Silnik Wankla – zasada działania, budowa, spalanie, wady i zalety

W dzisiejszym artykule sprawdzimy, czym jest silnik Wankla, jakie ma zalety oraz wady i dokładnie przyjrzymy się jego budowie. W gruncie rzeczy pomimo swojej “specjalistycznej nazwy” silnik ten zadebiutował już w roku 1963 w Niemczech. Dlaczego jednak nie słyszy się o nim tak wiele i praktycznie porzucono dalszy jego rozwój?

Silnik Wankla – definicja i zasada działania

Silnik Wankla to silnik spalinowy z tłokiem obrotowym, w którym tłok obraca się wewnątrz cylindra. Silnik ten opatentował niemiecki mechanik i konstruktor Felix Wankel.

Zasada działania silnika Wankla nieco różni się od typowych rozwiązań konstrukcyjnych w silnikach spalinowych, w których tłok wykonuje ruch posuwisto-zwrotny. W tym przypadku tłok przybiera postać trójkąta – a dokładniej mówiąc trójkąta Reuleaux, który składa się z łuków okręgów o środkach i końcach w wierzchołkach trójkąta równobocznego. Tłok ten umieszczony jest mimośrodowo w korpusie o budowie epitrochoidalnej. Obracając się, tworzy on 4 komory: ssawną, sprężania, rozprężania (pracy) i wydechową. Tym samym komory te zmieniają kształt i objętość w zależności od aktualnego położenia wału – kąta obrotu. Taki schemat działania sprawia, że w jednym cyklu obrotu wału, tłok wykonuje wszystkie wymienione wyżej 4 cykle pracy.

Zastosowanie i historia silnika Wankla

Z racji swoich cennych zalet (o czym poniżej), silnik Wankla znalazł zastosowanie jako jednostka napędowa m.in. w samochodach NSU Spider (produkowanych w latach 1964 – 1967) oraz niektórych modelach pojazdów marki Mazda. Niegdyś był to model RX-7, który został zastąpiony nowszą wersją RX-8 produkowaną w latach 2003–2012. W tym modelu jednostka napędowa zyskała nawet swój przydomek “Renesis“. Co ciekawe, silnik ten niejednokrotnie zdobywał nagrody za najlepszy silnik roku. Konstrukcja okazała się na tyle rozwojowa, że obecnie firma Mazda testuje w nim prototypowe zasilanie wodorem (RX-8 Hydrogen RE concept car).

Ciekawostką może być fakt, że silnik Wankla znalazł swoje zastosowanie również w motocyklach. Brytyjska marka jednośladów Norton Motorcycles zajęła się produkcją tego typu silników, które finalnie trafiły do motocykla DKW/Hercules W-2000. Silnik Wankla stosowano także w motocyklu RE-5 marki Mazda.

Dotychczas powstały 3 udoskonalone wersje silnika Wankla:

• SPARCS
• Compact-SPARCS
• CREEV (Compound Rotary Engine for Electric Vehicles)

Pierwsze dwa systemy SPARCS oraz Compact-SPARCS posiadają o wiele skuteczniejsze chłodzenie, dzięki czemu balans termiczny wewnątrz silnika osiąga przyzwoite parametry. Jednocześnie udało usprawnić się smarowanie całego układu. Z kolei system CREEV zrewolucjonizował silnik Wankla pod kątem mniejszej emisji gazów spalinowych oraz zużycia paliwa.

[irp posts=”3492″ name=”Największy silnik diesla na świecie! Piorunujące osiągi”]

Zalety silnika Wankla

Mogłoby się wydawać, że tak oryginalne rozwiązanie konstrukcyjne, które obecnie nie zyskuje na popularności, pozbawione jest jakichkolwiek dobrych stron pod kątem technicznym i użytkowym. Tymczasem konstrukcja silnika Wankla okazuje się całkiem udana. Głównie za sprawą niewielkich rozmiarów, niewielkiej masie i o wiele prostszej budowie niż w przypadku tradycyjnych silników spalinowych. To nadal nie koniec! Silniki Wankla wyróżniają się również niskim poziomem wibracji i wysoką sprawnością mechaniczną. Ponadto pracują ciszej i zdolne są osiągać wysokie prędkości obrotowe.

W skrócie zalety silnika Wankla to:

• niewielka masa
• niewielkie rozmiary
• cicha praca
• prosta budowa
• wysoka kultura pracy
• wysoka sprawność mechaniczna

Wady silnika Wankla

Niestety nie ma rozwiązań idealnych – również w mechanice. Silnik Wankla wydawał się wysoce pożądanym rozwiązaniem, jednak dłuższa eksploatacja i jego obecność na rynku sprawiły, że zaczęto doszukiwać się coraz większej ilości cech niepożądanych. Do największych wad silników Wankla należą liczne przedmuchy w obszarach pracy, które trudno uszczelnić. To przekłada się na niższą sprawność termodynamiczną i niższe ciśnienie sprężania.

Bolączką silników Wankla jest problem z równomiernym smarowaniem, ponieważ wszystkie komory narażone są na kontakt z paliwem. To m.in. z tego powodu silnik Wankla ma tendencję do zbyt silnego smarowania bez względu na aktualną prędkość obrotową i obciążenie. Idąc dalej wzrasta zużycie oleju, który gromadząc się w komorze spalania, przyczynia się do wzrostu emisji szkodliwych spalin.

[irp posts=”3153″ name=”Ile zarabia mechanik pojazdów samochodowych?”]

Jednocześnie rosną straty ciepło, na co wpływa szeroka i płaska komora spalania. To z kolei przyczynia się to powstawania szkodliwych naprężeń termicznych, ponieważ przeciwna strona silnika pozostaje zimna. Wszystkie te negatywne cechy silnika Wankla przekładają się na zwiększone zużycie paliwa i dużą emisję spalin, która przypada na jednostkę mocy.

Mimo wszystko inżynierom Mazdy udało się usprawnić działanie silnika i wyeliminować najistotniejsze problemy. Obecnie silnik Wankla ma zarówno swoich przeciwników, jak i zwolenników. Niestety z racji pozostałych niedoskonałości, nie stał się przedmiotem zainteresowania wśród pozostałych producentów samochodów.

Uogólniając do wad silnika Wankla należą:

• wysokie zapotrzebowanie na paliwo i olej
• duża emisja gazów spalinowych
• wysoka różnica temperatur po obu stronach silnika
• trudności w uzyskaniu precyzyjnego smarowania
• wolne spalanie mieszanki paliwowo-powietrznej (w przypadku benzyny)

Silnik Wankla nie lubi benzyny?

Może wydawać się dziwne, ale trzeba zgodzić się z tym, że silniki Wankla niezbyt dobrze radzą sobie z efektywnym spalaniem benzyny. Z racji kształtu przemieszczającej się komory spalania, proces spalania mieszanki paliwowo-powietrznej trwa względnie długo. To powoduje zmniejszenie efektywnego ciśnienia w komorze spalania i przedostawanie się niespalonej mieszanki do kanału wylotowego. To pozostaje główną przyczyną tak wysokiej emisji spalin podczas pracy silnika z wykorzystaniem benzyny. Nie mówiąc już o wysokim zapotrzebowaniu na samo paliwo, co jednak w przypadku utrzymywania stałej prędkości obrotowej, nie wykracza poza dopuszczalną skalę.

[irp posts=”1780″ name=”Immobilizer – jak działa? Co zrobić gdy ulegnie awarii?”]

Podsumowanie

W ciągu ostatnich paru dekad dał się zauważyć intensywny rozwój technologii – szczególnie w dziedzinie elektroniki. Samochody elektryczne stają się coraz popularniejsze, rośnie zainteresowanie hybrydami, a odchodzi się od przestarzałych silników diesla, które stały się nie tylko mocno skomplikowane w budowie, ale przede wszystkim z racji wyśrubowanych dyrektyw unijnych dotyczących emisji spalin. W tym miejscu trzeba przyznać, że technologia działania silników spalinowych w pojazdach praktycznie nie zmieniła się od początku ich powstania. Silnik Wankla pomimo wielkich nadziei okazał się rozwiązaniem niezbyt wydajnym i z wielu innych powodów, został wyparty przez tradycyjne jednostki napędowe.

[irp posts=”3081″ name=”Mazut – definicja, pozyskiwanie, właściwości i zastosowanie”]