13 grudnia 2018


Od dziesięcioleci konstruktorzy starali się zbudować silnik spalania wewnętrznego pozbawiony wad silników tłokowych. Wyeliminowanie ruchów posuwisto-zwrotnych, związanych z nimi ogromnych przyspieszeń i sił bezwładności, a przez to skomplikowanego wyważania, układów rozrządu itp., umożliwiłoby opracowanie wysoce sprawnej i niemal idealnej jednostki napędowej. Taką nadzieję dawały konstrukcje z wirującym tłokiem. Pierwszy projekt takiej maszyny opracował w 1782 roku James Watt. Chodziło o maszynę parową, która doczekała się realizacji dopiero w 1799 roku, za sprawą Williama Murdocka.

Ryszard Romanowski

W 1908 r. w Anglii zaprezentowano silnik Umpleby z wirującym tłokiem, przypominającym kształtem orzeszek ziemny. Nie rozwiązano jednak wówczas problemu jego uszczelnienia. Powstawało wiele patentów, m.in. polskie – Radziwiłła i Platera oraz Gustawa Różyckiego. Jednakże pierwszym silnikiem z wirującym tłokiem, który w praktyce wykazał zadowalające osiągi była konstrukcja Feliksa Wankla, opracowana wspólnie z zakładami NSU. Jego prototyp wykonany został w 1954 roku, a prezentacja konstrukcji i jej działania w 1960. Silnik miał liczne zalety, jak np. bardzo małą ilość części ruchomych, możliwość dokładnego wyważenia, małe wymiary i ciężar, prosty rozrząd i dużą równomierność biegu. Pracował według obiegu czterotaktowego, czyli najbardziej racjonalnego, jeżeli chodzi o wymianę ładunku i wykorzystanie tłoka przy rozprężaniu. Jego bezzaworowy rozrząd właściwy był silnikom dwusuwowym, podobnie jak częstotliwość pracy w stosunku do prędkości obrotowej wału korbowego.

Wankel do Mazdy
Silnik Wankla do Mazdy

Od początku jednak ujawniły się wady. Największą z nich była trudność uszczelnienia. Konieczne były uszczelnienia gazowe, oddzielające od siebie komory robocze, zapobiegające przenikaniu spalin lub sprężonego ładunku, oraz uszczelnienia olejowe, separujące smarowaną wewnętrzną przekładnię od komór roboczych. Najtrudniejsze okazało się uszczelnienie krawędzi wierzchołków trójkątnego tłoka. Po latach prób opracowano system składający się z listwy środkowej oraz dwóch zewnętrznych, trójkątnych elementów, na które działała sprężyna dociskająca do ścian bocznych cylindra. Listwę środkową wykonywano ze sproszkowanego brązu i prasowanego grafitu. Osadzano ją w rowku aluminiowego tłoka, bez luzu, ze względu na rozszerzalność materiałów. Listwy szybko dopasowywały się i uszczelniały układ, mając przy tym bardzo mały współczynnik tarcia. W przypadku pokrycia gładzi cylindra warstwą niklu i krzemu stosowano listwy żeliwne.
Kolejnym problemem był rozkład temperatur. Jego rozpiętość powodowana była tym, że części cylindra raz stykały się z chłodną mieszanką, a raz z gorącymi spalinami. Stosowano różne rodzaje chłodzenia, od powietrznego, poprzez płaszcz wodny, po chłodzenie olejowe mimośrodowego wnętrza tłoka, lub kombinację wyżej wymienionych.

 

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 9 (132) wrzesień 2018