Silnik rotacyjny wankla

Silnik rotacyjny Wankla
Projekty silników rotacyjnych opracował już w 1588 roku Ramelli, choć były one mocno przedwczesne - trzeba było rewolucji przemysłowej oraz powstania silnika Otto w roku 1876 i narodzin samochodu w roku 1896, aby stworzyć podstawy prawdziwego spalinowego silnika rotacyjnego.
Przed rokiem 1910 zgłoszono ponad 2000 patentów na wirujące tłoki. Inne wczesne projekty były wykonane przez Huygensa w roku 1673 i Keplera.
James Watt wykonał silnik parowy z wirującym tłokiem (a raczej ruchomą przegrodą w okrągłej komorze) w 1759 roku, podobnie jak Ericsson.
Oprócz tego Elwood Haynes opracował silnik gazowy z zaworem rotacyjnym w roku 1903.
Dopiero jednak Felix Wankel, z niemiecką starannością i dokładnością skatalogował i dopasował 862 pary różnych figur geometrycznych, z których 278 było niepraktycznych. Wankel przebadał 149 najbardziej obiecujących z pozostałych 584. W silnikach Wankla stosuje się przekładnię cykloidalną, stary i niezwykły rodzaj przekładni, używany w zegarach, pompach i sprężarkach śrubowych.

Silnik jego konstrukcji został opatentowany już w roku 1936. Zamiast cylindrów znanych z normalnego silnika, Wankel ma komory spalania z obrotowymi tłokami (stąd nazwa silnik rotacyjny lub z wirującym tłokiem). Wewnątrz tłoka znajduje się wał, który umożliwia przekazanie napędu do skrzyni biegów i dalej na koła. Wankel nie ma zaworów i ma prostą konstrukcję, ale jest paliwożerny, zaś szybko zużywające się uszczelnienia tłoka są jego czułym punktem.
Jest to silnik pracujący według czterech faz cyklu Otto, czyli czterosuwowy. W przeciwieństwie do typowego silnika tłokowego, mieszanka paliwowo-powietrzna jest przetłaczana z miejsca na miejsce, w związku z tym cztery fazy cyklu (suwy, choć tu nic się nie suwa, tylko kręci) odbywają się w różnych miejscach silnika.
• faza I - ssanie - w cyklu pracy rozpoczyna się, gdy wierzchołek rotora mija okno kanału ssącego. W momencie, gdy okno
kanału wlotowego otwiera się na komorę, objętość komory jest bliska minimum. Gdy rotor obraca się dalej, objętość komory rośnie, powodując wciągnięcie mieszanki paliwowo-powietrznej do komory. Gdy następny wierzchołek komory mija okno kanału ssącego, komora się zamyka i rozpoczyna się sprężanie,
• faza II -sprężanie - gdy rotor kontynuuje swój ruch w komorze silnika, objętość komory zmniejsza się i mieszanka paliwowo-powietrzna się spręża. W tym czasie ścianka rotora przemieszcza się przed świecami zapłonowymi, a objętość komory jest ponownie najbliższa minimum. Wtedy następuje zapłon,
• faza III - praca - większość silników rotacyjnych ma dwie świece zapłonowe. Komora spalania jest długa, a więc czoło płomienia rozprzestrzeniałoby się zbyt wolno, gdyby była tam tylko jedna świeca. Gdy świece zapłonowe zapalają mieszankę paliwowopowietrzną
(sekwencyjnie, odpalają jedna zaraz po drugiej), ciśnienie szybko rośnie, zmuszając rotor do ruchu. Ciśnienie spalonej mieszanki zmusza rotor do ruchu w kierunku, który spowoduje wzrost objętości komory. Gazy spalinowe rozprężają się dalej, poruszając rotor i wytwarzając energię, zanim wierzchołek rotora nie minie okna kanału wydechowego,
• faza IV - wydech - gdy tylko wierzchołek rotora minie okno kanału wydechowego, sprężone gazy spalinowe mogą swobodnie wydostać się na zewnątrz. Gdy rotor się obraca, komora kurczy się, wytłaczając resztę gazów spalinowych przez okno kanału wydechowego. W tym czasie objętość komory zbliża się do minimum, wierzchołek rotora mija okno kanału ssącego i cały cykl rozpoczyna się od nowa. Rotacyjny silnik spalinowy, wynaleziony przez Feliksa Wankla i udoskonalony przy udziale Waltera Froede z NSU, różni się od silnika tłokowego czterema zasadniczymi elementami:
- Rotor (wirujący tłok) zastępuje tłok w silniku pracującym ruchem posuwisto-zwrotnym.
- Wał mimośrodowy zastępuje wał korbowy silnika i korbowody silnika tłokowego.
- Komora silnika zastępuje cylinder konwencjonalnego silnika tłokowego.
- Okna kanałów ssących i wydechowych w obudowie eliminują zawory, wałki rozrządu, krzywki, popychacze i paski rozrządu. Wankle starszej generacji z trudem uzyskiwały przebiegi rzędu kilkudziesięciu tysięcy kilometrów (dla porównania odpowiednio serwisowany silnik benzynowy, nawet ten starszej generacji, może wytrzymać około miliona kilometrów).
Najmocniejszego "Wankla" bez turbodoładowania wyprodukowała Mazda. Silnik nazywa się "Renesis" i ma moc 280 KM przy pojemności 1,3 litra.

W historii silnika tego typu znaleźć można również polski akcent. Konstruktor G. Różycki wynalazł przed II wojną światową silnik beztłokowy (spalinowy) opatentowany w międzynarodowym biurze patentów. Niestety, żadna z polskich wytworni nie zainteresowała się tym wynalazkiem.