Silnik z tłokiem wirującym(silnik Wanlka)

Historia

Projekt maszyny parowej z wirującym

tłokiem opracował już w 1782 r.

James Watt. Jeden z projektów silnika

spalinowego z tłokiem obrotowym

(patent w 1946 r.) stworzył Gustaw

Michał Różycki. Jedyną produkowaną

i najbardziej znaną konstrukcją jest

wynalazek niemieckiego konstruktora

Feliksa Wankla (1902-1988). Pierwszy

patent Wankel uzyskał w roku 1929,

a kolejny w roku 1936.

Zastosowania

Silnik Wankla po raz pierwszy zastosowano seryjnie w

samochodach NSU Spider – prezentacja miała miejsce

w roku 1963 na salonie samochodowym we

Frankfurcie. W roku 1967 firma Mazda, która już w

1961 roku zakupiła licencję od NSU, zaprezentowała

sportowy samochód Cosmo Sport z pierwszym

silnikiem z dwoma wirnikami. W roku 1968 do

produkcji wszedł model NSU Ro 80, także z silnikiem

dwukomorowym. Kolejne modele sportowe Mazdy to

model RX-7 z 1978 roku, napędzany silnikiem 1,1-

litrowym o mocy 105 KM. W połowie lat 80. Mazda

zaprezentowała następne modele z silnikami o mocy

150-200 KM. W 1991 roku moc dwuwirnikowego silnika

osiągnęła 250 KM. Ostatni model RX-8 z nowym

silnikiem Renesis był produkowany w latach 2003-

2012. 22 czerwca 2012 roku Mazda zakończyła

produkcję modelu RX-8, który był ostatnim na świecie

samochodem z silnikiem Wankla. Tym samym

skończyło się zastosowanie silnika Wankla w

motoryzacji.

Zasada działania

W silniku spalinowym Wankla główny element roboczy- tłok- wykonuje ruch
obrotowy, podobnie jak w turbinowym silniku spalinowym wirnik turbiny.
Jednak zasady działania tych silników są różne. W turbinowych silnikach
spalinowych energia kinetyczna rozprężających się gazów działając na łopatki
wprawia w ruch obrotowy wirnik silnika. Zasada działania silnika Wankla jest
natomiast taka jak tradycyjnego silnika czterosuwowego. Cykl pracy silnika
spalinowego Wankla obejmuje następujące procesy:
• napełnienie komory roboczej świeżym ładunkiem (ssanie)
• sprężenie ładunku ( sprężanie)
• rozprężanie gazów spalinowych powstałych w komorze roboczej w wyniku
spalania sprężonego ładunku (rozprężanie)
• usuwanie spalin z komory roboczej (wydech)
Ponieważ tłok w silniku Wankla nie wykonuje ruchu postępowo-zwrotnego
poszczególne fazy cyklu pracy nie nazywają się tu suwami, lecz taktami. W
silniku Wankla wymienione wyżej procesy zamykają się w czterech taktach:
dolotu, sprężania, rozprężania (pracy) i wylotu.

Ssanie

Faza ssania 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 objętość komory rośnie,

powodując wciąganie mieszanki paliwowo-

powietrznej do komory.

Gdy następny wierzchołek komory mija

okno kanału ssącego, komora się zamyka i

rozpoczyna sprężanie.

Sprężanie

Gdy rotor kontynuuje swój ruch w

komorze silnika, objętość komory

zmniejsza się i mieszanka paliowo-

powietrzna się spręża. W tym czasie

ścianka rotora przemieszcza się

przed świecami zapłonowymi a

objętość komory jest ponowie

najbliższa minimum. Wtedy

następuje zapłon.

Spalanie

Większość silników rotacyjnych ma dwie świece

zapłonowe. Komora spalania jest długa, a więc

czoło promienia rozprzestrzeniałoby się zbyt

wolno, gdyby była tam tylko jedna świeca. Gdy

świece zapłonowe zapalają mieszankę paliwowo

powietrzną (sekwencyjnie 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

wydechowego.

Wydech

Gdy tylko wierzchołek rotora minie okno kanału

wydechowego, sprężone gzy 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 cykl

rozpoczyna się od nowa.

W silniku rotacyjnym przyjemne jest to, że wszystkie

trzy ścianki rotora zawsze pracują nad jedną fazą

cyklu. Podczas jednego pełnego obrotu rotora

następują trzy cykle spalania. Lecz wał napędowy

obraca się (dzięki przekładni zębatej i krzywkom) trzy

razy na jeden cykl spalania, co sprawia, że na każdy

obrót wału napędowego przypada jeden zapłon.

Wady i zalety

Zalety Silnika Wankla:

• Jest to jedyny silnik czterosuwowy (właściwiej - czterotaktowy) o

rozrządzie bezzaworowym.

• Konstrukcja silnika zapewnia możliwość pełnego wyrównoważenia

dynamicznego za pomocą przeciwciężarów związanych z wałem

mimośrodowym, ponieważ środek masy tłoka pokrywa się z osią

mimośrodu.

• Silniki Wankla mają możliwość uzyskiwania dużej mocy

jednostkowej.

• Istnieje możliwość unifikacji części silników Wankla o różnej liczbie

cylindrów.

• Prostota budowy tych silników stanowi gwarancję ich niezawodności

oraz trwałości.

• Benzynowy silnik Wankla można zasilać paliwem o niższej liczbie

oktanowej niż w przypadku silnika klasycznego o takim samym

stopniu sprężania. Obecnie firma mazda wprowadza zasilanie

poliwem gazowym.

Wady Silnika Wankla:

• Niemożność uzyskania dowolnego stopnia sprężania,

• Trudności związane z uzyskaniem trwałego uszczelnienia tłoka w

komorze tłokowej (cylindrze),

• Większe jednostkowe zużycie paliwa w porównaniu z tradycyjnymi

silnikami suwowymi.

Samochody z silnikiem

Wankla

Obecnie silnik ten jest wykorzystywany w samochodach japońskiej

marki Mazda, modelach sportowych RX-7 – trzy generacje, i

następcy – RX-8, i jest niejako cechą rozpoznawczą tej firmy.
Pierwszy egzemplarz RX-7 zjechał z linii produkcyjnej w 1978 r.

Auto wyposażone w dwie turbiny Wankla, o pojemności 573 cm

sześciennych każda, osiągało maksymalną moc 95 koni

mechanicznych (102 KM w wersji eksportowanej do Europy).

Trzecia generacja, produkowana przez dziesięć lat, od 1992 do

2002 roku mogła pochwalić się dwukrotnie większą mocą silnika i

nowym wyglądem.
W 2003 roku wszedł do seryjnej produkcji następca, RX-8,

ponadto – w 2009 roku dokonano faceliftingu.

Oba modele charakteryzują się drapieżnym wyglądem i cichym

działaniem, jednak najnowszy model (RX-8) znajduje też

zastosowanie jako auto użytkowe, m.in. ze względu na dużą

pojemność bagażową (290 litrów).

Mazda RX-7 charakteryzowała się ogromnym zużyciem paliwa,

wynoszącym od 16 do 20 litrów na 100 km. Problem nie został

rozwiązany w RX-8. W zasadzie jest to właściwość silników

Wankla, w których – ze względu na dużą powierzchnię komory z

tłokiem – występują duże straty ciepła. Dla pogodzenia osiągów

auta z ochroną środowiska, konstruktorzy pracują nad modelem

działającym na wodór.

Silnik Wankla w Polsce

Silnik 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

Document Outline