Technika

Silnik Wankla – wady i zalety, porady eksploatacyjne

Brak układu rozrządu, rotor zamiast tłoków i brak drgań – konstrukcja silnika Wankla zdumiewa nawet dziś. Ten projekt został opatentowany przez Felixa Wankla po raz pierwszy w 1929 roku. Niezwykła budowa silnika z tłokiem obrotowym i jego odmienna charakterystyka pracy od lat budzą wśród miłośników motoryzacji spore emocje. Czym charakteryzuje się silnik Wankla i o czym pamiętać jeżdżąc samochodem z silnikiem Wankla?

Silnik wankla cylinder tłok

Spis treści:

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 Wankla – czym jest silnik z tłokiem obrotowym?

Dziś silnik Wankla kojarzy się nieodłącznie z Mazdą – marką, która doprowadziła jego konstrukcję do perfekcji. Modele z serii RX rozwijały silnik rotacyjny do 2012 roku, czyli do końca produkcji Mazdy RX8. 

Warto jednak zacząć od początku, czyli od koncepcji Felixa Wankla – niemieckiego konstruktora stojącego za opracowaniem tego typu silnika. Pierwszy patent uzyskał on w 1929 roku. Jednak na wprowadzenie silnika Wankla trzeba było poczekać do 1964 roku. To właśnie w tym roku został wypuszczony model NSU Spider. 

Silnik wankla cylinder tłok

Czym charakteryzuje się silnik z obrotowym tłokiem? Sercem silnika Wankla jest tłok, który kształtem nie przypomina walca, jak w klasycznych jednostkach, a szeroki trójkąt o zaokrąglonych rogach (ta figura nazywana jest trójkątem Reuleauxa). Jest on osadzony na kole słonecznym w cylindrze o epitrochoidalnym korpusie. Ten kształt wymuszony jest mimośrodowym ruchem rotora, który wiruje na centralnie położonym wale. O precyzję ruchu dba przekładnia zębata, umieszczona wewnątrz jednostki. Silnik z tłokiem obrotowym cechuje się dużą prostotą. Ogranicza liczbę elementów do minimum i umożliwia uzyskanie bardzo wysokich obrotów, a co za tym idzie – wysokiej mocy silnika. W prototypie RX500 z 1970 roku konstruktorom Mazdy udało się osiągnąć 270 KM z silnika o pojemności… 0,5 l.

Jak działa silnik Wankla? 

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.

Silnik wanka

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.

Silnik 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 jego paska 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?

Silnik Wankla – wady

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.

Silnik wankla tył mazda RX8

Często wskazywanym problemem silnika Wankla jest też kłopot z uszczelnieniem rotora. 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 silnika, a zatem i spadek mocy. 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?

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. 

Dowiedz się więcej: Ekonomiczna jazda samochodem – zasady. Czy są takie same w każdym aucie?

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. 

Silnik wankla świeca zapłonowa

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.

Artykuły powiązane