j a k t o d z i a ł a
palinowego silnika rotacyjnego z wirującym tłokiem Po NSU, pionierem w opracowywaniu samocho-
nie należy mylić z silnikami  rotacyjnymi z wcze- dów, w których zastosowano silniki rotacyjne, była
Ssnego okresu lotnictwa. Były to silniki gwiazdowe, Mazda. RX-7, skierowany do sprzedaży w 1978 r., był
w których cylindry obracały się wokół nieruchomego prawdopodobnie najpopularniejszym samochodem
wału korbowego. Ich kariera zakończyła się wraz z z silnikiem rotacyjnym. Przed nim jednak powstała se-
pierwszą wojną S
wiatową. ria samochodów osobowych, ciężarowych, a nawet au-
SPALINOWY SILNIK ROTACYJNY
Ma r e k Ut k i n
tobusów, rozpoczęta przez Cosmo Sport model 1967.
WANKLA
Nowy samochód Mazdy, RX-8, ma nowy, nagrodzony
Istnieją trzy podstawowe rodzaje prawdziwych silnik rotacyjny o mocy 250 KM nazwany Renesis.
silników rotacyjnych: Ciekawostką jest, iż w Polsce pod koniec lat 50.
1) Typu Wankla, oparte o wirujący tłok. i na początku lat 60. były prowadzone prace nad silni-
2) Modele działające na zasadzie nożycowej, w których kiem rotacyjnym (chodziły słuchy o pięciokątnym tło-
stosuje się przegrody i tłoki. ku). Sprawa, jak wszyscy wiedzą, nie wypaliła i były
3) Wersje z wirującym blokiem silnika (tzw. kot i mysz). w nią zamieszane ponoć i wywiady państw obcych.
Silniki w ogóle, nie tyko rotacyjne, są blisko spo- Dziwnym trafem motyw ten pojawił się w  Awanturze
krewnione z pompami i sprężarkami - jedne napędzają, w Niekłaju E. Niziurskiego.
drugie są napędzane, a więc niektóre stosowane w nich
rozwiązania znane są z pomp.
TEORI A, BUDOWA,
HI STORI A ZASADA DZI AŁANI A
SI LNI KÓW ROTACYJ NYCH Jest to silnik wewnętrznego spalania: mieszanka pa-
liwa z powietrzem jest zapalana, a siła wybuchu na-
Projekty silników rotacyjnych opracował w 1588 pędza elementy wewnątrz silnika.
r. Ramelli, choć były one mocno przedwczesne - trzeba Jest to silnik czterosuwowy, występują w nim osob-
było rewolucji przemysłowej oraz powstania silnika Ot- no: zassanie mieszanki, sprężanie, praca, wydech.
to w 1876 r. i narodzin samochodu w 1896, aby stwo- WiększoS
ć silników rotacyjnych ma trzy zasadnicze
rzyć podstawy prawdziwego spalinowego silnika rota- częS
ci: 2 rotory, czyli wirujące tłoki i wał mimoS
rodo-
cyjnego. Przed rokiem 1910 zgłoszono ponad 2000 pa- wy. Wirujące tłoki obracają się w jednym kierunku.
tentów na wirujące tłoki. Inne wczesne projekty były Nie oscylują w górę ani w dół.
wykonane przez Huygensa w 1673 i Keplera. Są one otoczone komorą, w której wierzchołek tłoka
James Watt wykonał silnik parowy z wirującym zatacza krzywą zwaną epitroichoidą.
tłokiem (a raczej ruchomą przegrodą w okrągłej komo-
rze) w 1759 r., podobnie jak Ericsson. Amerykanin John Silnik rotacyjny Wankla jest silnikiem pracują-
Cooley wynalazł coS
w rodzaju negatywu silnika Wan- cym według czterech faz cyklu Otto, czyli czterosu-
kla w 1903, a Umpleby do niego zastosował wewnętrz- wowym. W przeciwieństwie do typowego silnika tło-
ne spalanie w 1908 r., lecz nie osiągnął nigdy sukcesu. kowego, mieszanka paliwowo-powietrzna jest przetła-
Oprócz tego Elwood Haynes opracował silnik gazowy czana z miejsca na miejsce, w związku z tym cztery fa-
z zaworem rotacyjnym w 1903 r. zy cyklu (suwy, choć tu nic się nie suwa, tylko kręci) od-
Dopiero jednak Felix Wankel, z niemiecką staran- bywają się w różnych miejscach silnika. To jest zaletą
noS
cią i dokładnoS
cią skatalogował i dopasował 862 w przypadku zastosowania wodoru jako paliwa. Odpo-
pary różnych figur geometrycznych, z których 278 było wiednie fragmenty cyklu odbywają się jednoczeS
nie na
niepraktycznych. Wankel przebadał 149 najbardziej trzech S
ciankach wirującego tłoka (tj. na jednej wystę-
obiecujących z pozostałych 584. W silnikach Wankla puje np. ssanie, na drugiej zapłon, a na trzeciej wydech).
stosuje się przekładnię cykloidalną, stary i niezwykły Rotacyjny silnik spalinowy, wynaleziony przez
rodzaj przekładni, używany w zegarach, pompach Feliksa Wankla i udoskonalony przy udziale Waltera
i sprężarkach S
rubowych. Froede z NSU, różni się od silnika tłokowego czterema
Po II wojnie dr Wankel wznowił swoje prace ba- zasadniczymi elementami:
dawcze w 1951 r., zainteresowawszy silnikami z wiru- Rotor (wirujący tłok) zastępuje tłok w silniku pracu-
jącym tłokiem NSU. Pierwszym seryjnie produkowanym jącym ruchem posuwisto-zwrotnym.
samochodem z silnikiem Wankla był NSU Wankel-Spi- Wał mimoS
rodowy zastępuje wał korbowy silnika
der (jednorotorowy, pojemnoS
ć 497 cm3, 50 KM), które- i korbowody silnika tłokowego.
go wytwarzanie rozpoczęto w 1963 r. i produkowano Komora silnika zastępuje cylinder konwencjonalne-
do 1967. Następnym modelem był NSU Ro80. go silnika tłokowego.
24
2
4
MA
ODY TECHNIK
9/2004
FELIX WANKEL  krótka biografia nień dla Lilienthala, BMW, DVL, Junkersa i Daimlera-Benza. Opraco-
Wielu wynalazców interesowało się pro- wał wtedy liczne prototypy silników z wirującym tłokiem oraz pompy
blemem silnika rotacyjnego, lecz nikt nie i sprężarki rotacyjne. W 1945 r. znalazł się we francuskiej strefie oku-
drążył tego zagadnienia tak długo i nie- pacyjnej, a jego warsztaty i wyniki badań zostały prawdopodobnie
strudzenie, jak Felix Wankel, który, przy zniszczone (lub wywiezione), a on sam, po raz kolejny, był więziony
współpracy z NSU, dokładnie przebadał do 1946 r.
wszystkie aspekty techniczne dotyczące
szczelności, umieszczenia świec zapło- Współpraca z NSU
nowych, okien wlotowych i wydecho- Podczas okupacji alianckiej Felix Wankel w tajemnicy pisał swoją
wych, chłodzenia, smarowania, spalania, książkę o budowie silników rotacyjnych. W 1951 r. podjął badania
materiałów i tolerancji wymiarowych. na nowo, zainteresował swym projektem NSU i rozpoczął współpra-
cę z Walterem Froede, szefem programu motocykli wyścigowych.
Początki Pierwszy rzeczywiście działający silnik był typu DKM, i ruszył w lutym
Felix Wankel urodził się 13 sierpnia 1902 r. w Lahr w Szwarcwaldzie, 1957. Do maja był w stanie pracować przez dwie godziny, wytwarza-
w Szwabii (Otto, Daimler i Benz również pochodzili ze Szwabii - czyż- jąc 21 KM. Pierwszy silnik KKM ruszył w czerwcu 1958.
by jakieś lokalne geny?). Wankel zakończył szkołę wyższą w wieku Felix Wankel w uznaniu za swoją działalność został odznaczony wie-
lat 19., jednocześnie pracując i ucząc się. Drukował, magazynował loma tytułami i medalami, m.in. otrzymał honorowy doktorat Uniwer-
i sprzedawał książki naukowe w Heidelbergu, równolegle pracując sytetu Technicznego w Monachium oraz najwyższe niemieckie od-
nad rozwiązaniami technicznymi. W okresie niemieckiej depresji utra- znaczenie cywilne, Wielki Krzyż Zasługi w Służbie Republiki, i in.
cił pracę i w 1924 r. otworzył warsztat mechaniczny. Od tego czasu Jednak jak wielu wybitnych twórców, był człowiekiem kontrastów -
rozważał pomysł silnika rotacyjnego. W 1927 r. wykonał rysunki pod koniec życia przeprowadził się na szwajcarską stronę Jeziora
schematu  maszyny z wirującym tłokiem bez niejednostajnie poru- Bodeńskiego, m.in. po to, aby zachować neutralność w razie ewen-
szających się elementów . Pierwszy patent uzyskał w 1929 r. (DRP tualnej wojny. Zajmował się czynnie działaniami na rzecz dobra zwie-
507 584). Od tego czasu zgłaszał rozmaite patenty przez 60 lat. rząt - m.in. w 1972 r. ustanowił Nagrodę Felixa Wankla za Ochronę
W 1933 zgłosił wniosek patentowy na silnik z wirującym tłokiem, Zwierząt w Badaniach, przyznawaną za rozwiązania mające na celu
a otrzymał go w 1936. ograniczenie, zastępowanie i - na ile to możliwe - zaprzestanie eks-
Jak wielu Niemców klasy średniej, zrujnowanych inflacją lat 20., perymentów z udziałem żywych zwierząt.
Wankel wstąpił do NSDAP. Jednak, jak niemal każdy wynalazca, po- Pomimo wielkiego wkładu w technikę, a w motoryzację w szczegól-
stąpił przeciwnie niż większość społeczeństwa i wystąpił z partii ności, do końca życia (z przyczyn ideowych) nie posiadał prawa jaz-
w 1932 r., a w 1933 r. naziści doszli do władzy... W dodatku Wankel dy (niewątpliwie udział zwierząt rozjechanych przez samochody z sil-
ujawnił korupcję gauleitera Wagnera, co doprowadziło go do osa- nikami Wankla w stosunku do ogólnej liczby jest niewielki).
dzenia w więzieniu (Wankla, nie gauleitera!). Został uwolniony, do- Ulice nazwane imieniem Feliksa Wankla znajdują się w: Aalen, Da-
piero gdy na jego rzecz interweniował pewien przemysłowiec i na- chau, Euskirchen, Heilbronn, Neckarsulm, Oldenburgu, Ostfildern,
ukowiec. Ok. 1936 Wankel, zamieszkały w okolicach Jeziora Bodeń- Rottenburgu, Schweinfurcie, Sennfeld, Stuhr (Brema) i w Zaberfeld,
skiego, pracował nad zaworami rotacyjnymi i technologią uszczel- oraz istnieje Felix-Wankel-Ring w Lenting.
Okna kanałów ssących i wydechowych w obudowie cie i napędza wał mimoS
rodowy. Ten rodzaj jest ła-
eliminują zawory, wałki rozrządu, krzywki, popycha- twiejszy w produkcji, chłodzeniu i konserwacji niż
cze i paski rozrządu. DKM. Kanały ssące i wydechowe są lepiej ukształto-
Silnik rotacyjny ma zauważalne zalety w stosun- wane. Współczesne silniki rotacyjne są typu KKM.
ku do konwencjonalnego silnika tłokowego.
Wirujący tłok porusza się wewnątrz komory silnika CZĘR
CI
po epitrochoidzie
Komora silnika ma wewnątrz kształt epitrocho- Silnik rotacyjny jest wyposażony w system za-
idy (a jeszcze dokładniej, peritrochoidy).WykreS
la tę płonowy i system paliwowy, podobne jak w konwen-
krzywą punkt leżący na promieniu okręgu toczącego cjonalnych silnikach tłokowych. JeS
li nie widzieliS
cie
się po stronie zewnętrznej drugiego okręgu. Okrąg nie- nigdy silnika rotacyjnego w S
rodku, przygotujcie się
ruchomy ma połowę S
rednicy okręgu obiegającego. na niespodziankę, ponieważ nie znajdziecie zbyt wielu
znanych elementów.
Są dwa główne rodzaje silnika rotacyjnego: KKM i DKM.
DKM (Drehkolbenmaschine, maszyna z krążącym tło- Rotor
kiem), czyli silnik o pojedynczym obiegu (SIM). Taki Rotor ma trzy wypukłe S
cianki, a każda z nich
był pierwszy silnik rotacyjny, miał wewnętrzną obro- ma w sobie zagłębienie, zwiększające pojemnoS
ć sko-
tową komorę obracającą się wokół osi oraz rotor wy- kową silnika, gdyż każda z nich działa jak tłok i umożli-
konujący ruch cykloidalny. Ta konstrukcja wymagała wia dostanie się większej iloS
ci mieszanki paliwowej.
kompletnego zdemontowania silnika w celu wymia- Na obu końcach każdej ze S
cianek znajduje się
ny S
wiec (trzech), co było podstawowym powodem, metalowa listwa, uszczelniająca punkt styku rotora
dla którego z niej zrezygnowano. Jednak DKM chodzi z komorą spalania, podobnie jak czynią to pierS
cienie
równiej niż KKM i jest w stanie osiągać wysokie ob- w silnikach tłokowych. Na każdej z powierzchni bocz-
roty, powyżej 25 000. Występują w nim niższe obcią- nych rotora znajdują się pierS
cienie, uszczelniające bo-
żenia na łożyskach. ki komory spalania.
KKM (Kreiskolbenmotor, motor z wirującym tłokiem), Wewnątrz rotora, po jednej stronie, znajduje się
czyli silnik o obiegu planetarnym (PLM), wyróżniają- również wewnętrzne koło zębate, z zębami skierowa-
cy się nieruchomą komorą. Rotor porusza się po orbi- nymi do S
rodka. Zazębiają się one z przekładnią zamo-
25
2
5
MA
ODY TECHNIK
9/2004
j a k t o d z i a ł a
Rotor pełni funkcję taką,
jak w silniku tłokowym:
a) wał korbowy
b) koło zamachowe
c) tłok
J AK TO ZŁOŻYĆ. . . Następną warstwą, jeśli patrzeć od zewnątrz, są warstwy za-
wierające rotory. One również są pokryte gładkim metalem
Silnik rotacyjny jest pakietem złożonym z warstw. Silnik dwu- i znajdują się w nich okna kanałów wylotowych.
rotorowy ma pięć głównych warstw, które utrzymuje w całości Część środkowa pakietu zawiera dwa okna kanałów ssących,
komplet długich śrub. jeden dla każdego rotora. Rozdziela również oba rotory, w
Chłodziwo przepływa kanałami przechodzącymi przez wszyst- związku z czym jej zewnętrzne powierzchnie muszą być bar-
kie części. Dwie warstwy zamykające tę  kanapkę z obu koń- dzo gładkie.
ców zawierają uszczelki i łożyska wału napędowego. One rów- Pośrodku każdego rotora znajduje się również duże wewnętrz-
nież łączą się szczelnie z dwiema dalszymi warstwami, w któ- ne koło zębate, które toczy się wokół mniejszego koła zębate-
rych są umieszczone rotory. Powierzchnia wewnętrzna części go, zamocowanego do bloku silnika. Jest to to, co determinu-
czołowych ma dużą gładkość, co ułatwia działanie bocznych je orbitę rotora. Rotor obraca się również na dużej, walcowej
pierścieni uszczelniających w rotorach. Okna kanału ssącego krzywce na wale korbowym.
są umieszczone w każdej z części skrajnych silnika dwuroto-
rowego.
26
2
6
MA
ODY TECHNIK
9/2004
MINI QUIZ MT
CZYTAM, WIĘC WIEM
CZTERY SUWY
cowaną do obudowy. To połącze- Ssanie
nie kół zębatych wymusza tor ru- Faza ssania w cyklu pracy rozpoczyna
chu i kierunek, w jakim rotor ob- się, gdy wierzchołek rotora mija okno ka-
raca się w komorze. nału ssącego. W momencie, gdy okno
kanału wlotowego otwiera się na komo-
Komora silnika rę, objętość komory jest bliska minimum.
Komora silnika jest mniej Gdy rotor obraca się dalej, objętość ko-
więcej owalna w kształcie (do- mory rośnie, powodując wciągnięcie
kładniej - jest to epitrochoida, mieszanki paliwowo-powietrznej do ko-
czyli jakby bardzo gruba ósem- mory.
ka). Kształt komory spalania jest Gdy następny wierzchołek komory mija
opracowany tak, aby trzy wierz- okno kanału ssącego, komora się zamy-
chołki rotora zawsze pozostawa- ka i rozpoczyna się sprężanie.
ły w kontakcie ze S
cianami ko-
mory, tworząc trzy szczelne Sprężanie
zbiorniki gazu. Każda częS
ć ko- Gdy rotor kontynuuje swój ruch w komo-
mory jest przypisana jednej czę- rze silnika, objętość komory zmniejsza
S
ci procesu pracy. się i mieszanka paliwowo-powietrzna się
Kanały ssący i wydecho- spręża. W tym czasie ścianka rotora
wy są umieszczone w obudowie. przemieszcza się przed świecami zapło-
W tych kanałach nie ma zawo- nowymi, a objętość komory jest ponow-
rów (trochę podobnie, jak w sil- nie najbliższa minimum. Wtedy następu-
niku dwusuwowym). Okno kana- je zapłon.
łu wydechowego łączy się bez-
poS
rednio z systemem wydecho- Spalanie
wym, a ssącego - z gax
nikiem. Większość silników rotacyjnych ma dwie
świece zapłonowe. Komora spalania jest
Wał napędowy długa, a więc czoło płomienia rozprze-
Wał napędowy ma wymo- strzeniałoby się zbyt wolno, gdyby była
delowane krzywki o przekroju tam tylko jedna świeca. Gdy świece za-
walcowym, umieszczone mimo- płonowe zapalają mieszankę paliwowo-
S
rodowo, czyli przesunięte wzglę- powietrzną (sekwencyjnie, odpalają jed-
dem osi podłużnej wału. Każdy na zaraz po drugiej), ciśnienie szybko
rotor jest nałożony na jedną z rośnie, zmuszając rotor do ruchu.
nich. Działają one podobnie, jak Ciśnienie spalonej mieszanki zmusza ro-
wał korbowy w silniku tłokowym. tor do ruchu w kierunku, który spowodu-
W trakcie, gdy rotor podąża swą je wzrost objętości komory. Gazy spali-
drogą w komorze silnika i toczy nowe rozprężają się dalej, poruszając ro-
się po nieruchomym kole zęba- tor i wytwarzając energię, zanim wierz-
tym, popycha krzywki. Ponieważ chołek rotora nie minie okna kanału wy-
są one zamontowane mimoS
rodo- dechowego.
wo względem wału napędowego,
siła wywierana przez rotor na Wydech
krzywki wytwarza moment obro- Gdy tylko wierzchołek rotora minie okno
towy wału, przez co jest on wpra- kanału wydechowego, sprężone gazy
wiony w ruch obrotowy. spalinowe mogą swobodnie wydostać
Silniki rotacyjne są stoso- się na zewnątrz. Gdy rotor się obraca,
wane w wielu samochodach (m. komora kurczy się, wytłaczając resztę
in. w Ładzie Samarze!), a także gazów spalinowych przez okno kanału
do napędu samolotów, motocykli wydechowego. W tym czasie objętość
(w tym rosyjskiego Dniepra), mo- komory zbliża się do minimum, wierz-
tolotni, motorówek, skuterów chołek rotora mija okno kanału ssącego
S
nieżnych, kosiarek i pił spalino- i cały cykl rozpoczyna się od nowa.
wych. W silniku rotacyjnym przyjemne jest to,
Przezroczysty model silni- że wszystkie trzy ścianki rotora zawsze
ka rotacyjnego Mazdy pod na- pracują nad jedną z faz cyklu. Podczas
zwą  Visible Rotary Engine jednego pełnego obrotu rotora nastę-
w skali 1:5 produkuje firma Mini- pują trzy cykle spalania. Lecz wał na-
craft, zaS
OS/Graupner wytwa- pędowy obraca się (dzięki przekładni
rza działający silnik Wankla o po- zębatej i krzywkom) trzy razy na jeden
jemnoS
ci 5 cm3 do napędu mode- cykl spalania, co sprawia, że na każdy
li samolotów. obrót wału napędowego przypada je-
den zapłon.
27
2
7
MA
ODY TECHNIK
9/2004