Όταν ακούμε το όνομα Wankel μας έρχεται στο νου η σειρά RX της Mazda, λόγω της επιτυχημένης συνταγής από τους Ιάπωνες να συνδυάσουν την ισχύ των μικρών περιστροφικών κινητήρων με τα σπορ αυτοκίνητα. Όμως οι κινητήρες Wankel πέρα από την αυτοκίνηση, χρησιμοποιούνται σε πλειάδες εφαρμογών που απαιτούν χρήση κινητήρων αυξημένης ισχύος και μικρών διαστάσεων. Μέσα από το autoblog.gr κάνουμε μια μικρή αναδρομή πίσω στο χρόνο και περιγράφουμε την ιστορία των wankel κινητήρων…
Εφευρέτης υπήρξε ο Felix Wankel (εξ’ου και η ονομασία), Γερμανός μηχανικός της εταιρείας κατασκευής αυτοκινήτων NSU Motorenwerke AG, έχοντας αναλάβει να κατασκευάσει έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης μικρών διαστάσεων με υψηλή ισχύ και πιο απλό από τον συμβατικό (με πιστόνια).
Τα σχέδια του Felix ολοκληρώθηκαν το 1954 με την κωδική ονομασία DKM 54 (Drehkolbenmotor). Ο πρωτότυπος και λειτουργικός wankel (με την ονομασία KKM) είδε το φως το 1957 από συνάδελφο μηχανικό του Felix.
Ο κινητήρας αναλαμβάνει να μετατρέψει την συμπίεση σε περιστροφή, συνεπώς σε κινητική ενέργεια (= παραγόμενη ισχύ). Στην ουσία πρόκειται για ένα περιστρεφόμενο τρίγωνο του Reuleaux, όχι σε κύβο (όπως είναι το θεώρημα), αλλά σε 2 οβάλ τμήματα ώστε να μην χάνεται η επαφή (συνεπώς και η συμπίεση) των 3 γωνιών του τριγώνου με τα τοιχώματα, όπως φαίνεται και στην εικόνα:
Οι αντίστοιχοι 4 χρόνοι των συμβατικών κινητήρων υπάρχουν και στον wankel με την διαφορά ότι ενώ στους συμβατικούς κάθε πιστόνι μπορεί να εκτελέσει σε σειρά κάθε έναν από τους 4 χρόνους (συνεπώς χρησιμοποιούνται περισσότερα των ενός για αυξημένη ισχύ ώστε όταν γίνεται εισαγωγή στο ένα, να γίνεται συμπίεση στο άλλο κοκ) στον wankel αυτό το αναλαμβάνει κάθε πλευρά του τριγώνου. Έτσι όταν γίνεται εισαγωγή στην μια πλευρά ήδη γίνεται καύση στην δεύτερη πλευρά και εξαγωγή στην τελευταία όπως φαίνεται παρακάτω. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την αυξημένη απόδοση στις ψηλές στροφές.
Άλλο ένα πλεονέκτημα είναι ότι ο χρόνος από την εισαγωγή μέχρι την καύση είναι ο μισός από τον αντίστοιχο των συμβατικών κινητήρων αυξάνοντας την απόδοση καύσης του μείγματος από τον άμεσο ψεκασμό. Επίσης, η λιτότητα του wankel σε σχέση με τους συμβατικούς (απουσία βαλβίδων, εκκεντροφόρων, μπιελών) τον κάνει πιο αξιόπιστο σε πιθανό failure εξαρτήματος. Όμως κάθε νόμισμα έχει 2 πλευρές, έτσι και εδώ ο wankel εμφανίζει κάποια σημαντικά μειονεκτήματα. Αρχίζοντας, το σώμα του κινητήρα (μέσα στο οποίο περιστρέφεται το τρίγωνο) εμφανίζει ανομοιόμορφη κατανομή θερμότητας, αφού από την μία πλευρά έχουμε συνεχώς εισαγωγή και από την άλλη πλευρά μόνο εξαγωγή αυξάνοντας τον κίνδυνο να υπάρξει ράγισμα στο σώμα από την συνεχή καταπόνηση. Επίσης, το περιστροφικό σώμα δεν εμφανίζει τέλεια επαφή με τα τοιχώματα (δεν μπορεί να συγκριθεί με τις μικρότερες κυλινδρικές επιφάνειες των πιστονιών που σφραγίζονται με τα μεταλλικά δακτυλίδια) και έτσι υπάρχει απώλεια συμπίεσης. Επιπρόσθετα, από κατασκευής οι περιστροφικοί κινητήρες “καίνε” μικρές ποσότητες λαδιού (οι κάτοχοι των RX-8 το ξέρουν καλά….) το οποίο χρησιμοποιείται σαν στρώμα μόνωσης (heat sealing) στο χώρο εσωτερικά του σώματος ώστε να υπάρχει προστασία του μετάλλου του σώματος από την προαναφερόμενη καταπόνηση εξαιτίας της καταπόνησης από τις υψηλές θερμοκρασίες από την ανομοιόμορφη κατανομή. τέλος, υπάρχει και η υψηλή κατανάλωση αφού η επίσημη αδειοδότηση ενός wankel κινητήρα αναφέρεται μόνο στην χωρητικότητα της 1 από τις 3 επιφάνειες, ενώ στην πραγματικότητα τουλάχιστον οι 2 επιφάνειες έχουν πληρότητα καυσίμου για την πλήρη περιστροφή του σώματος. Έτσι για μια πλήρη περιστροφή του στροφάλου απαιτούνται 3 πλήρεις περιστροφές του τριγώνου (1080 μοίρες) οπότε και τριπλάσια ποσότητα καυσίμου από την ονομαστική. Αντίθετα, για μια πλήρη περιστροφή στροφάλου συμβατικού κινητήρα (360 μοίρες) χρησιμοποιούνται (συνήθως) οι μισοί κύλινδροι, οπότε χρησιμοποιείται η μισή ποσότητα καυσίμου από την ονομαστική.
Το έναυσμα είχε δοθεί και η NSU πατένταρε την εφεύρεση και την πούλησε παγκοσμίως με αποτέλεσμα την ανάπτυξη του κινητήρα από πλειάδα εταιρειών δημιουργώντας κινητήρες Wankel περισσοτέρων επιπέδων (περιέχοντας περισσότερα του ενός περιστρεφόμενα τρίγωνα), wankel diesel, μειώσεις ρύπων και κατανάλωσης, αυξημένης αξιοπιστίας κτλ. Η εταιρεία που έκανε την διαφορά αφού επένδυσε στην εμπορική του χρήση ήταν η Mazda. Το πρώτο μοντέλο με wankel κινητήρα ήταν το Cosmo (1967). Η Mazda όμως, επενδύοντας ακόμα στους Wankel, δημιούργησε τον Renesis έχοντας τις πόρτες εισαγωγής και εξαγωγής στις πλευρές του περιστρεφόμενου σώματος. Επίσης, οι χρήσεις των wankel δεν περιορίζονται μόνο στην αυτοκίνηση αλλά στην αεροπλοΐα (σημαντικό πλεονέκτημα με το μικρό βάρος και σχήμα), σε μηχανές κουρέματος γκαζόν (!), σε τηλεκατευθυνόμενα κτλ.
Τέλος, αν και αρκετά τα πλεονεκτήματα, σημαντικά είναι και τα μειονεκτήματα κάνοντας τους κινητήρες wankel να μην χρησιμοποιούνται ευρέως στην αυτοκίνηση αφού οι συνεχόμενες βελτιώσεις των συμβατικών κινητήρων (κυρίως με την χρήση των turbo) έχουν τα επιθυμητά (προς το παρών) αποτελέσματα.
Tip: Ως αδηφάγο ον, ο άνθρωπος, σύντομα θα φέρει εις κορεσμό τις δυνατότητες των (turbo) συμβατικών κινητήρων, οπότε ίσως (τότε μόνο) δούμε τους wankel να αποκτούν την θέση που τους αρμόζει.
[Πηγή: wikipedia]