Jak działa silnik Wankla? Wady i zalety silnika rotacyjnego, porady eksploatacyjne.

Spis treści:

Fenomen silnika Wankla – czym jest silnik z tłokiem obrotowym?

Jak działa silnik Wankla?

Silnik Wankla – zalety

Silnik Wankla – wady

O czym pamiętać, jeżdżąc samochodem z silnikiem Wankla?

Jak eksploatować silnik Wankla, aby odwdzięczył się długą żywotnością?

Czy warto kupić samochód z silnikiem Wankla?

Klasyczne jednostki tłokowe (zarówno rzędowe, widlaste, jak i typu bokser) są w gruncie rzeczy podobne. Energia z wybuchu mieszanki paliwowo-powietrznej przenoszona jest na tłoki, które w sposób posuwisto-zwrotny poruszają się w cylindrach. Następnie za pomocą korbowodów i wykorbień wału korbowego, ruch ten zamieniany jest na ruch obrotowy wału korbowego. Aby całość mogła sprawnie działać, stosowany jest skomplikowany rozrząd. Przymyka on zawory, aby dostarczyć do komór spalania mieszankę paliwowo-powietrzną (lub powietrze), zapewnić odpowiednią kompresję i usunąć z komór spaliny. Dodatkowo silnik musi być wyważony kołem zamachowym, które niweluje drgania i zapewnia płynność pracy. Silnik Wankla rozwiązuje wszystkie powyższe kwestie znacznie prościej, co nie oznacza, że nie ma wad.

Fenomen silnika rotacyjnego – czym jest silnik z tłokiem obrotowym?

Dziś silnik Wankla kojarzy się nieodłącznie z jedną marką, która doprowadziła jednostkę Wankla do perfekcji. Mazda rozwijała swoje modele z tym układem napędowym do 2012 roku. Największą popularność silniki Wankla zyskały w modelach Mazdy RX-7 oraz RX-8.

Warto jednak zacząć od początku, czyli od koncepcji Felixa Wankla – niemieckiego konstruktora stojącego za historią silnika, który opracował całą koncepcję. Pierwszy patent tej ciekawej konstrukcji uzyskał on w 1929 roku. Jednak na wprowadzenie silnika Wankla na rynek motoryzacyjny trzeba było poczekać do 1964 roku. To właśnie w tym roku został wypuszczony model NSU Spider wykorzystujący ten typ silnika.

Czym jest i jak działa silnik z obrotowym tłokiem? Sercem motoru Wankla jest tłok w kształcie trójkąta reuleaux, który kształtem nie przypomina walca, jak w klasycznych jednostkach, a szeroki trójkąt o zaokrąglonych rogach (stąd ta nazwa). Jest on osadzony na kole słonecznym w cylindrze o epitrochoidalnym korpusie. Ten kształt wymuszony jest mimośrodowym ruchem rotora, który obraca się w korpusie na centralnie położonym wale. O precyzję ruchu dba przekładnia zębata, umieszczona wewnątrz jednostki. Tego typu jednostki z tłokiem obrotowym cechują się dużą prostotą. Konstrukcja wirującego tłoka ogranicza liczbę elementów do minimum i umożliwia uzyskanie wysokiego momentu obrotowego w szerokim zakresie obrotów. Jednostka ta jest wysokoobrotowa i cechuje się uzyskiwaniem dużej mocy z małej pojemności. W prototypie RX500 z 1970 roku konstruktorom Mazdy udało się osiągnąć 270 KM z silnika o pojemności 0,5 l. Obecnie spotykana pojemność silnika Wankla wynosi 1.3 i może dysponować mocą ok. 231 KM, w zależności od wersji. 

Jak działa silnik wankla? Konstrukcja jednostki napędowej.

Zasada działania silnika Wankla nie jest skomplikowana, choć osobom przyzwyczajonym do pracy klasycznego silnika tłokowego może wydawać się nieintuicyjna. Zamiana tłoków w kształcie walca na rotor sprawia, że energia mechaniczna generowana jest w zupełnie inny sposób niż w klasycznym silniku. Zwykły silnik czterosuwowy potrzebuje dwóch obrotów wału, aby wykonać wszystkie cztery cykle pracy (ssanie, sprężanie, pracę i wydech). Oznacza to, że wybuch mieszanki następuje zaledwie co drugi obrót wału – ruch, w którym tłok przesuwa się z górnego do dolnego martwego punktu, poświęcany jest na wytwarzanie podciśnienia oraz zasysanie mieszanki.

W przypadku silnika Wankla wszystkie cztery cykle pracy występują podczas jednego obrotu rotora, czyli podobnie jak w silniku dwusuwowym. Różnicą jest to, że rotor robi to niejako potrójnie. Każda z powierzchni tłoka przechodzi pełen cykl oddzielnie. Oznacza to, że w ciągu jednego obrotu wału mieszanka paliwowo-powietrzna jest zapalana aż trzy razy. W trakcie ruch rotora tworzą się w cylindrze cztery komory, a ich objętość zmniejszana jest lub zwiększana przez ruch mimośrodowy tłoka. Dzięki temu wtryskiwana do cylindra mieszanka paliwowo-powietrzna może być sprężana, a następnie gwałtownie rozprężana (praca) po zainicjowaniu wybuchu iskrą świecy zapłonowej. 

Przeczytaj: Sprawdzenie samochodu przed zakupem

Wszystkie komory uszczelnione są specjalnymi uszczelkami zamontowanymi na wierzchołkach trójkątnego tłoka, które ściśle przylegają do komory cylindra. Dzięki samoczynnemu napełnianiu komory, sprężaniu mieszanki i swobodnemu wyrzucaniu spalin silnik Wankla nie wymaga stosowania zaworów, korbowodów, koła zamachowego oraz wielu innych wrażliwych elementów.

Konstrukcja silnika Wankla – zalety

Najważniejsze korzyści wynikają z samej konstrukcji silnika Wankla. Zalety to m.in. duża płynność działania, wynikająca z obrotowego, a nie posuwisto-zwrotnego ruchu tłoków. Silnik pracuje dobrze nawet podczas bardzo wysokich obrotów i w porównaniu do klasycznych silników tłokowych nie wibruje. Jest przy tym znacznie cichszy.

Ogromną zaletą silnika Wankla jest kompaktowy rozmiar. Dzięki temu, że nie ma on głowicy, zbędnego osprzętu oraz nie potrzebuje dużej ilości miejsca na ruch tłoków, wymiary jednostki ograniczone są do minimum. W autach z tym silnikiem konstruktorzy z łatwością uzyskiwali idealny rozkład masy (50/50), niski punkt ciężkości oraz bardzo dobry współczynnik oporu powietrza. Pozwalało to również ograniczyć wysokość pojazdu i zastosować nisko położoną maskę, przez co takie modele jak Mazda RX7 lub RX8 zachwycają piękną linią nadwozia.

Dodatkowo brak rozrządu oznacza, że nie trzeba przejmować się zerwaniem paska rozrządu lub nadmiernym zużyciem łańcucha. Co więcej, silnik ten nie jest tak bardzo wrażliwy na spalanie stukowe, dlatego można zastosować benzynę o niższej liczbie oktanowej. Silnik Wankla z łatwością wkręca się na obroty, a jego rozruch nie jest skomplikowany. Z tego powodu uruchamianie silnika zimą jest znacznie prostsze. Dlaczego więc nie osiągnął sukcesu, a ostatni samochód z silnikiem Wankla zjechał z linii montażowej w 2012 roku?

Wady silnika Wankla

Mimo wielu zalet silnika Wankla wady są na tyle duże, że przesądziły o jego porażce rynkowej. Powodem, dla którego nie stosuje się go dziś w motoryzacji, jest przede wszystkim wysokie zużycie paliwa. Średnie spalanie rzędu 15-20 litrów na 100 kilometrów w silniku o pojemności 1,3 l, to wynik, który w 2022 roku nie pozwala spełnić wyśrubowanych norm emisji spalin. Tym bardziej że emisja szkodliwych substancji do atmosfery potęgowana jest przez spalanie oleju silnikowego– kolejny mankament konstrukcji Wankla. 

W ostatniej wersji silnika Renesis stosowanego w Maździe RX-8 producent zastosował m.in. specjalny rodzaj katalizatora, przeprojektował kanały ssące i zastosował precyzyjne, elektroniczne przepustnice sterujące przepływem powietrza, a i tak pozwoliło to uzyskać jedynie normę Euro 4.

Liczne wady nie kończą się na wysokim spalaniu. Często wskazywanym problemem silnika Wankla jest też kłopot z uszczelnieniem rotora. Silnik wankla wykonuje wiele pracy w trakcie obrotu tłoka. Jego konstrukcja powoduje, że mimo lat udoskonalania systemu uszczelnień pierwsze objawy osłabienia przylegania tłoka do ścianek komory mogą pojawiać się już po ok. 60 tys. km. Efektem jest nie tylko wysoki pobór oleju, ale też pogorszona kompresja, a zatem i spadek mocy silnika. Przedmuchy w silniku o ruchomym tłoku powodują także dodatkowe problemy z zapłonem, nawet mimo zastosowania dwóch świec zapłonowych z dwustopniowymi elektrodami. Ich zastosowanie podyktowane jest podłużnym kształtem komory spalania i ma na celu równomierny zapłon mieszanki. Pierwsza z nich to świeca wiodąca, inicjująca zapłon mieszanki, a druga dopalająca.

Zobacz również: Świece zapłonowe – wszystko, co musisz wiedzieć. 10 pytań i odpowiedzi

Kolejną problemem, z którym musieli uporać się konstruktorzy udoskonalający silnik Wankla, jest nierównomierne nagrzewanie bloku silnika. Spalanie odbywa się cały czas w tym samym miejscu. Natomiast ssanie i sprężanie, czyli procesy znacznie chłodniejsze, mają miejsce w innej części silnika. Pierwsze wersje silnika Wankla miały więc tendencje do przegrzewania i rozszczelniania w okolicy umownej komory spalania. Problem ten udało się wyeliminować, przeprojektowując układ chłodzenia i smarowania. Jednak nie z tak dobrym skutkiem, jak w klasycznym silniku, w którym wszystkie cykle pracy zachodzą w tej samej komorze.

Znajdź mechanika w Twoim mieście!

O czym pamiętać, jeżdżąc samochodem z silnikiem Wankla? Zasada działania.

Dla wielu osób problemem może być również charakterystyka pracy silnika Wankla. To konstrukcja wysokoobrotowa, która rozwija z niewielkiej pojemności wysoką moc, ale okupione jest to niskim momentem obrotowym. Wymaga więc od kierowcy utrzymywania stosunkowo wysokich obrotów. Wolnossące silniki Wankla wymagają pracy w zakresie powyżej 3 tys. obr./min, a i tak mogą wówczas wydawać się nieco ospałe.

Aby zniwelować pozorny brak mocy i wykrzesać z rotora maksimum sportowych wrażeń, niezbędne jest więc dynamiczne operowanie pedałem gazu. Przekłada się to oczywiście na podwyższone spalanie, ale pozwala nacieszyć się wysoką prędkością. Operowanie samym sprzęgłem, jak w autach z silnikiem wysokoprężnym, jest mocno utrudnione. Jazda w korkach oraz ruszanie spod świateł wymagają częstą zmianę techniki jazdy. Problematyczne bywa także hamowanie silnikiem i stosowanie klasycznych zasad ecodrivingu. 

Brak dynamiki silnika w niskim zakresie obrotów, nie występuje natomiast w wersjach silnikowych wzmocnionych dwiema turbinami. Pierwsza z nich zwiększa elastyczność na niskich obrotach (od ok. 1800 obr./min), natomiast druga aktywuje się później, powyżej 4000 obr./min. Jednostki Mazdy wyposażone w sekwencyjne turbodoładowanie generowały od 239 do nawet 230 KM, w zależności od wersji auta.

Jak eksploatować silnik Wankla, aby odwdzięczył się długą żywotnością?

O czym pamiętać, jeżdżąc samochodem z silnikiem Wankla? Użytkownicy modeli z tego rodzaju silnikiem wskazują, że kluczowe jest rozgrzanie oleju do temperatury roboczej przed skorzystaniem z pełnego zakresu mocy. Wpływa to pozytywnie na trwałość uszczelnień i zapobiega zatarciu gładzi cylindrów. W niektórych instrukcjach obsługi można spotkać się też z zaleceniem, by regularnie wkręcać silnik na najwyższe obroty, aby wypalić sadzę gromadzącą się na uszczelnieniach. 

Utrzymanie silnika Wankla w dobrym stanie wymaga też regularnej kontroli stanu oleju (nawet co 1 tys. km) oraz płynu chłodzącego. Brak nawet jednego mógłby doprowadzić do dużych zniszczeń. W przypadku Mazdy RX-8 japoński producent zaleca użycie olejów hydrosyntetycznych Dexelia. Duże znaczenie ma również sprawność układu zapłonowego, czyli świec, przewodów i cewek, ponieważ nieprawidłowe spalanie może generować dodatkowy wzrost temperatury wewnątrz silnika. 

Wiedząc, jak eksploatować silnik Wankla, nie doprowadzisz do niepotrzebnych usterek, jednak podstawą i tak jest serwisowanie go w zaufanym, sprawdzonym serwisie, specjalizującym się w silnikach tej konstrukcji. Listę warsztatów znających silnik Wankla od podszewki znajdziesz w na Motointegrator.com. Rewizję silnika, ze szczególnym uwzględnieniem uszczelnień, należy wykonać co ok. 90-100 tys. km. Pełny remont silnika Wankla, wymagający wymiany m.in. obu rotorów, komór silnika i uszczelniaczy, może być droższy niż cały samochód. W niektórych przypadkach naprawa silnika Wankla jest więc nieopłacalna.

Czy warto kupić samochód z silnikiem Wankla?

Nietypowa konstrukcja silnika Wankla sprawia, że nie jest to rozwiązanie dla każdego. Trzeba liczyć się z utrzymywaniem obrotów powyżej 5 tys. km, utrudnioną jazdą miejską oraz wymagającą eksploatacją. Jednak wyjątkowe właściwości silnika wynagrodzą to z nawiązką. Piękne brzmienie rotorów, brak wibracji i możliwość rozpędzenia silnika do 9 tys. obr./min to cechy, które rozpalają emocje każdego miłośnika motoryzacji. Pamiętaj jedynie o tym, aby podczas poszukiwania używanego egzemplarza dokładnie sprawdzić silnik i zwrócić szczególną uwagę na jego kompresje. Rozszczelnione jednostki bywają trudne do uratowania, a „skarbonek” w przypadku silników Wankla nie brakuje. Dostępność używanych silników w dobrym stanie jest coraz mniejsza, dlatego pod maską wielu Mazd RX-8 można dziś znaleźć… rzędowy silnik czterocylindrowy 1.8T grupy Volkswagena, znany, chociażby z Audi TT. Jednak taka zamiana całkowicie niweczy wrażenia z jazdy, które gwarantuje silnik Wankla.