Silnik Wankla po polsku

Projekt silnika, który został opatentowany w 1992 roku, wykonał inżynier Jerzy Woźniak. Idea pracy jednostki jest identyczna jak w przypadku silnika Wankla, tzn. w cylindrze obrotowo porusza się tłok i na jego ściankach następują kolejne etapy normalnej pracy czterotaktowego silnika benzynowego. Jednakże zamiast owalnego kształtu cylindra i tłoka o kształcie zbliżonym do trójkąta (jak w silniku Wankla), w projekcie naszego rodaka znajduje się cylinder kołowy. W jego wnętrzu wiruje tłok, złożony z dwóch ruchomych względem siebie elementów, z których każdy posiada dwa ramiona (przypomina to nieco dwa śmigła kręcące się na jednej osi). Na zewnętrznych powierzchniach ramion znajdują się listwy uszczelniające, umieszczone w rowkach i podparte sprężyście, które stykają się z cylindrem i zapewniają szczelność układu.

W przypadku silnika Wankla efekt pracy zapewnia ruch mimośrodowy tłoka, przez co następuje zwiększenie lub zmniejszenie objętości cylindra (co odpowiada ruchowi tłoka w dół i w górę cylindra w klasycznej jednostce). W prezentowanym silniku Woźniaka zwiększanie i zmniejszanie objętości roboczej - w której znajduje się mieszanka paliwowo powietrzna - jest możliwe dzięki poruszającym się względem siebie ramionom. Podczas jednego obrotu wału zdawczego silnika (odpowiednik wału korbowego) w każdej z czterech komór roboczych realizowany jest czterotaktowy cykl pracy (ssanie, sprężanie, praca i wydech). Tym samym rozprężanie (czyli suw pracy, którego efektem jest obrót wału i możliwość przekazania momentu obrotowego)
następuje cztery razy w czasie pełnego obrotu. Zasadę działania prezentuje animacja w której na zielono zaznaczono wpływającą mieszankę, widoczna jest zmiana przestrzeni między ramionami wirników, a na czerwono zaznaczone są spaliny opuszczające silnik.

Do głównych zalet takiej koncepcji należy zaliczyć wysoką sprawność mechaniczną, porównywalną ze sprawnością silnika Wankla. Jest ona dużo większa niż w przypadku tradycyjnych silników tłokowych. Wynika to z konstrukcji w której nie ma pochłaniającego dużych ilości energii mechanizmu rozrządu i mechanizmu korbowego oraz dzięki zastosowaniu minimalnej liczby łożysk. Oprócz tego silnik zaprojektowany przez Woźniaka posiada wysoką sprawność cieplną. Cechuje go brak drgań, dzięki temu, że wszystkie elementy wirujące są symetryczne masowo i nie ma konieczności stosowania wałków wyrównoważających. Wysoka częstotliwość cykli pracy (4 na jeden obrót wału), pozwala wyeliminować lub ograniczyć wielkość koła zamachowego i już przy niskich obrotach uzyskać wysoki moment obrotowy.

Są to więc porównywalne parametry jakie oferuje silnik Wankla. Jednakże w porównaniu z nim, zaprojektowany przez Woźniaka, silnik ma kolosalną przewagę - nie posiada wielu wad tego pierwszego. Po pierwsze, uszczelnienie tłoka w silniku Wankla realizowane jest przez jedną listwę. W przypadku prezentowanej konstrukcji można zastosować kilka (od 2 do 5) uszczelnień. Po drugie, charakterystyczny ruch tłoka w silniku Wankla sprawia, że docisk uszczelnienia do gładzi cylindra jest realizowany z różną siłą, co wpływa na nierównomierne zużycie. W opisywanym silniku docisk uszczelnień jest stały na całej powierzchni styku z gładzią cylindra. Trzecia (i chyba najważniejsza cecha) to styk uszczelnienia z otworem świecy zapłonowej. W silniku Wankla jest to najsłabszy punkt systemu. Uszczelnienie, przesuwając się przez otwór świecy w pewnym momencie traci możliwość separacji komór (w tej przed świecą następuje sprężanie, a w tej za świecą zapłonową, rozprężanie). Trwa to wprawdzie tysięczne części sekundy, ale zawsze
następuje wówczas (chociażby minimalna) strata. W przypadku opisywanego silnika, problem ten wyeliminowuje konstrukcja, gdyż szerokość ramienia jest większa niż otwór świecy i separacja komór jest zawsze zachowana.

Projekt „silnika X” (gdyż taką nazwę roboczą nosi ta jednostka) ma zatem pewne cechy wspólne z konstrukcją Felixa Wankla, ale w przeciwieństwie do niej nie ma problemów z uszczelnieniem. Być może zatem przy obecnym rozwoju technik hybrydowych, gdzie wielkość zespołu napędowego ma ogromne znaczenie, mały silnik z tłokiem obrotowym zostanie wykorzystany i będziemy z dumą patrzyli na „polską myśl techniczną”?

Bogusław Korzeniowski

sj/mw/mw