Silnik Wankla. Ciekawostka zamiast rewolucji

Mało jest w historii motoryzacji silników tak dyskusyjnych i barwnych jak silnik Wankla. Opracowana w 1933 roku przez niemieckiego inżyniera, Felixa Wankla, jednostka z tłokiem obrotowym miała stanowić solidną konkurencję dla nierzadko mało wydajnych, ciężkich i skomplikowanych konwencjonalnych silników spalinowych. Niemiecki konstruktor wpadł na pomysł, by całkowicie zrezygnować z dodatkowych zaworów, wałków rozrządu i korbowodów, a zamiast tego pozostawić kanały dolotowe i wydechowe, wał korbowy oraz tłok.

Ten ostatni miał jednak nietypową konstrukcję. Zamiast formy walca, przyjął kształt trójkąta o wypukłych bokach, który poruszał się w cylindrze o epitrochoidalnym kształcie. Tłok, nazywany także rotorem, miał w swojej wewnętrznej części wieniec zębaty osadzony na kole zębatym wału korbowego. Tu oczywiście udziwnień nie było i wał korbowy wprawiał rotor w ruch. Nietypowe rzeczy działy się natomiast w trakcie ruchu tłoka. Obracając się, tworzył z cylindrem komory.

Najpierw powstawała komora ssawna, do której zasysana była mieszanka, a potem sprężania, w której zgodnie z nazwą, paliwo i powietrze były sprężane. Następnie całość trafiała do nowoutworzonej komory rozprężania czy też spalania, gdzie dokonywał się zapłon. Co ciekawe, sam rotor miał w sobie zagłębienia pełniące funkcję komór spalania w tradycyjnych głowicach. Następnie gazy powstałe po spaleniu paliwa i powietrza przenoszone były do kolejnej komory – wydechowej, skąd wydostawały się wyjątkowo sprawnie. Wszystko to odbywało się w trakcie zaledwie jednego obrotu wału. Brzmi genialnie i prosto!

Pomiędzy wierzchołkami rotora tworzą się komory, co jest proste i genialne. Niestety ich uszczelnienie już takie proste nie jest

To tyle o zaletach

Dzięki tak uproszczonej pracy silnik Wankla był w stanie osiągać bardzo wysoką moc jednostkową i wyjątkowo wysokie obroty. Przy tym wszystkim, z racji jednostajnego ruchu, nie występowały tu siły pierwszego i drugiego rzędu jak w tradycyjnym silniku tłokowym. A to oznaczało niemal całkowity brak wibracji i bardzo liniowy przebieg momentu obrotowego. By podobną kulturę pracy uzyskać w silniku z tłokami wykonującymi ruch posuwisto-zwrotny, trzeba by sięgnąć po jednostkę przynajmniej sześciocylindrową, wyposażoną w wałki wyrównoważające i ciężki wał korbowy. Silnikowi Wankla wystarczył do tego jeden cylinder i jeden rotor.

W założeniu, taka jednostka wydawała się zatem genialna. Niestety była ona też obarczona wieloma niedoskonałościami. Specyfika jej pracy powodowała, że była bardzo trudna do uszczelnienia. Trzeba było polegać jedynie na cienkich listwach uszczelniających umieszczonych na szczytach rotora. Te, pod wpływem dużych sił działających na małą powierzchnię, ulegały błyskawicznemu zużyciu, co powodowało przedmuchy, a także spore zużycie oleju silnikowego. Do tego długa i niska komora spalania nie sprzyjała skutecznemu wykorzystaniu mieszanki paliwowo-powietrznej. Duża jej część pozostawała niespalona, co skutkowało paliwożernością, a także bardzo wysoką toksycznością spalin. By zniwelować tę bolączkę, często stosowano podwójny zapłon, co jednak przynosiło tylko niewielką poprawę.

Honor silników rotacyjnych uratował Norton. Za jego sprawą, udało się osiągnąć jedyny sukces Wankli w wyścigach motocyklowych

Do tego dochodziła jeszcze kwestia awaryjności. Szybko zużywające się uszczelnienia zwiększały luz między rotorem a gładzią cylindra, co powodowało szybsze zużycie powierzchni roboczych. Już samo to było sporą bolączką, ale niejedyną. Równie poważną były różnice temperatur między komorami. Ze względu na dużą powierzchnię komór, bardzo szybko oddawały one ciepło. Ale tam, gdzie wykonywała się praca z rozgrzanymi gazami, czyli w komorze spalania i wydechowej, temperatura rosła błyskawicznie. W wyniku tego blok silnika poddawany był bardzo dużym naprężeniom, co znacząco go osłabiało. Nierzadko dochodziło zatem do pęknięć całego bloku lub zatarcia cylindra i rotora. A naprawa, pomimo prostoty konstrukcji, nie była tania.

Bardzo liczne wady tej jednostki początkowo nie przesłaniały jej zalet, takich jak wysoka moc jednostkowa, szybkobieżność, prostota konstrukcji i bezkonkurencyjna kultura pracy. Z tego względu chętnych do sięgnięcia po silnik Wankla nie brakowało. W latach 70. zainteresowana była nim cała japońska „Czwórka”. Jednak ani Yamaha RZ 201, ani Honda A16, ani Kawasaki X99 nie doczekały się seryjnej produkcji, czego można się domyślić po roboczo brzmiących nazwach. W ich ślady nie poszło jednak Suzuki i w 1973 roku model RE5 z rotacyjnym silnikiem trafił do salonów sprzedaży. Początkowo motocykl wzbudzał ogromne zainteresowanie, nie tylko ze względu na silnik, ale też lekko kosmiczną stylistykę, będącą dziełem słynnego projektanta Giorgetto Giugiaro.

Duży nacisk na małą powierzchnię był główną przyczyną wycierania się cylindrów

Jednostka Suzuki RE5 została opracowana we współpracy z NSU, które miało już doświadczenie w stosowaniu jednostek Wankla w swoich samochodach. Podwozie natomiast zaadaptowano z modelu GT 750. Niestety nie pomogło to w osiągnięciu sukcesu komercyjnego. Paradoksalnie, motocykl był mocno ociężały i ciężki w manewrowaniu, co w połączeniu z 65 KM i 74 Nm dostępnymi niemalże od razu, jak w silniku elektrycznym, nie ułatwiało jazdy na co dzień.

Z tego względu najlepiej sprawdzał się w dalekich trasach, ale tu zabawę psuło spalanie, które bez problemu przekraczało 12 l/100 km, oraz niewygórowana trwałość. RE5 przyniosło jedynie korzyść wizerunkową, jako ciekawostka, sprzedażowo natomiast okazało się klapą. Sześć tysięcy sztuk wyprodukowanych w jednej serii próbowano sprzedać przez trzy lata, pod koniec obecności na rynku nawet poniżej ceny produkcji. Wiele egzemplarzy postanowiono po prostu sprzedawać na części, byleby zwolnić miejsce i środki w salonach. Podobny los spotkał Herculesa W-2000, który był jedynym, obok Suzuki RE5, seryjnie produkowanym motocyklem z jednostką rotacyjną. Przynajmniej do pewnego momentu.

Zobacz też:

• Historia motocykli wg Lecha: Rozwój silników spalinowych na początku XX wieku
• Historia motocykli wg Lecha: Silniki spalinowe. Dymiarze
• Historia motocykli wg Lecha: Pierwsze silniki

Silnik Suzuki RE5 odznaczał się niesamowitą kulturą pracy i dość kompaktowymi wymiarami

Sukcesy też były

Kiedy już wydawało się, że świat jednośladów zapomniał o silniku Wankla, Norton postanowił przypomnieć o tym kontrowersyjnym źródle napędu. Swoją drogą, skorzystał przy tym z technologii Herculesa, zakupionej po wygaszeniu produkcji W-2000. Poligonem doświadczalnym angielskiego producenta była rodzima policja, która otrzymała modele przedprodukcyjne. Testy ponoć napawały optymizmem i w 1987 roku na rynek trafił model Rotary, generujący 85 KM. Ale na tym nie poprzestano.

Równolegle brytyjski producent wypuścił wyścigową wersję RC588 o mocy 135 KM. Co ciekawe, jej silnik miał pojemność 588 ccm, ale organizatorzy brytyjskiej serii Formula 1 (odpowiednik dzisiejszego British Superbike) uznali go za godnego sklasyfikowania w kategorii 1000 ccm. Przedstawiciele firmy nie byli z tego zadowoleni, ale praktyka pokazała, że ekwiwalent pojemności Wankla względem tradycyjnego silnika spalinowego mógł być liczony razy dwa. Pomimo regulaminowych zawirowań, w 1989 roku Steve Spray zdobył na Nortonie RC588 tytuł mistrza Formula 1.

Z tej okazji w 1990 roku na rynek trafiła produkcyjna wersja wyścigówki z Wanklem, Norton F1, generujący 90 KM przy masie 192 kg. Co ciekawe, osiągami wcale znacząco nie przewyższał on ówczesnych sześćsetek, choć wyprzedzał je o lata świetlne pod względem płynności oddawania mocy i kultury pracy. Niestety był daleko przed nimi także pod względem cenowym – kosztował niecałe 13 000 funtów, więcej niż Honda RC 30. Z tego względu do salonów trafiło raptem 200 sztuk tych motocykli. Kolejny i zarazem ostatni model Nortona z Wanklem, czyli TT z 1992 roku, był już o połowę tańszy, ale i tak nie przyciągnął tłumów. Tym samym zakończyła się era rotacyjnych silników stosowanych w motocyklach.

Zagłębienia w rotorach miały za zadanie zwiększyć pojemność komory spalania i nadać jej bardziej efektywny kształt

Na renesans nie ma co liczyć

Zakończenie produkcji Nortona TT nie oznaczało jednak końca silnika Wankla w ogóle. W świecie samochodów wciąż pracowała nad nim Mazda, która najmocniej rozsławiła tę konstrukcję. Wyspecjalizowała się w tej dziedzinie na tyle, że do 2012 roku oferowała model RX-8, pod którego maską pracował rotor. Pomimo wielu prac i wysokiego dopracowania silnika, wciąż trwałością i ekonomią nie był on w stanie dorównać konwencjonalnym jednostkom. Z tego względu dziś możemy już mówić o całkowitym wymarciu tego typu silników w seryjnym użytku. Na zmianę tego stanu rzeczy raczej nie ma co liczyć w świetle obecnych norm emisji spalin, ale też ze względu na nikłe zainteresowanie. Przy obecnym stadium rozwoju konwencjonalnych silników Wankle nie są w stanie przekonać do siebie dużego grona odbiorców, nawet pomimo ich licznych zalet.

Zdjęcia: Mazda, Suzuki, archiwum redakcji