Felix Wankel i jego rotory – Historia silnika rotacyjnego cz.1
Mikser, blender, Dorito lub „to gówno, które się psuje” – określeń na silnik rotacyjny projektu Felixa Wankla (często nazywany też silnikiem Wankla) jest wiele, ale o tej konstrukcji można napisać zdecydowanie więcej niż wam się wydaje. Zapraszam was do świata, gdzie korba nie wyjdzie wam bokiem.
Historię zaczynamy w 1921 roku, kiedy to nasz młody przyszły inżynier… nie zdaje abitur, czyli niemieckiego odpowiednika naszej matury. Ten mały problem nie powstrzymał jednak Felixa przed znalezieniem pracy. Swoje miejsce znalazł w wydawnictwie Carl Winter Press z Heidelbergu. Czas wolny po pracy wypełniał majsterkowaniem w warsztacie, który prowadził razem ze znajomymi. W 1927 roku ten amatorski warsztat zaczął oficjalnie funkcjonować jako DKW, które w przyszłości miało stać się jednym z wiodących producentów motocykli i samochodów. Felix pracował zarówno w papierni, jak i warsztacie do 1933 roku, kiedy to trafił do aresztu po spięciu z pewnym jegomościem z Austrii. Felix pomimo braku wykształcenia, spowodowanego przedwczesną śmiercią ojca, nie porzucił marzenia, które zrodziło się w jego głowie w wieku 17 lat – zbudować swój autorski silnik, który zrewolucjonizuje rynek! Ponoć miał powiedzieć swojemu przyjacielowi – „Zbuduję silnik, w połowie turbinowy, w połowie tłokowy. To będzie mój wynalazek”.
Wankel rozpoczął proces patentowy w 1924 roku, w momencie kiedy hobbystycznie pracował w szopo-warsztacie. Wniosek został zaakceptowany w 1929 roku, kiedy po zgłoszeniu blisko 60 poprawek, konstrukcja Felixa oficjalnie została nazwana „Silnikiem Wankla”.
„Romans” z NSDAP
Pozostawiając na chwilę historię silnika, warto skupić się na postaci samego Felixa. Młody Wankel, razem ze swoją matką, bardzo mocno sympatyzował z NSDAP oraz filozofią antysemicką. Zresztą – nasz bohater należał do wielu ugrupowań skupiających osoby o takich poglądach. W 1921 roku dołączył do Deutchvolkischer Shutz- und Trutbund, a po roku Felix znalazł się już w strukturach NSDAP. Razem ze swoimi nowymi kolegami brał udział w różnego rodzaju grach terenowych, nocnych spacerach czy treningu paramilitarnym, a kiedy ludzie z organizacji odkryli wysokie umiejętności techniczne, Felixowi zostało zaproponowane spotkanie z pewnym byłym austriackim malarzem. W 1926 roku razem z Guleiterem Roberetem Heinrichem Wagnerem, Wankel otworzył lokalny oddział NSDAP w swoim rodzinnym Lahr. Pięć lat później Felix został mianowany na głównodowodzącego Hitlerjugend w Baden. Był to też moment, w którym doszło do pierwszych tarć na linii Wagner-Wankel. Wszystko rozbiło się, a jakże, o różnicę zdań odnośnie sposobu prowadzenia młodzieżówki Hitlera. Wankel stawiał na trening paramilitarny oraz gry terenowe, natomiast Wagner widział w młodzieży potencjalnych polityków i chciałby z organizacji zrobić „inkubator polityków”. Konflikt między panami doszedł do takiego momentu, że Wankel oskarżył publicznie Wagnera o korupcję, co ostatecznie skończyło się wywaleniem Felixa ze struktur Hitlerjugend i NSDAP. Czy to powstrzymało Wankla przed dalszą eskalacją konfliktu z byłym współpracownikiem? Ani trochę. Założył on swoją własną organizację w Lahr, po czym przystąpił do kolejnych ataków na byłego sojusznika. Ta sytuacja pewnie trwałaby dalej, gdyby nie rok 1933, kiedy Hitler z NSDAP urośli w siłę, a Wagner, wykorzystując ten moment, wystąpił o nakaz aresztowania Wankla. W marcu 1933 roku Felix trafia do więzienia.
Po paru miesiącach siedzenia w areszcie, Felix dostaje niespodziewaną pomoc – kontaktuje się z nim Wilhelm Keppler, doradca finansowy partii oraz sam Adolf Hitler. Zapamiętał on Felixa ze spotkania, gdzie Wankel miał możliwość zaprezentowania się nie tylko jako sympatyk, ale również wynalazca. Keppler, będąc przyjacielem Felixa z czasu hobbystycznej pracy w warsztacie, był również inwestorem i finansował działania Wankla przy pracy nad swoimi konstrukcjami. Sam Felix wyszedł na wolność we wrześniu 1933 roku, tylko dzięki protekcji w NSDAP w osobie Wilhelma Kepplera. To właśnie Wilhelm był jednym z wtajemniczonych przyjaciół, który usłyszał od Felixa o jego pomyśle na silnik i to on sfinansował otwarcie Wankels Versuchs Werstatten w Lindau. Dzięki jego protekcji Wankel skończył w SS w randzie Obersturmbannfuhrera w 1940 roku. Dwa lata później Felix stracił zarówno stopień w strukturach SS, jak i z nieznanych powodów wycofano jego „członkostwo” w NSDAP.
Kariera w czasach II Wojny Światowej
Po rozpoczęciu przez Niemcy wojny, Wankel zajmował się projektowaniem uszczelek oraz zaworów obrotowych dla firm BMW oraz Daimler-Benz. Dzięki sympatii jaką zdobył w kontaktach z Adolfem, Wankel mógł cieszyć się względnym spokojem w trakcie wojny. Wynalazki oraz projekty, które opracowywał były wykorzystywane głównie przez firmy z sektora wojskowego, a jego dzieła można było znaleźć zarówno w maszynach Luftwaffe, jak i Kriegsmarine. Jednak w 1945 roku karta ponownie nie była dobra dla Wankla. Po tym jak został schwytany przez francuskich okupantów, mógł tylko przyglądać się, jak ci sami okupanci rozkradają i niszczą jego pracownie oraz wynalazki.
Wankel wyszedł z aresztu w 1951 roku i dzięki firmie Goetze AG, która zaoferowała dofinansowanie, stworzył Centrum Rozwoju Teczninego w Lindau. W tym samym roku rozpoczął współpracę z NSU Motorenwerke AG. To w zakładach NSU narodził się pierwszy silnik z tłokiem rotacyjnym. Prototyp został odpalony 1 kwietnia 1957 roku. Silnik DKM54 generował zawrotne 21 koni mechanicznych mocy i w odróżnieniu od dzisiejszych konstrukcji, posiadał nie tylko ruchomy tłok, ale również housing (obudowę rotora). Taka konstrukcja zapewniła jednostce niespotykane dotąd wyważenie w trakcie pracy. Konstrukcja została sprzedana na zasadach licencji amerykańskiej firmie Curtiss-Wright. Zapamiętajcie to słowo – licencja.
W 1960 roku, a dokładnie 19 stycznia silnik DKM54 został zaprezentowany specjalistom oraz prasie na spotkaniu Verein Deutche Ingenierue (Stowarzyszenie Niemieckich Inżynierów), które odbyło się w monachijskim Muzeum Arcydzieł, Nauki i Techniki (fajna nazwa, co nie?). Odbiór konstrukcji był na tyle pozytywny zarówno w środowisku dziennikarskim, jak i inżynierskim, że jeszcze w tym samym roku pokazano silnik KKM 250. Była to konstrukcja przekazana do użytku konsumenckiego i została wykorzystana w zmodyfikowanym samochodzie NSU Prinz, który seryjnie posiadał dwucylindrowy silnik rzędowy. Był to też moment, kiedy silnik rotacyjny zaczęto oficjalnie nazywać „silnikiem Wankla”.
Trzy lata później, w 1963 roku na IAA (Międzynarodowych Targach Samochodowych) we Frankfurcie, NSU zaprezentowało model Spider (nazywany również Wankel-Spider). Był to dwudrzwiowy kabriolet, który posiadał jednorotorowy silnik Wankla o pojemności 0.5L. Napęd tego kabriolecika był przenoszony na tył za pomocą 4-biegowej skrzyni biegów. Motor generował 51 koni mechanicznych i kręcił się do 6000 obr./min. Można było go nazwać autem sportowym, ponieważ rozwijał on maksymalną prędkość 148 km/h, a pierwszą setkę można było zobaczyć po niecałych 17 sekundach. To jak prezentował się możecie zobaczyć na zdjęciu poniżej.
W 1967 roku Spider został zastąpiony przez model Ro80. Specjalnie użyłem tutaj sformułowania „zastąpił”, ponieważ pomimo różnych segmentów Ro80 był przyczyną zaprzestania produkcji kabriolecika. Nowe auto NSU było limuzyną, a jedynym celem niemieckiego producenta było stworzenie auta maksymalnie aerodynamicznego i wręcz futurystycznego, do tego o niskiej masie (Niemcy celowali w 800 kg). Realia techniczne oraz rynek szybko zweryfikował założenia konstruktorów – Ro80 przytył do 1250kg, a NSU razem z Felixem było zmuszone zmodyfikować konstrukcję silnika. Zmiany były nie tylko rewolucyjne, ale i ewolucyjne. Limuzyna dostała silnik dwurotorowy o pojemności 995 ccm, który generował 115 koni mocy. Dzięki temu NSU wyeliminowało problem braku mocy po tym, jak konstrukcja okazała się wyraźnie cięższa od prototypu. Napęd był przenoszony na przód, a całość była uzbrojona w 3-biegowy półautomat. W roku 1968 model ten dostał prestiżową nagrodę „Car of the Year”, a wśród plusów zaznaczano elastyczność jednostki napędowej oraz zestrojenie zawieszenia oraz układu kierowniczego. Był to rok, w którym do swojej wielkiej premiery szykował się Toyo Kogyo Co. Ltd., która w 1961 roku, czyli 7 lat przed debiutem Ro80, zakupiła licencję na wykorzystanie konstrukcji do budowy samochodów osobowych pod marką Mazda.
Jak wspomniałem wcześniej – licencja to bardzo ważne słowo w historii Felixa i jego wynalazku. W odróżnieniu od innych producentów nie sprzedawał on gotowego rozwiązania w postaci kompletnej jednostki napędowej, ale do dokumentacji technicznej. Był to bardzo cwany i nowatorski zabieg ze strony Felixa. Klientami jego firmy były marki z całego świata, które po zobaczeniu pozytywnych recenzji Ro80 masowo zgłaszały się do Wankla po zakup licencji na wykorzystanie jego patentu. Efektem tego była dość szeroka lista producentów nie tylko z branży samochodowej. Wśród nich warto wymienić firmy takie jak wspomniane wcześniej Toyo Kogyo-Mazda oraz: MAN, Daimler-Benz, Rolls-Royce Motors, Porsche, AMC, GM, Nissan, Yamaha, Kawasaki Heavy Industires.
Prócz Mazdy najbliższym współpracownikiem Wankla w rozwoju silnika był Daimler-Benz, który po upadku NSU przyjął konstruktora w swoje struktury w ramach Felix Wankel Institute GmbH, który później został odsprzedany w 1986 roku koncernowi D-B za 100 milionów Marek. W 1988 roku Felix zmarł, pozostawiając po sobie blisko 80 różnych konstrukcji swojego pomysłu oraz przeogromny park maszyn, który był wyposażony w silnik z wirującym tłokiem.
Wielki sukces i dziedzictwo
W poprzednim akapicie wspomniałem o bardzo małym procencie wszystkich podmiotów, które chciały opracować swoje konstrukcje z wirującym tłokiem na bazie silnika Wankla, ale jeden z nich wytrwał przy tym najdłużej – mowa oczywiście o Maździe. Japoński producent będzie bohaterem drugiej części artykułu, ale warto nadmienić już teraz, że Japończycy wzięli na warsztat nie tylko konstrukcję KKM250, która była zmodyfikowanym pomysłem Wankla, ale również usprawnili ją i do dnia dzisiejszego pracują nad nowymi rozwiązaniami na polu silnika z wirującym tłokiem i nieruchomym housingiem. I teraz Ci bardziej wnikliwi zadają pytanie – „Jakim nieruchomym housingiem?” Historia tej modyfikacji, która na zawsze zmieniła to jak budowano silnik Wankla, była dziełem nie Felixa, a jego kolegi z NSU. Wprowadził on do wersji konsumenckiej silnika, czyli modelu KKM250 znaczącą modyfikację – zamiast wirującego housingu, Dieter Paschek zastąpił go elementem nieruchomym. Tym samym ułatwił obsługę serwisową silnika i naraził się na wieczną nienawiść Felixa.
Czy zobaczymy jeszcze silnik rotacyjny jako główny element układu napędowego? Jest na to bardzo duża szansa, ponieważ Mazda, która od blisko 60 lat pracuje z silnikiem rotacyjnym, nie tak dawno opublikowała nowe patenty. Wskazują one na to, że znaleźli sposób na rozwiązanie problemu homologacyjnego nowych norm emisji spalin, które w Europie wyeliminowały m.in nowe wcielenie Fairylady Z (potoczne zwane 400Z) i Toyotę GR86/Subaru BRZ, które będzie dostępne w okrojonym „nakładzie”. Zagrożone są nowe samochody pozostałych koncernów spoza Starego Kontynentu. Co jednak proponuje Mazda? Od 2015 roku Japończycy pracują nad nową konstrukcją, która ostatecznie zostanie sparowana z układem hybrydowym, dzięki czemu auto ma się legitymować mocą około 400 koni i rozłożeniem masy 50:50. Ale dość o Maździe, a przynajmniej w tej części.
Najciekawsze konstrukcje z silnikiem Wankla
Na sam koniec części pierwszej chciałbym wam zaprezentować parę najciekawszych pojazdów jakie zostały wyposażone w kontrukcję autorstwa Felixa Wankla. Zaczniemy od konstrukcji Mercedesa, a dokładniej modelu C111, którego pierwsza wersja została ukończona w 1969 roku. Auto posiadało nadwozie wykonane z włókna szklanego, drzwi typu gullwing i aerodynamiczne nadwozie. Pierwsza wersja wyposażona została w trzyrotorowy silnik z bezpośrednim wtryskiem paliwa, jednak konstrukcja nie spełniała wszystkich założeń projektantów i wersję C 111-II wyposażono w silnik czterorotorowy. Motor ten generował 350 koni mechanicznych i 392 Niutonometry momentu. Mercedes ostatecznie porzucił zabawy ze swoim silnikiem rotacyjnym na rzecz zastąpienia go dieslem w wersji C111-IID i rzędową piątką w C111-III. Ostatecznie wyprodukowano 13 samochodów z 3- i 4-rotorowymi silnikami Wankla.
Drugą równie ciekawą konstrukcją był samochód stworzony przez General Motors, czyli Chevrolet Aerovette. Auto w pełni koncepcyjne, stworzone pod nazwą kodową XP-882 (Experimental Project). Auto powstało na papierze w późnych latach `60. Amerykanie chcieli stworzyć sportowy samochód z silnikiem V8 pośrodku, który były zamontowany poprzecznie (btw. nie przypomina wam to czegoś?). Za projektem stał niejaki Zora Arkus-Duntov, który razem ze swoim zespołem zbudował dwa prototypy o kodzie XP-882 w 1969, ale John DeLorean, który był wtedy głównym menedżerem Chevroleta skasował projekt. I pewnie nigdy byśmy już go nie zobaczyli, gdyby nie Ford, który chciał sprzedawać DeTomaso Panterę. To sprawiło, że w 1972 roku DeLorean pozwolił pracować dalej nad XP-882, ale został nadany nowy kod – XP-895. Nadwozie zostało wykonane ze stopu aluminium i wyglądało prawie tak samo jak auto autorstwa Arkusa-Duntova. Chevrolet wsadził w XP-882 silnik złożony z dwóch silników Wankla z modelu Chevrolet Vega. Dzięki temu zabiegowi uzyskali cztero-rotorowy silnik Wankla o mocy 420 koni. Napęd był przenoszony na tył, a całość ważyła 1180kg. Auto zostało pokazane w 1973 roku.
W tym samym roku Chevy pokazał XP-897GT, który posiadał standardowy silnik z dwoma rotacyjnymi tłokami. Kryzys, który nawiedził wtedy USA spowodował, że zarząd GM podjął decyzję, że wywala pomysł z projektowaniem swojego własnego silnika rotacyjnego oraz całej linii pojazdów z silnikami Wankla. Jedyny egzemplarz XP-897GT został sprzedany w 1997 roku Tomowi Falconerowi, a ten zamontował silnik 13B produkcji Mazdy. A co stało się z samym Aerovette? Ten rewolucyjny sportowy samochód został wyposażony w 6.6L V8. Pomysł dostał akceptacje w 1976 roku i w 1980 roku Aerovette trafił do produkcji. Model pomimo swojej ciekawej konstrukcji oraz drzwi typu gullwing nie przetrwał zbyt długo i po odejściu Duntova oraz jego zespołu, ówczesny szef David R. McLellan uznał, że samochody z silnikiem z przodu będzie lepszym wyborem zarówno pod kątem ekonomicznym, jak i osiągów. Program Aerovette został zamknięty całkowicie.
Kiedy pisałem o Aerovette pojawiło się nazwisko DeLorean. Pewnie doskonale znacie dzieło pana Johna, czyli model DMC-12. Auto okazało się bublem technologicznym, a z jego powstaniem wiąże się bardzo ciekawą historią z mafią w tle. Warto żebyście wiedzieli, że DeLorean zakupił swego czasu licencję na wykorzystanie konstrukcji silnika Wankla. Auto, które zasłynęło m.in. z posiadania karoserii z nierdzewnej nielakierowanej stali, w pierwszych projektach miało posiadać silnik Wankla umieszczony centralnie (John chyba pamiętał Aerovette). Jednak zakończenie współpracy NSU z Citroenem przy tworzeniu firmy Comotor spowodowało, że oczy projektantów zostały skierowane w stronę silnika Ford Cologne V6 (Cologne dlatego, że były to silniki produkowane przez niemiecką fabrykę Forda, znajdującą się w Kolonii). Ostatecznie do auta trafił silnik V6 PRV, który jak dobrze pamiętam historię, spowodował, że DeLorean nie był ani szybki ani specjalnie wytrzymały.
Kolejnym amerykańskim autem z silnikiem Wankla był AMC Pacer. AMC kupił licencję od amerykańskiego Curtissa-Wrighta i przystąpił do produkcji. Czar jednak prysł w 1974 roku kiedy to okazało się, że silniki Wankla mają problemy z uszczelniaczami, a ich zużycie paliwa jest dyskusyjne nawet jak na lata `70 XX wieku. Do decyzji AMC przyczyniła się też decyzja GM o porzuceniu rozwoju technologi silnika Wankla w swoich samochodach. Ostatecznie do Pacera trafił silnik 3.8 litra V6.
Ostatnią marką, o której wspomnę w tej części artykułu jest Citroen i ich konstrukcje z silnikami Wankla. Pierwszy to model M35 z 1970 roku, a kolejny to GS Birotor zwany również GZ z 1973 roku. M35 było małym coupe bazującym na modelu Ami 8. Autko było wyposażone w silnik Wankla z pojedynczym rotorem stworzonym przez wspomnianą już wcześniej firmę Comotor. Pojemność silniczka wynosiła 498 ccm, generował 49 koni mocy i rozpędzał M35 do 100 km/h w czasie 19 sekund, co było wynikiem o 10 sekund lepszym niż w przypadku bazy – modelu Ami8.
GS Birotor natomiast był samochodem bazującym w pełni na modelu GS. Comotor dostarczył dwurotorowy silnik Wankla, który generował 106 koni mechanicznych mocy, a jego zestrojenie pozwalało na płynniejszą jazdę. GS Birotor był również wyposażony w hydropneumatyczne zawieszenie znane z innych modeli francuskiej marki. Największa bolączką auta była cena – wynosiła ona tyle ile koszt zakupu modelu DS i około 70% więcej niż standardowy GS. Niezadowalające było również spalanie, które w kombinacji z wspomnianym już kryzysem paliwowym skutecznie ubiło rotorowego brata modelu GS.
W części drugiej opowiem wam o tym, jak z całej masy firm, które kupiły licencję na konstrukcję Felixa została jedna i w prawdziwie honorowy sposób dalej walczy o to, aby silnik rotacyjny był obecny na rynku!
Sprawdźcie też koniecznie nasz materiał o Mazdzie RX-8 z silnikiem Wankla!
Zdjęcia: Materiały prasowe producentów
