Silnik z rodowodem

Radziwiłł i Plater skonstruowali pierwszy na świecie wysokoprężny silnik z wirującym tłokiem.

Niestety prototyp rozpadł się w trakcie badań, a na ich dokończenie już nie starczyło funduszy. W latach 60. władze PRL usilnie rozwijały eksport. Nowoczesne maszyny miały zastąpić węgiel jako źródło dewiz. Rząd spodziewał się otrzymać nowe konstrukcje od zastępów młodych inżynierów, którzy masowo opuszczali uczelnie techniczne. Konstruktorzy otrzymali nawet udział w zyskach z innowacji. Także przemysł miał być zainteresowany nowościami dzięki zachętom dewizowym oraz stworzeniu formuły Zakładów Doświadczalnych, których prace, choć robione na rzecz fabryk przy których powstały, były finansowane przez budżet państwa.Jednym z zagadnień było projektowanie coraz mocniejszych silników dla samochodów ciężarowych. W tamtej dekadzie powstał dwusuwowy diesel DSV6, zaraz po nim silnik V8 w wersji benzynowej i wysokoprężnej oraz większy V8 tylko w wersji z zapłonem samoczynnym, wszystkie w należącym do FSC Starachowice Biurze Konstrukcyjnym nr 2 w Łodzi. Władze pokusiły się nawet o sfinansowanie prac bardzo perspektywicznej konstrukcji z krążącym tłokiem. Ten projekt prowadzony był w Warszawie.

Zielone światło dla silnika

Maciej Radziwiłł pracował w Instytucie Elektrotechnicznym oraz wykładał na WAT. Prywatnie interesował się maszynami z krążącym tłokiem i wspólnie z kuzynem, Andrzejem Broel-Platerem w latach 1960-1962 opracowali nowy, dwutaktowy silnik z zapłonem iskrowym i krążącym tłokiem, który nazwali RP.

Miał on trójwierzchołkowy tłok i komorę w kształcie czterogałęziowej epitrochoidy, czym różnił się od silnika Wankla, mającego dwugałęziową epitrochiodę. W tamtym okresie konkurencyjny silnik Wankla zawładnął wyobraźnią przemysłu samochodowego i wiele koncernów podejmowało próby z tym silnikiem, obiecując sobie duże korzyści.

Ministerstwo Przemysłu Ciężkiego oraz Zjednoczenie Przemysłu Motoryzacyjnego także postanowiły zbadać potencjał nowego rozwiązania.

ZPMot zaproponowało obu twórcom silnika przeniesienie do Biura Konstrukcyjnego Przemysłu Motoryzacyjnego, gdzie otrzymali lepsze warunki pracy. BKPMot już 8 października 1962 roku zgłosił do Urzędu Patentowego pomysł na „silnik lub maszynę roboczą z wirującym tłokiem”.

Decyzją Ministerstwa Przemysłu Ciężkiego, BKPMot wystąpił o przyznanie patentu także w ośmiu krajach: NRD, Czechosłowacji, Austrii, NRF, Włoszech, Francji, Wielkiej Brytanii i USA. Po kilku latach starań wszędzie patenty uzyskano, chociaż w USA i NRF było to szczególnie trudne. Radziwiłł musiał nawet jechać do USA, aby bronić swojego wniosku i cały Instytut Lotnictwa (dokąd Radziwiłł przeniósł się z BKPMot) był zaskoczony, że konstruktor dostał paszport. – Amerykański patent miał bardzo ładny, ozdobny blankiet – wspominał Radziwiłł.

Krótka przerwa na Wankla

Nowa konstrukcja i konieczność opracowania nowych technologii nie wróżyły dobrze pracom nad nowym sinikiem, choć prototypownia BKPMot była coraz lepiej wyposażona. Na szczęście dla twórców, wielki program badawczy silników Wankla uruchomiono w ZSRR. Tamtejsze władze, dostrzegając wysoką równomierność pracy jednostek z wirującym tłokiem, przewidziały je m.in. do napędu generatorów prądu stacji radiolokacyjnych. Podobny program prowadziły władze NRD.

Po przeniesieniu do BKPMot konstruktorzy nie zajęli się doskonaleniem silnika własnego pomysłu (RP), lecz mniejszą jednostką systemu Wankla. Instytucja zbudowała prototyp silnika S500 z krążącym tłokiem o pojemności 500 cm3 i mocy 29,5 kW przy 5000 obr./min. Żeliwny blok pierwszego prototypu odlał zakład w NRD.

Silnik mógł napędzać auto wielkości Syreny. Zbyt duże zużycie paliwa wynoszące 400 g/kWh, problemy techniczne (m.in. pękające kadłuby) i niechęć BKPMot do angażowania się w ten projekt, położyły kres dalszym pracom w BKPMot. Obaj wynalazcy zostali przeniesieni służbowo w 1967 roku do Instytutu Lotnictwa, który miał zająć się rozwojem silników wysokoprężnych.

ILot należał do Zjednoczenia Przemysłu Lotniczego i Silnikowego, w którym wcześniej pracował Jan Chyliński, od 1967 roku wiceminister przemysłu maszynowego. Chyliński, z wykształcenia silnikowiec, docenił potencjał projektu RP. – To był ciekawy pomysł, ponieważ silnik mógł pracować bardzo równomiernie – wspominał. Silnik RP miał mniejszą nawet od Wankla pulsację momentu obrotowego: praca silnika RP odpowiada pulsacji klasycznego 4-suwowego silnika 8-cylindrowego, a Wankel wibruje jak 2-cylindrowa jednostka 4-suwowa.

Bierut wspiera Radziwiłła

Na osobiste polecenie Chylińskiego (właściwe Jan Bierut) konstruktorzy powrócili do prac nad silnikiem RP. W ILot powstała mała grupa pod kierunkiem Radziwiłła, która w wielkiej tajemnicy kolejno przygotowała siedem wersji silnika RP, wszystkie z zapłonem iskrowym. Stosunkowo późno konstruktorzy wpadli na pomysł opracowania wersji z zapłonem samoczynnym, gdyż do tej pory nikt nie pracował nad takimi silnikami z krążącym tłokiem. Wszyscy zasugerowali się najpopularniejszym silnikiem z rodziny maszyn o krążącym tłoku Wanklem, który mógł pracować wyłącznie jako jednostka z zapłonem iskrowym.

Tymczasem opracowany według zupełnie innego pomysłu silnik RP mógł pracować także jako wysokoprężny. Pomysł spodobał się Chylińskiemu i na jego osobiste polecenie od stycznia 1969 roku ILot uruchomił program badań silnika RP.

Był to pierwszy na świecie diesel z krążącym tłokiem. Konstruktorzy opracowali wersję z komorami wstępnymi oraz z bezpośrednim wtryskiem paliwa. Przygotowali też odmianę z zapłonem iskrowym. Według szacunków konstruktorów silnik RP miał być lżejszy od klasycznych diesli o porównywalnej mocy. Konwencjonalny silnik ważył ok. 350-390 kg, natomiast RP z kadłubem żeliwnym 330 kg, a ze stopu aluminium 250 kg. Także w stosunku do silnika Wankla silnik RP miał zalety: spodziewano się także większej trwałości uszczelnień niż w silnikach Wankla.

Cichy koniec

Zanim ILot przystąpił do budowy prototypów, konstruktorzy musieli przetestować wiele rozwiązań technicznych, jak np. uszczelnienia tłoka, sprężarka (niezbędna w dwusuwie do wtłaczania powietrza do komór spalania), materiały do budowy silnika.

Ta dwusuwowa jednostka o pojemności 4200 cm3 miała przy stopniu sprężania 1:18 osiągać ok. 100 KM (70 kW) przy 3000 obr./min. Instytut zgodził się na sfinansowanie przygotowania dwóch prototypów: z płukaniem jednostronnym (SD 500 000 – SD od silnik doświadczalny) i dwustronnym (SD 600 000). Ostatecznie skompletowano tylko SD 500 000. Gotowy prototyp testowano najpierw na zimno. Pod koniec września 1973 roku, w czasie początkowych prób na gorąco RP pękł żeliwny korpus silnika. – Ciecz chłodząca zalała całą podłogę hamowni. Silnik nadawał się do kapitalnego remontu – wspominał Radziwiłł.

Dyrekcja ILot musiała wydać spore pieniądze na nowy kadłub i zaczęła zastanawiać się czy warto. Zafascynowanie silnikami o krążącym tłoku już minęło, a pojawiły się inne wyzwania. Dyrektor Zjednoczenia Przemysłu Lotniczego Andrzej Jedynak stwierdził, że projekt nie jest perspektywiczny. Dyrekcja Instytutu już 30 września 1973 roku podjęła decyzję o zarzuceniu prac. Małe 6-osobowe grono twórców diesla RP skierowano do pilniejszych zadań nad właśnie przygotowywanymi dla Iskry silnikami odrzutowymi.

Pionierzy i modelarze

Radziwiłł i Plater nie byli jedynymi polskimi konstruktorami tworzącymi silniki z krążącym tłokiem. Już w 1947 roku Gustaw Różycki otrzymał patent na dwusuwowy, dwutłokowy silnik „Rogus” o dwułukowym korpusie i dwóch wałach wymuszających ruch tłoków. Prace nad prototypem sprężarki przerwała śmierć twórcy. Po pierwszych sukcesach Wankla, polscy konstruktorzy wykonali kilka prototypowych konstrukcji silników tego systemu. Chodziło nie tylko o zbadanie zasad pracy silnika, ale także dokładne poznanie warunków jego pracy oraz dobór szczegółowych rozwiązań konstrukcyjnych i oczywiście materiałów. W 1960 roku zaprezentowano miniaturowe, modelarskie silniczki SG-X o pojemności roboczej 12 cm3 konstrukcji Stanisława Górskiego. Jednostka osiągała 0,88 kW przy 12 000 obr./min. I tym razem śmierć konstruktora przerwała prace. W 1960 roku powstał silnik SWT-1 konstrukcji Juliana Falęckiego i Leszka Piechowskiego w Instytucie Lotnictwa. Z 9,2 cm3 pojemności osiągał on moc 0,94 kW przy 15 500 obr./min. W połowie 1961 roku w Kaliskiej Wytwórni Sprzętu Komunikacyjnego rozpoczęto prace nad lotniczym silnikiem z krążącym tłokiem o pojemności 200,2 cm3. Jednostka oznaczona FK-01 (od nazwisk Mieczysława Foltyńskiego i Kołaczyńskiego) poddana została badaniom w 1962 roku, lecz prace z braku funduszy przerwano. Natomiast w 1964 roku opublikowano dokumentację modelarskiego silnika Falęckiego SW-92, osiągającego 1,1 kW.

Następnie przygotowano prototyp silnika J. Falęckiego i L. Piechowskiego, będący powiększeniem jednostki SW-92. Nowa konstrukcja, oznaczona SD 320000 osiągała 5,9 kW przy 9 800 obr./min z pojemności 75 cm3.

Kolejnym projektem modelarskiego silniczka był MF-03 projektu Mieczysława Foltyńskiego. Prototyp wykonany na początku lat siedemdziesiątych miał pojemność 9,97 cm3 i osiągał 0,74 kW przy 13 000 obr./min. Kolejna, poprawiona technologicznie wersja, MF-04 powstała w 1974 roku i osiągała 1,18 kW przy 16 000 obr./min. Po dalszych zmianach spowodowanych przygotowaniami do podjęcia produkcji seryjnej, MF-05 rozwijał 1,4 kW przy 17 000 obr./min. Masę jednostki obniżono niemal o 50% do 0,56 kg. Zainteresowane produkcją było INCO, lecz wycofało się pod koniec 1976 roku z uwagi na konieczność sporych inwestycji w park maszynowy.

W latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych w Instytucie Maszyn Cieplnych Politechniki Częstochowskiej konstruowano z inicjatywy Mieczysława Foltyńskiego silniki hydrauliczne (MF-07) i sprężarki (MF-10), lecz do produkcji seryjnej żadnej z tych maszyn nie doszło. Nad sprężarkami z krążącym tłokiem pracował syn Macieja Radziwiłła.

T&M nr 12/2021

Tekst:Robert Przybylski, konsultacja: Julian Falęcki (konstruktor zmarł w grudniu 2014 roku).