Silnik Wankla: wirujący tłok

Felix Wankel urodził się w roku 1902, a już 21 lat później zgłosił w urzędzie patentowym silnik z tłokiem wirującym. Ponieważ motoryzacja była jeszcze w fazie wieku dziecięcego, ten zdolny inżynier znalazł zatrudnienie w intensywnie rozwijającym się lotnictwie, gdzie pracował m.in. przy projektach BMW.

W latach trzydziestych Wankel pracował dla Ministerstwa Lotnictwa Rzeszy, gdyż Herman Goering, który od 1935 roku odpowiadał za Luftwaffe, miał wizję zastosowania takiego silnika w samolotach.

Po wojnie, od 1951 r. Feliks Wankel pracował w NSU, gdzie swój patent wprowadził wreszcie do modelu seryjnego. W 1963 r. na salonie samochodowym we Frankfurcie przedstawiono pierwszy seryjny pojazd z silnikiem Wankla - NSU Spider. Cztery lata później Mazda zaprezentowała sportowy samochód Cosmo Sport z wyprodukowanym na licencji NSU - silnikiem z dwiema komorami.

Rok później do salonów trafił model NSU Ro 80. Pojazd na tyle zafascynował świat motoryzacji, że został nagrodzony tytułem Car of the Year 1968. Jednak wady silnika wyeliminowały model z rynku. Obecnie seryjne silniki Wankla oferuje jedynie Mazda.

Jak działa ta jednostka? W praktyce silnik ten realizuje zmianę energii cieplnej w pracę według systemu: ssanie, sprężanie, praca i wydech. Tyle tylko, że nie następuje to w jednej przestrzeni nad tłokiem, a na trzech ścianach trójkątnego tłoka i realizowane jest w całej komorze.

W rzeczywistości także określenie "trójkątny tłok" jest dość nieprecyzyjne , gdyż "tłok" ma formę trójkąta o wybrzuszonych krawędziach. Wykonuje on ruch obrotowy we wnętrzu komory, której kształt przypomina owal zwężony w środku. Tłok nie obraca się jednak tylko wokół swojej osi. Za pośrednictwem zębatki o uzębieniu wewnętrznym obraca się mimośrodowo. Zasada działania jest podobna jak w tradycyjnym silniku czterosuwowym: wlot, sprężanie, praca, wylot.

Najpierw wierzchołek tłoka przesuwając się, odsłania kanał wlotowy mieszanki paliwa. Następnie wykonując dalszy obrót, wierzchołek ten przesuwając się dalej staje się krańcem przestrzeni, do której dostarczane jest paliwo. Cykl wlotu paliwa trwa do czasu gdy drugi wierzchołek tłoka nie zamknie wlotu. Wtedy obracający się tłok spręża zamkniętą dawkę paliwa, świeca zapłonowa zapala mieszankę i następuje rozprężenie. Kolejno obracający się tłok odsłania kanał wylotowy i spaliny wydostają się na zewnątrz.

Istotą jest fakt, że proces wszystkich etapów pracy zaczyna się odkryciem okna wlotowego jednym wierzchołkiem i zamknięcia drugim wierzchołkiem tłoka. Drugi wierzchołek tłoka zasłaniając kanał wlotowy, równocześnie za chwilę odsłania ten kanał stając się wierzchołkiem początkowym w następnej przestrzeni z mieszanką. Tym samym praca odbywa się na każdym ramieniu tłoka.

A jak to możliwe, że wierzchołki tłoka dotykają wewnętrznych ścian komory? Uszczelnieniu gwarantującemu poprawną pracę, służą specjalne listwy czołowe i boczne. Listwy uszczelniające czołowe muszą delikatnie dotykać ścian i być bardzo sprężyste. Właśnie brak odpowiednich materiałów mogących spełnić te wymagania, sprawił porażkę NSU Ro 80.

Rozwój technologii zaowocował jednak, że Mazda oferująca te silniki w modelu RX-7, a obecnie RX-8 nie ma już tych problemów. Pojawił się jednak inny kłopot, którym jest smarowanie. Olej silnikowy znajduje się bowiem tylko w obracającym się zazębieniu tłoka. Tym samym listwy uszczelniające pracują na sucho. Aby temu zapobiec olej dostarczany jest maleńkimi kanalikami do listew uszczelniających, a po wypłynięciu ulega spaleniu. Ten system gwarantuje długą żywotność podzespołów, ale powoduje emisję szkodliwych substancji w spalinach.

Jako ciekawostkę na zakończenie warto przypomnieć, że silnik pojawił się nie tylko w NSU Ro80 i dwóch modelach Mazdy. Jednostki te znalazły się także w ofercie Citroena (np. GS Birotor, czy M35 Coupe), a przed wprowadzeniem do produkcji legendarnego DeLorean rozpatrywano także wyposażenie go w silniki Wankla.

Bogusław Korzeniowski