiej pracy. Niestety, problemy z uszczelnieniem, wysokie koszty i emisja spalin ograniczyły jego powszechne zastosowanie. Obecnie silniki Wankla spotykamy najczęściej w limitowanych seriach samochodów sportowych. Mimo wysiłków inżynierów, ich przyszłość na masowym rynku motoryzacyjnym rysuje się raczej niekorzystnie. Pozostaną jednak na zawsze dowodem kreatywności konstruktorów i świadectwem poszukiwania nowatorskich rozwiązań technicznych.
Tagi
Udostępnij artykuł