Silnik Polaka

Maciej Blum
23.12.2014

Kazimierz Rzadkosz jest konstruktorem silnika, którego zasada działanie przypomina silnik Wankla, jednak dzięki zastosowanym rozwiązaniom nie posiada jego wad. Aktualnie silnik jest w fazie badawczej, a konstruktor stara się o fundusze na wykonanie działającego prototypu.

Historia nowego rodzaju silnika zaczęła się około 30 lat temu, gdy młody wtedy konstruktor zdawał na prawo jazdy. Gdy zobaczył przekrój silnika spalinowego, zaczął dokładnie analizować wszystkie zależności siłowe w nim występujące. W tym momencie pojawił się pomysł nowego silnika, którego cechą charakterystyczną jest brak wału korbowego.
Pomysł był dość prosty. Okazuje się bowiem, że jeśli siłę powstającą podczas spalania paliwa przyłożymy bezpośrednio do obracającego się elementu uzyskamy znacznie lepszy efekt niż w przypadku zamiany posuwisto-zwrotnego ruchu tłoka na ruch obrotowy wału korbowego.
Podobny system jest stosowany w silniku Wankla, jednak tam energia spalania paliwa jest zamieniana na ruch precesyjny obrotowego tłoka (ruch obiegowy), który jest dalej przekazywany na wał za pomocą przekładni zębatej.
W silniku Kazimierza Rzadkosza możliwe było zrezygnowanie z tych elementów, co znacznie uprościło konstrukcję i zlikwidowało kilka ważnych niedogodności, jakie występowały w silniku Wankla (drgania wywoływane ruchem obiegowym tłoka).

Od pomysłu do konkretu
Obmyślenie ogólnej zasady działania silnika to jedno. Kolejnym krokiem było przelanie tej idei na papier i potwierdzenie słuszności pomysłów odpowiednimi wyliczeniami. Jak mówi autor pomysłu, okazało się, że w modelu obliczeniowym praktycznie wszystko ma ogromne znaczenie - każdy kąt, każdy kształt i każdy wymiar. Do tego dochodzi opracowanie specyfikacji materiałowej, co też nie jest łatwe w przypadku całkowicie nowej konstrukcji. Czas poświęcony na obliczenia nie został jednak zmarnowany, ponieważ naukowcy z Politechniki Krakowskiej oraz Poznańskiej potwierdzili założenia tej konstrukcji. Co ciekawsze, podjęli się wykonania symulacji komputerowej pracy silnika. Jej wyniki zaskoczyły nie tylko konstruktora, ale i kadrę uczelni, dla której parametry silnika wykraczały ponad ogólnie przyjęte standardy. Konstruktor podkreśla, że w jego silniku siła działająca na wał korbowy została przeniesiona na ramię korbowodu. To powoduje, że silnik pana Kazimierza będzie nawet 2-3 razy mocniejszy od silnika o tej samej pojemności obecnie stosowanego w motoryzacji.
Okazało się, ze dzięki konstrukcji wewnętrznej silnika możliwe jest osiągnięcie bardzo wysokich wartości momentu obrotowego nawet przy niewielkich prędkościach obrotowych silnika. Z danych symulacyjnych przedstawionych na wykresie 2 wynika jasno, że silnik osiąga:
- maksymalny moment obrotowy przy 4500 min-1 wynoszący 358 Nm,
- moc przy obrotach maksymalnego momentu obrotowego (4500 min-1) równą 150 kW (204 KM),
- moc przy 8000 min-1 wynoszącą 280 kW (380 KM),
- moment obrotowy przy 1000 min-1 wynoszący 330 Nm.

Są to dane symulacyjne, ale już na ich podstawie można stwierdzić, że mamy do czynienia z bardzo obiecującą konstrukcją. Do obliczeń posłużyły dane wejściowe, takie jak objętość komory silnika równa 608 cm3, co odpowiada silnikowi tłokowemu o pojemności 2400 cm3.
Aby konstrukcja silnika była wytrzymała i nie ulegała przedwczesnemu zużyciu, założenia eksploatacyjne określają jego pracę przy relatywnie niskich obrotach, co zważywszy na płaski przebieg momentu obrotowego jest całkowicie realne i uzasadnione. Tak dobre parametry silnika spalinowego są możliwe do osiągnięcia dzięki zastosowaniu komory rozprężania o objętości większej niż komora sprężania, czyli o stopniu rozprężania większym od stopnia sprężania. Spełnienie tego warunku jest niemożliwe w silniku tłokowym lub Wankla, w których znaczna część energii rozprężających się spalin jest kierowana do układu wydechowego (marnowana). W przypadku komory rozprężania większej od komory sprężania mamy do czynienia ze zmniejszeniem temperatury spalin oraz ze zwiększeniem wykorzystania ich ciśnienia.

Zasada działania
Głównymi elementami konstrukcyjnymi silnika łopatkowego są:
1. rotor, w którym zamontowane są łopatki,
2. przesuwne łopatki,
3. korpus, w którego wnętrzu umieszczony jest rotor z łopatkami.
Cechą odróżniająca silnik łopatkowy od silnika Wankla jest zastosowanie przesuwanych w rotorze łopatek. Ta właściwość sprawia, że rotor może być połączony stale z wałem, na którym zamontowane jest sprzęgło.
Przesuwne łopatki przylegają do wewnętrznej powierzchni korpusu silnika, tworząc komory o zmiennej objętości. W rotorze zamontowane są 4 łopatki, co oznacza, że wokół rotora wyznaczone są 4 komory. Dzięki odpowiednio dobranemu profilowi, po którym przesuwają się łopatki, możliwa jest zmiana ich objętości w czasie obracania się rotora. Komory, które w trakcie obrotu zwiększają swoją objętość, są napełniane mieszanką paliwowo-powietrzną, co odpowiada suwowi ssania. W trakcie dalszego obrotu następuje zmniejszanie objętości komory, co odpowiada suwowi sprężania w silniku 4-suwowym. W szczytowym punkcie sprężania następuje zapłon sprężonej mieszanki oraz zwiększanie objętości komory, co odpowiada suwowi pracy. W momencie, kiedy komora osiąga największą swoją objętość, następuje wydech spalin.
Cechą szczególną tego silnika jest to, że w trakcie jednego obrotu rotora dochodzi do 4 zapłonów, co pod względem ilości zapłonów odpowiada silnikowi 8-cylindrowemu.

Zakres zastosowań
Silnik łopatkowy w praktycznie niezmienionej konstrukcji może być również stosowany jako silnik pneumatyczny dzięki odpowiedniemu doprowadzeniu do niego zasilania sprężonym powietrzem. Także dzięki sprężonemu powietrzu możliwa jest jego praca jako silnika spalinowo-powietrznego, co dalej poprawia jego parametry termiczne.
Silnik może być zasilany paliwami ciekłymi, takimi jak etanol (alkohol) czy etylina (benzyna) oraz paliwami gazowymi, jak gaz LPG oraz metan (CNG, LNG).
Według modelu obliczeniowego silnik łopatkowy o objętości komory zasysania równej 500 cm3 jest porównywalny z silnikiem tłokowym o 8 cylindrach i pojemności 4000 cm3.

Co dalej
Jak mówi Kazimierz Rzadkosz, postanowił on swoim pomysłem zainteresować firmy, które byłyby w stanie stworzyć działający prototyp takiego silnika. Jest to dość drogie przedsięwzięcie, ponieważ kosztuje nawet 200 tys. zł. Na razie projekt i zastosowane w nim rozwiązania są przez autora opatentowane oraz zgłoszone do konkursu na mobilny agregat prądotwórczy zintegrowany z kompresorem ogłoszonego przez konsorcjum Bumaru i Politechniki Częstochowskiej, Warszawskiej oraz Wojskowej Akademii Technicznej.
Jakie będą dalsze losy tej ciekawej konstrukcji? Należy mieć nadzieję, że nie trafi ona na półkę jednego z koncernów samochodowych, ale będziemy mieli okazję spotkać na ulicach samochody nią napędzane.

O wynalazcy:
Kazimierz Rzadkosz - zamieszkały w Gliczarowie koło Zakopanego wynalazca. Na co dzień prowadzi pensjonat oraz stok narciarski. Poza tym Hobbystycznie zajmuje się doskonaleniem swojej konstrukcji silnika, którą opracował ponad 40 lat temu (1971). Jest właścicielem kilku patentów związanych ze skonstruowanym przez siebie silnikiem, ale także patentu na urządzenie poprawiające przepustowość wyciągów narciarskich czy na reduktor ciśnienia z odzyskiem energii, który można zastosować w stacjach redukcyjnych gazu do zasilania domostw.

O Autorze

Tagi artykułu

autoExpert 04 2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę