Silnik Wankla – czym jest i jak działa?

W 1972 roku Mazda zaskoczyła wszystkich, gdy wprowadziła na rynek sportowe auto dostępne dla masowego odbiorcy. Co w tym takiego nietypowego? Silnik Wankla. RX-7 – bo tak nazywał się ten model – stał się najpopularniejszym samochodem na świecie z tą jednostką napędową. Jego pojawienie się przyniosło Mazdzie ogrom sukcesów w sportach motorowych. Historia silnika z tłokiem obrotowym jest znacznie dłuższa. Dowiedz się,  jak działa silnik Wankla, jakie ma parametry oraz w gdzie, poza RX-7, była  montowana ta legendarna jednostka napędowa.

Mimo że silnik Wankla został rozsławiony na całym świecie przez firmę pochodzącą z Japonii, to konstruktorem jednostki był Felix Heinrich Wankel, który był Niemcem. Wynalazca urodził się na samym początku XX wieku i już w 1929 roku opatentował silnik swojej konstrukcji. Pierwszy działający prototyp ujrzał światło dzienne w 1957 roku. Ten typ napędu nazwano jednostką spalinową z tłokiem obrotowym, a potoczna nazwa (silnik Wankla) pochodzi właśnie od nazwiska twórcy. Pierwsze efekty jego prac były montowane w niemieckich sportowych autach marki NSU, a dopiero potem, dzięki patentowi NSU-Wankel, trafiły do Kraju Kwitnącej Wiśni. Tam Mazda wzięła je w obroty – dosłownie i w przenośni.

Z tego artykułu dowiesz się:

1. czym jest i jak działa silnik Wankla;
2. czym silnik Wankla różni się od innych jednostek napędowych;
3. do jakich modeli był montowany i czy nowy silnik Wankla niedługo ujrzy światło dzienne;
4. jaka jest opinia eksperta marki Inter Cars na temat tej jednostki napędowej.

Co to jest silnik Wankla?

Konstrukcja tej jednostki napędowej charakteryzuje się dużo większą prostotą niż klasyczne silniki spalinowe. To wręcz cecha, z której jest znany silnik Wankla! Sama konstrukcja zakłada wykorzystanie dużo mniejszej liczby elementów niż motor z typowym układem cylindrów (rzędowym, w układzie V czy przeciwsobnym).

Do najważniejszych elementów tego silnika można zaliczyć 5 podzespołów:

• Rotory – to tłoki o zupełnie innym kształcie i sposobie kompresji mieszanki niż te znane z klasycznych silników. Mają one kształt trójkąta z wypukłymi bokami, który fachowo nazywa się trójkątem Releaux.
• Obudowy rotorów – tzw. Housingi, czyli komory, w których znajdują się wspomniane wyżej trójkątne tłoki. Składają się one z bocznych oraz centralnych ścian, tworzących komorę spalania.
• Wał mimośrodkowy – na nim osadzone są tłoki. Znajduje się w samym środku silnika i przebiega przez środek komory spalania.
• Stacjonarne koła zębate – łączą rotory bezpośrednio z wałem. Minimalizują opory oraz tarcie w trakcie obrotu tłoku wokół wału i stabilizują go na nim.
• Uszczelki – izolują od siebie poszczególne cykle spalania. Ich zużycie bardzo mocno wpływa na wydajność oraz moc.

Czego brak w silniku Wankla?

W silniku Wankla brakuje elementów, bez których trudno wyobrazić sobie wiele dzisiejszych silników:

• korbowody,
• zawory,
• dźwigienki zaworowe,
• popychacze,
• napęd rozrządu,
• wałki rozrządu.

Nie bez powodu sam wynalazca nazywał zwykłe jednostki benzynowe „trzęsącymi się tłokami”. Dzięki zastosowanym rozwiązaniom silnik Wankla jest bardzo kompaktowy, charakteryzuje się wysoką kulturą pracy oraz dużym współczynnikiem mocy w stosunku do pojemności.

Tuż po wprowadzeniu tego rozwiązania na rynek firmy motoryzacyjne korzystające z tego patentu używały tzw. silnika jednorotorowego, z jednym tłokiem. Sytuacja zmieniła się dopiero w 1967 roku, gdy Mazda wypuściła na rynek pierwszy na świecie samochód dwurotorowy. Był on produkowany seryjnie i nosił nazwę Mazda Cosmo. 

Dalej to właśnie Mazda zajmowała się rozwojem innowacyjnego napędu. W modelu Eunos Cosmo (który w 1990 roku był także najdroższym modelem tej marki) zastosowała silnik z aż 3 rotorami! Czterorotorowy silnik Wankla jak do tej pory wystąpił tylko raz – w modelu 787B, stworzonym z myślą o wyścigach.

Jak działa silnik Wankla?

Zatem jak faktycznie sprawuje się silnik Wankla? Zasada działania polega na tym, że tłok w kształcie trójkąta Reuleaux obraca się w korpusie. Jest on umieszczony mimośrodowo, a sam korpus silnika ma epitrochoidalny kształt (kształt krzywej zakreślonej przez punkt pozostający w stałym położeniu względem koła toczącego się po pewnym nieruchomym okręgu). Obracający się tłok tworzy oddzielne komory, gdy wszystkie jego kąty dotykają ścian korpusu.

Komory tworzą się wraz z obrotami rotora w odpowiedniej kolejności. Najpierw powstaje komora ssawna, potem sprężania, rozprężania, a na końcu – komora wydechowa. Komory zmieniają swój kształt i objętość w zależności od kąta obrotu rotora. W trakcie jednego obrotu silnik ten wykonuje 4 cykle pracy. Nie możemy ich nazwać suwami pracy, ponieważ tłok w tym silniku nie wykonuje ruchu postępowo-zwrotnego. Za to występują takty. Zalicza się do nich:

• takt ssania – napełnienie komory spalania świeżą mieszanką paliwowo-powietrzną,
• takt sprężania – sprężanie ładunku znajdującego się w komorze spalania,
• takt pracy – rozprężenie gazów spalinowych,
• takt usuwania spalin – pozostałości po spaleniu mieszanki są usuwane do układu wydechowego.

Gdy mieszanka jest najmocniej sprężona, następuje zapłon iskrowy generowany przez świece zapłonowe. Paliwo i powietrze doprowadzane są przez kanał doprowadzający, a spaliny – usuwane są przy pomocy kanału odprowadzającego. Ruch, który wykonuje rotor, jest kształtowany przez koła zębate zamocowane nieruchomo do płaskich ścian komory spalania. Są one współosiowane z wałem centralnym.

Silnik Wankla – wady i zalety jednostki napędowej

Największa zauważalna wada silnika to bardzo wysokie spalanie. Jest to silnik, który swoją maksymalną moc uzyskuje w górnych partiach obrotowych, co oznacza, że w tych niższych pojazdowi dosłownie „brakuje siły do jazdy”. To skutkuje wysokim zużyciem paliwa, nawet przy ekonomicznej jeździe.

Kolejną wadą silników z wirującym tłokiem jest problem z dużymi stratami cieplnymi powodowanymi przez samą konstrukcję silnika. Komora spalania jest płaska i szeroka, przez co tworzą się w niej gorące i zimne strefy pracy, co ma niekorzystny wpływ na podzespoły. Sam silnik bardzo mocno się nagrzewa i trzeba zwracać uwagę na temperaturę pracy oraz sprawność wiatraka chłodzącego. Minusem jest także zużywanie się uszczelek, które oddzielają od siebie poszczególne komory spalania.

Obalonym już mitem jest wysoki pobór oleju. Sprawny silnik Wankla powinien pobierać od 100 do 200 ml na każde 1000 km. Jest to wartość deklarowana przez producentów. Konstrukcja została zaprojektowana w taki sposób, aby dotryskiwać olej wymieszany z powietrzem w celu uszczelniania komory spalania.

Zdarza się też, że dochodzi do tzw. zalania. Nazwa ta jest myląca. Silnik wcale nie zostaje zalany paliwem! Gdy pokonujesz tylko krótkie trasy, a motor nie zdąży się zagrzać, dochodzi do sytuacji, w których jednostka otrzymuje bardzo duże ilości paliwa. Po zgaszeniu silnika po krótkiej trasie resztki paliwa mogą osadzić się w rowku, w którym znajdują się świece. Właśnie dlatego nazywa się to „zalaniem” – mokre świece zapłonowe nie mogą dać iskry, co w rezultacie skutkuje brakiem możliwości odpalenia auta. Nie powoduje to jednak żadnych uszkodzeń, a „zalany pojazd” można odpalić dzięki specjalnej instrukcji.

Silnik Wankla – zalety

Lista zalet jest zdecydowanie dłuższa, jeśli chodzi o silnik Wankla. Wady przestają mieć w tej sytuacji znaczenie. Najważniejsze są kompaktowe rozmiary silnika, dzięki czemu też waży on naprawdę niewiele. Kultura pracy jest na bardzo wysokim poziomie – jednostka ta niemal nie generuje wibracji. Do tego słynie z tego, że fantastycznie wkręca się na wysokie obroty. Mało który cywilny samochód może się pochwalić obrotomierzem wyskalowanym do 10 tysięcy obrotów na minutę. 

Ogromne wrażenie robi również to, jak wiele mocy można uzyskać z tak małej pojemności. Dwurotorowe silniki montowane w Mazdzie RX-8 w najmocniejszych wersjach generowały nawet 220 KM z pojemności 1308 ccm, i to bez turbosprężarki! To wartości nieosiągalne dla silników z klasycznym układem cylindrów oraz tłoków.

Bardzo istotną zaletą jest także rozłożenie momentu obrotowego, który rośnie liniowo. Fenomenem jest również fakt, że silnik wykonuje 4 takty pracy w ciągu jednego obrotu rotora, a do tego ma bardzo wysoką sprawność mechaniczną. Sam silnik jest stosunkowo cichy. Gdy osiąga najwyższe obroty, miłośnicy motoryzacji zwracają uwagę na charakterystyczny dla tej konstrukcji warkot.

Auta, w których montowano silnik Wankla:

Poniższa lista zawieraa 10 najciekawszych modeli samochodów osobowych napędzanych silnikiem benzynowym z tłokiem obrotowym:

1. NSU Wankel Spider
2. Mazda 110 S Cosmo
3. Łada 2101
4. Mazda Roadpacer AP
5. Mazda RX-7
6. Citroen GS Birotor
7. Mazda Rotary Pickup
8. NSU Ro 80
9. Mazda 787B
10. Mazda RX-8

Dziwić może też obecność Łady w tym gronie. Jak się okazuje, radziecki producent wypuścił limitowaną wersję z silnikiem Wankla, opracowaną specjalnie na potrzeby służb specjalnych. Łada z Wanklem była znacznie bardziej dynamiczna niż standardowe odmiany. A czy Wankla montowano w autach innych niż osobowe? Tak – silnik z wirującym tłokiem dostępny był w niewielkim autobusie Parkway Rotary 26, oczywiście konstrukcji Mazdy. 

NSU Ro80, czyli Samochód Roku z silnikiem Wankla

Zanim Japońscy inżynierowie zaczęli rozwijać ideę silnika z wirującym tłokiem, w Europie pojawiły się dwa modele niemieckiej marki NSU. W 1963 roku zadebiutował Spider – auto niszowe, wyznaczające trendy. Większą sensacją okazało się NSU Ro80, czyli Samochód Roku 1967. Futurystycznie stylizowany sedan klasy wyższej średniej imponował przestronnością i techniką. Niestety był też awaryjny i paliwożerny. 

W 1977 roku, po wyprodukowaniu nieco ponad 37 tys. egzemplarzy Ro80, marka NSU przestała istnieć. Ogromne nakłady ponoszone na rozwój silnika Wankla sprawiły, że jeszcze w 1969 roku producent z Neckarsulm, został przejęty przez Volkswagena. Gigant nie był zainteresowany rozwojem Wankla, ale chętnie skorzystał ze stylistycznego kierunku wyznaczonego przez Ro80 i z idei sedana z przednim napędem. Zaprezentowany w 1969 roku VW K-70 to pierwszy model marki z takim rozwiązaniem.

Nowy silnik Wankla i jego przyszłość

Mazda zapowiedziała powrót silnika Wankla z nową nazwą handlową „Skyactiv R”. Ma być on montowany w nadchodzących modelach z serii RX. Od 2016 roku gotowy jest model auta koncepcyjnego Mazda RX-Vision, który zdobył tytuł najpiękniejszego samochodu koncepcyjnego tego roku. Mazda RX-Vision GT3 ma być wyposażona w silnik o pojemności 2,6 litra, z 4 wirującymi tłokami. To rozwiązanie ma zapewnić aż 570 KM przy 9000 obr./min (!) oraz 540 Nm przy 7500 obr./min.

Mazdzie jako jedynemu producentowi udało się wprowadzić silnik Wankla do seryjnej produkcji na aż taką skalę. Japońscy inżynierowie mają naprawdę bogate doświadczenia z tą konstrukcją. Silnik Wankla powrócił do łask, jako wspomaganie silnika elektrycznego. I to jest jego przyszłość. Jednostki spalinowe, także Skyactiv, za kilka lat nie będą rozwijane. – mówi ekspert marki Inter Cars.

Pamiętaj, że nieważne, czy będziesz potrzebował części do swojej Mazdy RX-8, czy klasycznego 1.9 TDI! Potrzebne podzespoły znajdziesz na stronie Inter Cars. W naszym sklepie znajdziesz bogatą ofertę filtrów powietrza, olei silnikowych, a także różne rodzaje klocków hamulcowych. Oprócz standardowych podzespołów oferujemy również takie, które znacznie poprawią osiągi, prowadzenie oraz wygląd Twojego pojazdu. Zapoznaj się z dokładną ofertą i znajdź coś, co pozwoli Ci spersonalizować swój pojazd!

Silnik Wankla to z pewnością bardzo ciekawa konstrukcja, która wyprzedziła swoje czasy. Ta jednostka napędowa ma zdecydowany potencjał na rozwój z zastosowaniem aktualnie dostępnej technologii. Oby koncerny motoryzacyjne (nie tylko Mazda) to zauważyły i dobrze wykorzystały te możliwości. Jeśli potrzebne Ci podzespoły lub części eksploatacyjne do swojego samochodu z silnikiem Wankla, nie zapomnij o zajrzeniu do sklepu Inter Cars!

Silnik Wankla – FAQ:

Co to jest silnik Wankla?

To silnik, którego tłok kręci się wewnątrz obudowy. Obroty rotora powodują powstawanie komór spalania. To kompaktowa, lekka i nieskomplikowana jednostka napędowa.

Jak działa silnik Wankla?

Silnik ten wykonuje 4 takty pracy w trakcie jednego obrotu rotora po housingu. Do zapłonu mieszanki używa świec zapłonowych. Taka konstrukcja zapewnia bardzo dobrą kulturę pracy oraz wysoką prędkość obrotową.

W jakich modelach występuje silnik Wankla? Cena samochodów z silnikiem Wankla

Ten silnik obecnie nie jest dostępny w żadnym seryjnie produkowanym modelu. Można go szukać u kilku producentów, ale najpopularniejszym pozostaje japońska Mazda. Przykładowy model RX-8 z 2012 roku można kupić za około 45 tys. złotych.

Silnik Wankla – wady i usterki, czego się spodziewać?

Najczęstsze problemy to zalane paliwem świece zapłonowe, wytarte uszczelki oddzielające komory pracy w silniku, wysokie zużycie paliwa oraz problem z gospodarowaniem ciepła w silniku.