Prøvekjøring i jakten på en drøm: fra Wankel til HCCI-motor

Hvordan rotasjonsmotoren hjalp det japanske merket Mazda til å bli det det er i dag

60 år etter opprettelsen av den første fungerende prototypen av Wankel-motoren, 50 år etter lanseringen av Mazda og den offisielle kunngjøringen av selskapet om at det har laget en funksjonell HCCI-motor, er dette en anledning til å gå tilbake til historien til denne unike varmemotor.

Mazda legger ikke lenger skjul på at utviklingen av en motor som opererer i et bredt driftsområde i HCCI-modus – eller homogen blanding og kompresjonstenning, har vært vellykket, og har til hensikt å starte serieproduksjon av en slik motor fra 2019. Ikke rart at Mazda alltid kan overraske bilmiljøet. Selv et overfladisk blikk på de historiske annalene til merkevaren er nok til å finne kildene til denne uttalelsen. Inntil nylig var det japanske selskapet den eneste og ivrige bæreren av Wankel-ideen og den første produsenten av biler med motorer som opererer på Miller-syklusen (Mazda Xedos 9 fra 1993 til 2003, og deretter Demio, kjent i Europa som Mazda 2).

Verdt å nevne her er Comprex bølgekompresjonsdieselmotor, kaskade, twin-jet og forsert variabel geometri for en bensinmotor (ulike versjoner av Mazda RX-7), aktive bakakselstyringssystemer 626 fra slutten av 80-tallet. år, det unike i-Stop start-stop-systemet, der start støttes av forbrenningsprosessen, og energigjenvinningssystemet som bruker i-Eloop-kondensatorer. Merk til slutt det faktum at det er den eneste japanske produsenten som har vunnet 24 Hours of Le Mans - med en Wankel-drevet bil, selvfølgelig! Når det gjelder stil, sier modeller som Luce, den ikoniske Wankel Cosmo Sport, RX-7 og RX-8, MX-5 Roadster og Mazda 6 sitt om merkets egenart på dette området. Men det er ikke alt – de siste årene har Skyactiv-motorer ikke bare vist at forbrenningsmotoren fortsatt har en lang vei å gå, men at Mazda kan vise den sin egen vei.

Vi vil fortelle mye mer om utviklingen til selskapets ingeniører etter vårt kommende besøk på invitasjon fra Mazda til Japan i slutten av oktober. Årsakene til denne artikkelen er imidlertid ikke de eneste som finnes i underoverskriften ovenfor. For å forstå årsakene til at skaperne av Mazda klarte å lage sin HCCI-motor, må vi kanskje gå tilbake til selskapets historie.

Roterende motor som grunnlag for Skyactiv-X

Spør en ultramaratonløper som har fullført en 160 kilometer lang rute om det vil være noen problemer med å fullføre en standard 42 kilometer lang maraton. Vel, det kan hende han ikke kjører dem på to timer, men han kan definitivt fortsette i minst 42 timer til i et ganske anstendig tempo. Med denne tankegangen, hvis bedriften din har hovedkontor i Hiroshima, hvis du i flere tiår har slitt med enorme problemer med rotasjonsmotorens stempelrotasjon og løst hundrevis av problemer med smøring eller utslipp, bølgeeffekter og turbolading, eller spesielt sigdkammerforbrenningsprosesser med en variabel blokk volum basert på Wankel, kan du ha et mye mer stabilt grunnlag for å bygge en HCCI-motor. Den offisielle starten på Skyactiv-prosjektet ble gitt for nøyaktig ti år siden, i 2007 (samme år som Mercedes introduserte den sofistikerte HCCI Diesotto-motorprototypen), og på den tiden var den Wankel-drevne Mazda RX-8 fortsatt i produksjon. Som du vet, eksperimenterer ingeniørene til det japanske selskapet med HCCI-driftsmoduser nettopp når de utvikler prototyper av Skyactiv-R roterende motorer. Sannsynligvis involverte HCCI-prosjektet, kalt Mazda SPCCI (Spark Plug Conrolled Compression Ignition) eller Skyactiv-X, ingeniører fra både rotasjonsavdelingen og bensin- og dieselmotoravdelingen, fordi selv i utviklingen av forbrenningsprosessen i Skyactiv-D kan gjenkjenne håndskriften til personer som er involvert i utviklingen av HCCI-prosessen. Gud vet når utviklingen av Skyactiav-motorer ble til en homogen omrørings- og selvtenningsmotor – Mazda-ingeniører har lenge vært kjent for å være involvert i dette temaet – men det skjedde sannsynligvis da Wankel-motoren fortsatt var i live.

Tiår med produksjon av roterende biler, de fleste av dem alene, vil kanskje ikke gi Mazda en seriøs økonomisk avkastning, men det vil også bringe anerkjennelse av urokkelig ånd, finne løsninger på alle slags problemer, utrolig utholdenhet og, som et resultat, akkumulering av stor og svært uvurderlig erfaring. Imidlertid, ifølge Kiyoshi Fujiwara, som er ansvarlig for produktplanlegging hos Mazda, bærer hver av designerne som er involvert i Skyactiv-prosjektet ånden til en Wankel-motor, men blir til en mulighet til å forbedre en konvensjonell motor. Eller i utradisjonell HCCI. "Men lidenskapen er den samme. Det er hun som gjør Skyactiv til en realitet. Dette ekte eventyret har blitt den største gleden i livet mitt. Det er sant at hvert selskap lager biler for å selge og tjene penger,” forklarer Seita Kanai, utviklingssjef i Mazda, “men stol på meg, for oss i Mazda er det faktum at bilene vi bygger er like viktige. de har sitt opphav i våre hjerter, og hver gang deres konstruksjon blir et romantisk eventyr for oss. Den viktigste drivkraften bak denne prosessen er lidenskapen vår. Å være best er min ingeniørromantikk.»

En ung manns drøm

Kanskje på 60-tallet fant ingeniørene til den nylig utgitte første Mazda-bilen "en egen ingeniørroman" i Wankel-motoren. Fordi rotasjonsmotoren ble født fra drømmen til en 17 år gammel tysk gutt i 1919 og navnet hans er Felix Wankel. Den gang, født i 1902 i Lahr-regionen i Tyskland (hvor Otto, Daimler og Benz ble født), fortalte han vennene sine at drømmebilen hans hadde en motor som var halvt turbin, halvt stempel. På det tidspunktet hadde han ennå ikke grunnleggende kunnskap om stempelmotorer, men trodde intuitivt at motoren hans kunne utføre fire sykluser med arbeid – inntak, kompresjon, handling og eksos når stempelet roterer. Det er denne intuisjonen som vil lede ham i lang tid til å skape en fungerende rotasjonsmotor, som andre designere uten hell har prøvd utallige ganger siden 16-tallet.

Wankels far døde under første verdenskrig, hvoretter den unge mannen solgte trykte verk og leste mye teknisk litteratur. I 1924, 22 år gammel, grunnla han et lite laboratorium for utvikling av en rotasjonsmotor, og i 1927 laget han de første tegningene av «Die Drehkolbenmaschine» (rotasjonsstempelmaskin). I 1939 oppdaget det geniale luftfartsdepartementet et rasjonelt korn i rotasjonsmotoren og henvendte seg til Hitler, som personlig beordret løslatelsen av Wankel, som da satt i fengsel etter ordre fra den lokale Gauleiter, og for å utstyre et eksperimentelt laboratorium på Lake Constance. Der designet han prototyper for BMW, Lillethal, DVL, Junkers og Daimler-Benz. Den første eksperimentelle Wankel-motoren kom imidlertid for sent til å hjelpe Det tredje rikets overlevelse. Etter overgivelsen av Tyskland fengslet franskmennene Wankel - det samme hadde de allerede gjort med Ferdinand Porsche. Et år senere ble Felix løslatt og, i mangel av et mer produktivt yrke, begynte han å skrive en bok om roterende stempelmotorer. Han grunnla senere Technical Institute for Engineering Research og fortsatte med å utvikle roterende motorer og kompressorer for industriell bruk. I 1951 klarte en ambisiøs designer å overbevise lederen for NSUs sportsmotorsykkelavdeling, Walter Frede, til å samarbeide. Wankel og NSU fokuserte innsatsen på en roterende motor med et epleformet (trochoid) kammer og et buevegget trekantet stempel. I 1957 ble den første fungerende prototypen av motoren bygget under navnet DKN. Dette er fødselsdatoen til Wankel-motoren.

60-tallet: den lovende fremtiden til rotasjonsmotoren

DKM viser at rotasjonsmotoren ikke bare er en drøm. En skikkelig praktisk Wankel-motor i den faste karosseriformen vi vet er neste KKM. NSU og Wankel implementerte i fellesskap tidlige ideer knyttet til stempeltetning, tennpluggposisjonering, hullfylling, eksosrensing, smøring, forbrenningsprosesser, materialer og produksjonshull. Men mange problemer gjenstår...

Dette hindrer ikke NSU i å offisielt kunngjøre opprettelsen av fremtidens motor i 1959. Mer enn 100 selskaper tilbyr teknisk samarbeid, inkludert Mercedes, Rolls-Royce, GM, Alfa Romeo, Porsche, Citroen, MAN og en rekke maskinbyggere kjøper lisenser. Blant dem er Mazda, hvis president Tsunei Matsuda ser et stort potensial i motoren. I tillegg til samtidige konsultasjoner med NSU-ingeniører, oppretter Mazda sin egen Wankel Engine Development Department, som i utgangspunktet inkluderer 47 ingeniører.

New York Herald Tribune erklærer Wankel-motoren som en revolusjonerende oppfinnelse. På den tiden eksploderte NSU-aksjer bokstavelig talt - hvis de i 1957 handlet for 124 tyske mark, så nådde de i 1960 en kosmisk 3000! I 1960 ble den første Wankel-drevne bilen, NSU Prinz III, introdusert. Den ble fulgt i september 1963 av NSU Wankel Spider med en enkeltkammer 500 cc-motor, som vant det tyske mesterskapet to år senere. Sensasjonen på Frankfurt Motor Show i 3 var imidlertid den nye NSU Ro 1968. Den elegante sedanen, designet av Klaus Lüthe, er avantgarde på alle måter, og dens aerodynamiske former (en flytfaktor på 80 i seg selv gjør bilen unik for sin tid) ble muliggjort av en liten to-rotormotor KKM 0,35. Transmisjonen har en hydraulisk clutch, fire skivebremser, og den fremre delen er plassert ved siden av girkassen. Ro 612 var så imponerende for sin tid at den vant Årets bil i 80. Året etter mottok Felix Wankel sin doktorgrad fra det tekniske universitetet i München og mottok gullmedaljen til det tyske ingeniørforbundet, den mest prestisjefylte prisen for vitenskapelige og tekniske prestasjoner i Tyskland.

(å følge)

Tekst: Georgy Kolev