Silnik rotacyjny to jeden z bardziej nietypowych projektów, które znalazły swoje miejsce w samochodach produkcyjnych. Charakteryzuje się elegancką prostotą i około 75% mniejszą liczbą ruchomych części niż silnik tłokowy o podobnej mocy. Choć istnieje wiele projektów silników rotacyjnych, tylko projekt Felixa Wankla zyskał szerokie zastosowanie w pojazdach.
Zasada działania
Silnik rotacyjny działa inaczej niż tradycyjne silniki tłokowe. Zamiast cylindrów, posiada obudowy wirników, w których znajdują się wirniki o trójkątnym kształcie z zakrzywionymi bokami. Wirniki te pasują do owalnych obudów (nazywanych epitrochoidalnymi). Wirniki są sprzężone z wałem mimośrodowym (odpowiednikiem wału korbowego), co pozwala na utrzymanie końcówek wirnika w kontakcie ze ściankami obudowy podczas obrotu. Kształt wirnika i obudowy tworzy przestrzenie, które rozszerzają się i kurczą w zależności od pozycji wirnika w cyklu, a każda z tych przestrzeni obsługuje jedną fazę cyklu spalania.
Cykl pracy silnika wankla
Zasysanie
Gdy końcówka wirnika przechodzi przez port dolotowy, mieszanka paliwowo-powietrzna jest zasysana do silnika. Następnie mieszanka przemieszcza się do następnej części obudowy.
Kompresja
Gdy wirnik kontynuuje ruch, objętość komory zmniejsza się, kompresując mieszankę paliwowo-powietrzną. Mieszanka przemieszcza się w stronę świec zapłonowych, gdzie objętość komory jest minimalna.
Spalanie
Mieszanka jest sprężana do niewielkiego obszaru, a następnie świece zapłonowe zapalają ją. Eksplozja zmusza wirnik do obrotu, generując moc.
Wydmuch
Rozszerzone gazy spalinowe są wydmuchiwane przez port wydechowy, a cykl zaczyna się od nowa.
Zalety i wady silników rotacyjnych
Zalety
- Większa Moc przy Mniejszej Pojemności: Silniki rotacyjne generują więcej mocy niż tłokowe o porównywalnej pojemności. Mazda RX-8 z silnikiem 1,3 litra generowała około 230 KM.
- Mniejsze Rozmiary i Masa: Silniki rotacyjne są mniejsze i lżejsze, a także mają mniej ruchomych części.
- Płynna Praca: Wirniki działają jak obracające się przeciwwagi, minimalizując wibracje i pozwalając na wyższe obroty.
Wady
- Niższa Efektywność Paliwowa: Silniki rotacyjne są mniej efektywne termicznie, co prowadzi do wyższego zużycia paliwa.
- Emisje: Mają problem z emisjami z powodu nakładania się wydarzeń dolotu i wydechu.
- Zużycie Uszczelek: Końcówki wirników są narażone na stres i mogą ulegać awariom.
- Wysokie Zużycie Oleju: Konieczne do smarowania wirników i uszczelek.
- Niski Moment Obrotowy: W porównaniu do silników tłokowych mają mniejszy moment obrotowy przy niskich obrotach.
Historia silników rotacyjnych
Mazda jest najbardziej znanym producentem silników rotacyjnych. Używała ich od lat 70. XX wieku. General Motors pracował nad własnym projektem, ale zrezygnował z powodu przepisów dotyczących emisji i kryzysu naftowego w 1973 roku. NSU i Citroen w Europie sprzedawali samochody z silnikami rotacyjnymi w małych ilościach. Mazda wprowadziła pierwszy samochód z silnikiem rotacyjnym, model Cosmo, w 1965 roku, a następnie R100, R130, RX-2, RX-3, RX-7, Luce, Rotary Pickup Truck, RX-7 i RX-8, który był produkowany do 2012 roku.
Przyszłość silników rotacyjnych
Ostatnio prowadzone są badania nad wykorzystaniem małych silników rotacyjnych do zasilania generatorów w hybrydach, dzięki ich kompaktowym rozmiarom i płynności pracy. Uważa się, że pracując z stałą prędkością do generowania energii, silnik Wankla może w końcu pokonać swoje problemy z efektywnością paliwową i emisją.
Silnik rotacyjny, mimo swoich unikalnych wyzwań, pozostaje fascynującym przykładem inżynierii i innowacyjnego podejścia do napędu samochodów. Jego prostota, kompaktowe rozmiary i wysoka moc sprawiają, że wciąż ma miejsce w sercach entuzjastów motoryzacji na całym świecie.
