Provkör i jakten på en dröm: från Wankel till HCCI-motor
Hur den roterande motorn hjälpte det japanska märket Mazda att bli vad det är idag
60 år efter skapandet av den första fungerande prototypen av Wankel-motorn, 50 år efter lanseringen av Mazda och det officiella tillkännagivandet av företaget att det har skapat en funktionell HCCI-motor, är detta ett tillfälle att återvända till historien om denna unika värmemotor.
Mazda döljer inte längre det faktum att utvecklingen av en motor som arbetar i ett brett driftområde i HCCI-lägen – eller homogen blandning och kompressionständning, har varit framgångsrik, och har för avsikt att starta serieproduktion av en sådan motor från 2019. Inte konstigt att Mazda alltid kan överraska bilbranschen. Även en översiktlig blick på varumärkets historiska annaler är tillräckligt för att hitta källorna till detta uttalande. Tills nyligen var det japanska företaget den enda och nitiska bäraren av Wankel-idén och den första tillverkaren av bilar med motorer som körde på Miller-cykeln (Mazda Xedos 9 från 1993 till 2003, och sedan Demio, känd i Europa som Mazda 2).
Värt att nämna här är Comprex-vågkompressionsdieselmotorn, kaskad, twin-jet och forcerad variabel geometri för en bensinmotor (olika versioner av Mazda RX-7), aktiva bakaxelstyrsystem 626 från slutet av 80-talet. år, det unika i-Stop start-stop-systemet, där start stöds av förbränningsprocessen, och energiåtervinningssystemet som använder i-Eloop-kondensatorer. Slutligen, notera det faktum att det är den enda japanska tillverkaren som har vunnit 24 Hours of Le Mans - med en Wankel-driven bil, förstås! När det gäller styling talar modeller som Luce, den ikoniska Wankel Cosmo Sport, RX-7 och RX-8, MX-5 Roadster och Mazda 6 mycket om varumärkets unika på detta område. Men det är inte allt – de senaste åren har Skyactiv-motorer inte bara visat att förbränningsmotorn fortfarande har en lång väg kvar att gå, utan att Mazda kan visa den på sin egen väg.
Vi kommer att berätta mycket mer om utvecklingen av företagets ingenjörer efter vårt kommande besök på Mazdas inbjudan till Japan i slutet av oktober. Anledningarna till den här artikeln är dock inte de enda som finns i underrubriken ovan. För att förstå orsakerna till att skaparna av Mazda kunde skapa sin HCCI-motor kan vi behöva gå tillbaka till företagets historia.
Roterande motor som grund för Skyactiv-X
Fråga en ultramaratonåkare som har genomfört en 160 kilometer lång sträcka om det kommer att finnas några problem att klara ett standard 42 kilometer maraton. Tja, han kanske inte kör dem på två timmar, men han kan definitivt fortsätta i minst 42 timmar till i ganska anständigt tempo. Med detta tänkesätt, om ditt företag har sitt huvudkontor i Hiroshima, om du i decennier har kämpat med enorma problem med rotationsmotorns kolvrotation och löst hundratals problem med smörjning eller emissioner, vågeffekter och turboladdning, eller speciellt skära kammarförbränningsprocesser med ett variabelt block volym baserat på Wankel, kan du ha en mycket stabilare grund för att bygga en HCCI-motor. Den officiella starten för Skyactiv-projektet gavs för exakt tio år sedan, 2007 (samma år som Mercedes introducerade den sofistikerade HCCI Diesotto-motorprototypen), och vid den tiden var den Wankeldrivna Mazda RX-8 fortfarande i produktion. Som ni vet experimenterar det japanska företagets ingenjörer med HCCI-driftlägen just när de utvecklar prototyper av Skyactiv-R-rotationsmotorer. Förmodligen involverade HCCI-projektet, kallat Mazda SPCCI (Spark Plug Conrolled Compression Ignition) eller Skyactiv-X ingenjörer från både rotationsavdelningen och bensin- och dieselmotoravdelningen, för även i utvecklingen av förbränningsprocessen i Skyactiv-D kan känna igen handstilen hos personer som är involverade i utvecklingen av HCCI-processen. Gud vet när utvecklingen av Skyactiav-motorer förvandlades till en homogen omrörnings- och självantändningsmotor – Mazdas ingenjörer har länge varit kända för att vara inblandade i detta ämne – men det hände förmodligen när Wankel-motorn fortfarande levde.
Årtionden av tillverkning av roterande bilar, de flesta ensamma, kanske inte ger Mazda någon seriös ekonomisk avkastning, men det kommer också att ge ett erkännande av orubblig anda, hitta lösningar på alla möjliga problem, otrolig uthållighet och, som ett resultat, ackumuleringen av stor och mycket ovärderlig erfarenhet. Men enligt Kiyoshi Fujiwara, som är ansvarig för produktplaneringen på Mazda, bär var och en av designerna som är involverade i Skyactiv-projektet andan av en Wankel-motor, men förvandlas till en möjlighet att förbättra en konventionell motor. Eller i icke-traditionell HCCI. "Men passionen är densamma. Det är hon som gör Skyactiv till verklighet. Detta riktiga äventyr har blivit den största glädjen i mitt liv. Det är sant att alla företag tillverkar bilar för att sälja och tjäna pengar”, förklarar Seita Kanai, utvecklingschef på Mazda, ”men lita på mig, för oss på Mazda är det faktum att bilarna vi bygger är lika viktiga. de har sitt ursprung i våra hjärtan, och varje gång deras konstruktion blir ett romantiskt äventyr för oss. Den främsta drivkraften bakom denna process är vår passion. Att vara bäst är min ingenjörsromantik.”
En ung mans dröm
Kanske på 60-talet hittade ingenjörerna i den nyligen släppta första Mazda-bilen "en egen ingenjörsroman" i Wankel-motorn. Eftersom den roterande motorn föddes ur drömmen om en 17-årig tysk pojke 1919 och hans namn är Felix Wankel. Då, född 1902 i Lahr-regionen i Tyskland (där Otto, Daimler och Benz föddes), berättade han för sina vänner att hans drömbil hade en motor som var halv turbin, halv kolv. Då hade han ännu ingen grundläggande kunskap om fram- och återgående förbränningsmotorer, men trodde intuitivt att hans motor kunde utföra fyra arbetscykler - insug, kompression, verkan och avgas när kolven roterar. Det är denna intuition som kommer att leda honom under lång tid att skapa en fungerande rotationsmotor, som andra designers utan framgång har försökt otaliga gånger sedan 16-talet.
Wankels far dog under första världskriget, varefter den unge mannen sålde tryckta verk och läste mycket teknisk litteratur. 1924, 22 år gammal, grundade han ett litet laboratorium för utveckling av en roterande motor, och 1927 gjorde han de första ritningarna av "Die Drehkolbenmaschine" (roterande kolvmaskin). 1939 upptäckte det geniala luftfartsministeriet ett rationellt korn i rotationsmotorn och vände sig till Hitler, som personligen beordrade frigivningen av Wankel, som då satt i fängelse på order av den lokala Gauleiter, och för att utrusta ett experimentlaboratorium på sjön Constance. Där designade han prototyper för BMW, Lillethal, DVL, Junkers och Daimler-Benz. Den första experimentella Wankelmotorn kom dock för sent för att hjälpa det tredje rikets överlevnad. Efter Tysklands kapitulation fängslade fransmännen Wankel – samma sak som de redan hade gjort med Ferdinand Porsche. Ett år senare släpptes Felix och, i brist på ett mer produktivt yrke, började han skriva en bok om roterande kolvmotorer. Han grundade senare Technical Institute for Engineering Research och fortsatte med att utveckla rotationsmotorer och kompressorer för industriellt bruk. 1951 lyckades en ambitiös designer övertyga chefen för NSU:s sportmotorcykelavdelning, Walter Frede, att samarbeta. Wankel och NSU fokuserade sina ansträngningar på en roterande motor med en äppelformad (trochoid) kammare och en välvd triangulär kolv. 1957 byggdes den första fungerande prototypen av motorn under namnet DKN. Detta är födelsedatumet för Wankel-motorn.
60-talet: den lovande framtiden för den roterande motorn
DKM visar att rotationsmotorn inte bara är en dröm. En riktigt praktisk Wankelmotor i den fasta karossformen vi vet är nästa KKM. NSU och Wankel implementerade tillsammans tidiga idéer relaterade till kolvtätning, tändstiftspositionering, hålfyllning, avgasrening, smörjning, förbränningsprocesser, material och tillverkningsluckor. Men många problem kvarstår...
Detta hindrar inte NSU från att officiellt tillkännage skapandet av framtidens motor 1959. Mer än 100 företag erbjuder tekniskt samarbete, inklusive Mercedes, Rolls-Royce, GM, Alfa Romeo, Porsche, Citroen, MAN och ett antal maskinbyggare köper licenser. Bland dem finns Mazda, vars president Tsunei Matsuda ser stor potential i motorn. Förutom samtidiga samråd med NSU-ingenjörer, håller Mazda på att inrätta sin egen Wankel Engine Development Department, som initialt omfattar 47 ingenjörer.
New York Herald Tribune förklarar Wankel-motorn som en revolutionerande uppfinning. Vid den tiden exploderade NSU-aktier bokstavligen - om de 1957 handlade för 124 tyska mark, så nådde de 1960 kosmiska 3000! 1960 introducerades den första Wankel-drivna bilen, NSU Prinz III. Den följdes i september 1963 av NSU Wankel Spider med en enkammarmotor på 500 cc, som vann det tyska mästerskapet två år senare. Sensationen på bilsalongen i Frankfurt 3 var dock den nya NSU Ro 1968. Den eleganta sedanen, designad av Klaus Lüthe, är avantgardistisk på alla sätt, och dess aerodynamiska former (en flödesfaktor på 80 i sig gör bilen unik för sin tid) möjliggjordes av en liten dubbelrotormotor KKM 0,35. Transmissionen har en hydraulisk koppling, fyra skivbromsar och den främre delen är placerad bredvid transmissionen. Ro 612 var så imponerande för sin tid att den vann Årets bil 80. Följande år tog Felix Wankel sin doktorsexamen från Münchens tekniska universitet och fick guldmedalj från German Federation of Engineers, det mest prestigefyllda priset för vetenskapliga och tekniska prestationer i Tyskland.
(att följa)
Text: Georgy Kolev
