Prøvekørsel i jagten på en drøm: fra Wankel til HCCI-motor

Hvordan den roterende motor hjalp det japanske mærke Mazda med at blive, hvad det er i dag

60 år efter skabelsen af ​​den første fungerende prototype af Wankel-motoren, 50 år efter dens lancering af Mazda og den officielle meddelelse om, at virksomheden har skabt en funktionel HCCI-motor, er dette en anledning til at vende tilbage til historien om denne unikke varmemotor.

Mazda lægger ikke længere skjul på, at udviklingen af ​​en motor, der opererer i et bredt driftsområde i HCCI-tilstande – eller homogen blanding og kompressionstænding, har været vellykket, og har til hensigt at starte serieproduktion af en sådan motor fra 2019. Ikke underligt, at Mazda altid kan overraske bilindustrien. Selv et overfladisk blik på mærkets historiske annaler er nok til at finde kilderne til denne erklæring. Indtil for nylig var det japanske firma den eneste og nidkære bærer af Wankel-ideen og den første producent af biler med motorer, der kørte på Miller-cyklussen (Mazda Xedos 9 fra 1993 til 2003, og derefter Demio, kendt i Europa som Mazda 2).

Værd at nævne her er Comprex bølgekompressionsdieselmotoren, kaskadeformet, twin-jet og forceret variabel geometri til en benzinmotor (forskellige versioner af Mazda RX-7), aktive bagaksel styresystemer 626 fra slutningen af ​​80'erne. år, det unikke i-Stop start-stop system, hvor start understøttes af forbrændingsprocessen, og energigenvindingssystemet ved hjælp af i-Eloop kondensatorer. Bemærk endelig, at det er den eneste japanske producent, der har vundet 24 Hours of Le Mans - med en Wankel-drevet bil, selvfølgelig! Med hensyn til styling taler modeller som Luce, den ikoniske Wankel Cosmo Sport, RX-7 og RX-8, MX-5 Roadster og Mazda 6 meget om mærkets unikke karakter på dette område. Men det er ikke alt – i de senere år har Skyactiv-motorer ikke blot vist, at forbrændingsmotoren stadig har lang vej igen, men at Mazda kan vise den sin egen vej.

Vi vil fortælle meget mere om udviklingen hos virksomhedens ingeniører efter vores kommende besøg på invitation fra Mazda til Japan i slutningen af ​​oktober. Årsagerne til denne artikel er dog ikke de eneste, der findes i underoverskriften ovenfor. For at forstå grundene til, at Mazdas skabere var i stand til at oprette deres HCCI-motor, er vi muligvis nødt til at gå tilbage til virksomhedens historie.

Roterende motor som grundlag for Skyactiv-X

Spørg en ultramarathonløber, der har gennemført en 160 kilometer lang rute, om der vil være problemer med at gennemføre en standard 42 kilometer maraton. Nå, han kører dem måske ikke i to timer, men han kan helt sikkert blive ved i mindst 42 timer mere i et ganske anstændigt tempo. Med denne tankegang, hvis din virksomhed har hovedkontor i Hiroshima, hvis du i årtier har kæmpet med enorme rotationsproblemer med stempelmotorer og løst hundredvis af problemer med smøring eller emissioner, bølgeeffekter og turboladning, eller især seglkammerforbrændingsprocesser med en variabel blok volumen baseret på Wankel, kan du have et meget mere stabilt grundlag for at bygge en HCCI-motor. Den officielle start på Skyactiv-projektet blev givet for præcis ti år siden, i 2007 (samme år som Mercedes introducerede den sofistikerede HCCI Diesotto-motorprototype), og på det tidspunkt var den Wankel-drevne Mazda RX-8 stadig i produktion. Som du ved, eksperimenterer ingeniørerne fra det japanske firma med HCCI-driftsmåder netop, når de udvikler prototyper af Skyactiv-R roterende motorer. Sandsynligvis involverede HCCI-projektet, kaldet Mazda SPCCI (Spark Plug Conrolled Compression Ignition) eller Skyactiv-X, ingeniører fra både rotationsafdelingen og benzin- og dieselmotorafdelingen, for selv i udviklingen af ​​forbrændingsprocessen i Skyactiv-D kan genkende håndskriften hos personer involveret i udviklingen af ​​HCCI-processen. Gud ved, hvornår udviklingen af ​​Skyactiav-motorer blev til en homogen omrørings- og selvantændelsesmotor – Mazda-ingeniører har længe været kendt for at være involveret i dette emne – men det skete sandsynligvis, da Wankel-motoren stadig var i live.

Årtiers fremstilling af roterende biler, de fleste af dem alle alene, vil måske ikke give Mazda et seriøst økonomisk afkast, men det vil også bringe anerkendelse af den urokkelige ånd, at finde løsninger på alle mulige problemer, en utrolig vedholdenhed og som et resultat akkumuleringen af stor og meget uvurderlig erfaring. Men ifølge Kiyoshi Fujiwara, som er ansvarlig for produktplanlægning hos Mazda, bærer hver af de designere, der er involveret i Skyactiv-projektet, ånden fra en Wankel-motor, men bliver til en mulighed for at forbedre en konventionel motor. Eller i utraditionel HCCI. "Men passionen er den samme. Det er hende, der gør Skyactiv til virkelighed. Dette ægte eventyr er blevet den største glæde i mit liv. Det er rigtigt, at enhver virksomhed laver biler for at sælge og tjene penge,” forklarer Seita Kanai, udviklingschef hos Mazda, “men tro mig, for os hos Mazda er det faktum, at de biler, vi bygger, er lige så vigtige. de stammer fra vores hjerter, og hver gang bliver deres konstruktion et romantisk eventyr for os. Den vigtigste drivkraft bag denne proces er vores passion. At være den bedste er min ingeniørromance."

En ung mands drøm

Måske i 60'erne fandt ingeniørerne af den nyligt udgivne første Mazda-bil "en egen ingeniørroman" i Wankel-motoren. Fordi rotationsmotoren blev født ud fra drømmen om en 17-årig tysk dreng i 1919, og hans navn er Felix Wankel. Dengang, født i 1902 i Lahr-regionen i Tyskland (hvor Otto, Daimler og Benz blev født), fortalte han sine venner, at hans drømmebil havde en motor, der var halvt turbine, halvt stempel. På det tidspunkt havde han endnu ikke en grundlæggende viden om frem- og tilbagegående forbrændingsmotorer, men troede intuitivt på, at hans motor kunne udføre fire arbejdscyklusser - indsugning, kompression, handling og udstødning, når stemplet roterer. Det er denne intuition, der i lang tid vil føre ham til at skabe en fungerende roterende motor, som andre designere uden held har prøvet utallige gange siden det 16. århundrede.

Wankels far døde under Første Verdenskrig, hvorefter den unge mand solgte trykte værker og læste en masse faglitteratur. I 1924 grundlagde han som 22-årig et lille laboratorium til udvikling af en rotationsmotor, og i 1927 lavede han de første tegninger af "Die Drehkolbenmaschine" (drejestempelmaskine). I 1939 opdagede det geniale luftfartsministerium et rationelt korn i rotationsmotoren og henvendte sig til Hitler, som personligt beordrede løsladelsen af ​​Wankel, som dengang sad i fængsel på ordre fra den lokale Gauleiter, og for at udstyre et eksperimentelt laboratorium på søen Constance. Der designede han prototyper til BMW, Lillethal, DVL, Junkers og Daimler-Benz. Den første eksperimentelle Wankel-motor kom dog for sent til at hjælpe Det Tredje Riges overlevelse. Efter Tysklands overgivelse fængslede franskmændene Wankel – det samme havde de allerede gjort med Ferdinand Porsche. Et år senere blev Felix løsladt, og i mangel af en mere produktiv beskæftigelse begyndte han at skrive en bog om roterende stempelmotorer. Han grundlagde senere det tekniske institut for ingeniørforskning og fortsatte med at udvikle roterende motorer og kompressorer til industriel brug. I 1951 lykkedes det en ambitiøs designer at overbevise lederen af ​​NSU's sportsmotorcykelafdeling, Walter Frede, til at samarbejde. Wankel og NSU fokuserede deres indsats på en roterende motor med et æbleformet (trochoid) kammer og et buevægget trekantet stempel. I 1957 blev den første fungerende prototype af motoren bygget under navnet DKN. Dette er fødselsdatoen for Wankel-motoren.

60'erne: den lovende fremtid for den roterende motor

DKM viser, at rotationsmotoren ikke bare er en drøm. En rigtig praktisk Wankel-motor i den faste karrosseriform, vi kender, er den næste KKM. NSU og Wankel implementerede i fællesskab tidlige ideer relateret til stempeltætning, tændrørspositionering, hulfyldning, udstødningsrensning, smøring, forbrændingsprocesser, materialer og fremstillingshuller. Der er dog stadig mange problemer...

Dette forhindrer ikke NSU i officielt at annoncere skabelsen af ​​fremtidens motor i 1959. Mere end 100 virksomheder tilbyder teknisk samarbejde, herunder Mercedes, Rolls-Royce, GM, Alfa Romeo, Porsche, Citroen, MAN og en række maskiningeniørvirksomheder køber licenser. Blandt dem er Mazda, hvis præsident Tsunei Matsuda ser et stort potentiale i motoren. Ud over samtidige konsultationer med NSU-ingeniører, er Mazda ved at oprette sin egen Wankel Engine Development Department, som i første omgang omfatter 47 ingeniører.

New York Herald Tribune erklærer Wankel-motoren for en revolutionær opfindelse. På det tidspunkt eksploderede NSU-aktier bogstaveligt talt - hvis de i 1957 handlede for 124 tyske mark, så nåede de i 1960 kosmiske 3000! I 1960 blev den første Wankel-drevne bil, NSU Prinz III, introduceret. Den blev efterfulgt i september 1963 af NSU Wankel Spider med en enkeltkammer 500 cc motor, som vandt det tyske mesterskab to år senere. Sensationen på Frankfurt Motor Show i 3 var dog den nye NSU Ro 1968. Den elegante sedan, designet af Klaus Lüthe, er på alle måder avantgarde, og dens aerodynamiske former (en flowfaktor på 80 i sig selv gør bilen unik for sin tid) blev muliggjort af en lille to-rotor motor KKM 0,35. Transmissionen har en hydraulisk kobling, fire skivebremser, og den forreste del er placeret ved siden af ​​transmissionen. Ro 612 var så imponerende for sin tid, at den vandt Årets Bil i 80. Året efter modtog Felix Wankel sin ph.d. fra Münchens Tekniske Universitet og modtog guldmedaljen fra det tyske ingeniørforbund, den mest prestigefyldte pris for videnskabelige og tekniske resultater i Tyskland.

(at følge)

Tekst: Georgy Kolev