Jazda próbna w pogoni za marzeniem: od Wankla do silnika HCCI
Jak silnik rotacyjny pomógł japońskiej marce Mazda stać się tym, czym jest dzisiaj
60 lat po stworzeniu pierwszego działającego prototypu silnika Wankla, 50 lat po jego wprowadzeniu na rynek przez Mazdę i oficjalnym ogłoszeniu przez firmę, że stworzyła ona działający silnik HCCI, jest to okazja do powrotu do historii tego wyjątkowego silnik cieplny.
Mazda nie ukrywa już, że opracowanie silnika pracującego w szerokim zakresie pracy w trybach HCCI – czyli jednorodnym mieszaniu i zapłonie samoczynnym, zakończyło się sukcesem i zamierza rozpocząć seryjną produkcję takiego silnika od 2019 roku. Nic dziwnego, że Mazda zawsze potrafi zaskoczyć społeczność motoryzacyjną. Nawet pobieżny rzut oka na kroniki historyczne marki wystarczy, aby znaleźć źródła tego stwierdzenia. Do niedawna japońska firma była jedynym i gorliwym kontynuatorem idei Wankla oraz pierwszym producentem samochodów z silnikami pracującymi w cyklu Millera (Mazda Xedos 9 od 1993 do 2003, a następnie Demio, znany w Europie jako Mazda 2).
Warto tu wspomnieć o silniku wysokoprężnym Comprex z kompresją falową, kaskadowym, dwustrumieniowym i wymuszoną zmienną geometrią do silnika benzynowego (różne wersje Mazdy RX-7), aktywnymi układami skrętu tylnej osi 626 z końca lat 80-tych. lat, unikalny system start-stop i-Stop, w którym rozruch jest wspomagany procesem spalania oraz system odzyskiwania energii z wykorzystaniem kondensatorów i-Eloop. Na koniec warto zwrócić uwagę na fakt, że jest to jedyny japoński producent, który wygrał 24-godzinny wyścig Le Mans – oczywiście samochodem napędzanym silnikiem Wankla! Jeśli chodzi o stylistykę, modele takie jak Luce, kultowy Wankel Cosmo Sport, RX-7 i RX-8, MX-5 Roadster i Mazda 6 wiele mówią o wyjątkowości marki w tej dziedzinie. Ale to nie wszystko – w ostatnich latach silniki Skyactiv pokazały nie tylko, że przed silnikiem spalinowym jeszcze długa droga, ale że Mazda może pokazać to po swojemu.
O postępach inżynierów firmy opowiemy znacznie więcej po naszej zbliżającej się wizycie na zaproszenie Mazdy do Japonii pod koniec października. Jednak powody tego artykułu nie są jedynymi, jakie można znaleźć w powyższej podpozycji. Ponieważ aby zrozumieć powody, dla których twórcom Mazdy udało się stworzyć swój silnik HCCI, być może będziemy musieli cofnąć się do historii firmy.
Silnik obrotowy jako podstawa Skyactiv-X
Zapytaj ultramaratończyka, który ma za sobą 160-kilometrową trasę, czy nie będzie problemów z pokonaniem standardowego 42-kilometrowego maratonu. Cóż, może nie prowadził ich przez dwie godziny, ale zdecydowanie może biec przez co najmniej kolejne 42 godziny w całkiem przyzwoitym tempie. Z takim nastawieniem, jeśli Twoja firma ma siedzibę w Hiroszimie, jeśli przez dziesięciolecia zmagałeś się z ogromnymi problemami z obrotami tłoków silnika rotacyjnego i rozwiązałeś setki problemów ze smarowaniem lub emisjami, efektami falowymi i turbodoładowaniem, a zwłaszcza procesami spalania w komorze sierpowej ze zmiennym blokiem objętości na podstawie Wankla, można mieć znacznie stabilniejszą podstawę do budowy silnika HCCI. Oficjalne rozpoczęcie projektu Skyactiv miało miejsce dokładnie dziesięć lat temu, w 2007 roku (w tym samym roku, w którym Mercedes zaprezentował wyrafinowany prototyp silnika HCCI Diesotto), a napędzana silnikiem Wankla Mazda RX-8 była jeszcze w produkcji. Jak wiecie, inżynierowie japońskiej firmy eksperymentują z trybami pracy HCCI właśnie przy opracowywaniu prototypów silników rotacyjnych Skyactiv-R. Prawdopodobnie w projekt HCCI, nazwany Mazda SPCCI (Spark Plug Conrolled Compression Ignition) lub Skyactiv-X, zaangażowani byli inżynierowie zarówno z działu rotacyjnego, jak i działu silników benzynowych i wysokoprężnych, ponieważ nawet w rozwoju procesu spalania w Skyactiv-D potrafi rozpoznać charakter pisma osób zaangażowanych w rozwój procesu HCCI. Bóg wie, kiedy ewolucja silników Skyactiav przekształciła się w silnik o jednorodnym mieszaniu i samozapłonie – inżynierowie Mazdy od dawna byli zaangażowani w ten temat – ale prawdopodobnie stało się to, gdy silnik Wankla wciąż żył.
Dziesięciolecia produkcji samochodów z silnikiem rotacyjnym, w większości w pojedynkę, być może nie przyniosą Mazdzie poważnego zwrotu finansowego, ale przyniosą także uznanie za niezłomnego ducha, znajdowanie rozwiązań wszelkiego rodzaju problemów, niesamowitą wytrwałość, a w rezultacie gromadzenie ogromne i bardzo nieocenione doświadczenie. Jednak według Kiyoshi Fujiwary, który jest odpowiedzialny za planowanie produktu w Mazdzie, każdy z projektantów zaangażowanych w projekt Skyactiv nosi w sobie ducha silnika Wankla, ale staje się okazją do udoskonalenia konwencjonalnego silnika. Lub w nietradycyjnym HCCI. „Ale pasja jest ta sama. To ona sprawia, że Skyactiv staje się rzeczywistością. Ta prawdziwa przygoda stała się największą radością w moim życiu. To prawda, że każda firma produkuje samochody, aby je sprzedawać i zarabiać pieniądze” — wyjaśnia Seita Kanai, szef ds. rozwoju w Mazdzie — „ale zaufaj mi, dla nas w Mazdzie równie ważny jest fakt, że produkowane przez nas samochody są równie ważne. rodzą się w naszych sercach, a ich budowa za każdym razem staje się dla nas romantyczną przygodą. Główną siłą napędową tego procesu jest nasza pasja. Bycie najlepszym to mój inżynierski romans”.
Marzenie młodego człowieka
Być może w latach 60. inżynierowie niedawno wprowadzonej na rynek pierwszej Mazdy odkryli w silniku Wankla „własną powieść inżynierską”. Ponieważ silnik rotacyjny narodził się z marzenia 17-letniego niemieckiego chłopca z 1919 roku, a nazywał się Felix Wankel. Wtedy, urodzony w 1902 roku w regionie Lahr w Niemczech (gdzie urodzili się Otto, Daimler i Benz), powiedział swoim przyjaciołom, że jego wymarzony samochód ma silnik, który jest w połowie turbiną, w połowie tłokiem. W tamtym czasie nie miał jeszcze podstawowej wiedzy na temat tłokowych silników spalinowych, ale intuicyjnie wierzył, że jego silnik może wykonywać cztery cykle pracy - wlot, sprężanie, działanie i wydech, gdy tłok się obraca. To właśnie ta intuicja poprowadzi go przez długi czas do stworzenia działającego silnika rotacyjnego, którego inni konstruktorzy bezskutecznie próbowali niezliczoną ilość razy od XVI wieku.
Ojciec Wankla zginął podczas I wojny światowej, po której młody człowiek sprzedawał druki i czytał dużo literatury technicznej. W 1924 roku, w wieku 22 lat, założył małe laboratorium do rozwoju silnika rotacyjnego, aw 1927 roku wykonał pierwsze rysunki „Die Drehkolbenmaschine” (maszyny z tłokiem obrotowym). W 1939 r. genialne Ministerstwo Lotnictwa odkryło racjonalne ziarno w silniku rotacyjnym i zwróciło się do Hitlera, który osobiście nakazał uwolnienie przebywającego wówczas w więzieniu Wankla z rozkazu miejscowego gauleitera oraz wyposażenie laboratorium doświadczalnego na jeziorze Konstancja. Tam projektował prototypy dla BMW, Lillethal, DVL, Junkers i Daimler-Benz. Jednak pierwszy eksperymentalny silnik Wankla pojawił się zbyt późno, aby pomóc przetrwać Trzeciej Rzeszy. Po kapitulacji Niemiec Francuzi uwięzili Wankla – to samo, co już zrobili z Ferdynandem Porsche. Rok później Felix został zwolniony iz braku bardziej produktywnego zajęcia zaczął pisać książkę o obrotowych silnikach tłokowych. Później założył Technical Institute for Engineering Research i zaczął opracowywać silniki rotacyjne i sprężarki do zastosowań przemysłowych. W 1951 roku ambitnemu konstruktorowi udało się przekonać do współpracy szefa działu motocykli sportowych NSU, Waltera Frede. Wankel i NSU skoncentrowali swoje wysiłki na silniku rotacyjnym z komorą w kształcie jabłka (trochoidą) i trójkątnym tłokiem o łukowatych ściankach. W 1957 roku zbudowano pierwszy działający prototyp silnika pod nazwą DKN. To data narodzin silnika Wankla.
Lata 60 .: obiecująca przyszłość silnika rotacyjnego
DKM pokazuje, że silnik rotacyjny to nie tylko marzenie. Prawdziwie praktyczny silnik Wankla w stałej formie, którą znamy, to następny KKM. NSU i Wankel wspólnie wdrożyli wczesne pomysły związane z uszczelnianiem tłoków, pozycjonowaniem świec zapłonowych, wypełnianiem otworów, oczyszczaniem spalin, smarowaniem, procesami spalania, materiałami i lukami produkcyjnymi. Pozostaje jednak wiele problemów...
Nie przeszkadza to NSU oficjalnie ogłosić stworzenie silnika przyszłości w 1959 roku. Ponad 100 firm oferuje współpracę techniczną, m.in. Mercedes, Rolls-Royce, GM, Alfa Romeo, Porsche, Citroen, MAN oraz wiele firm z branży budowy maszyn kupuje licencje. Wśród nich jest Mazda, której prezes Tsunei Matsuda dostrzega w silniku ogromny potencjał. Oprócz równoległych konsultacji z inżynierami NSU, Mazda tworzy własny Dział Rozwoju Silników Wankla, który początkowo obejmuje 47 inżynierów.
New York Herald Tribune ogłasza silnik Wankla rewolucyjnym wynalazkiem. W tym czasie akcje NSU dosłownie eksplodowały – jeśli w 1957 roku kosztowały 124 marki niemieckie, to w 1960 osiągnęły kosmiczne 3000! W 1960 roku zaprezentowano pierwszy samochód napędzany silnikiem Wankla, NSU Prinz III. Po nim we wrześniu 1963 roku pojawił się NSU Wankel Spider z jednokomorowym silnikiem o pojemności 500 cm3, który dwa lata później zdobył mistrzostwo Niemiec. Jednak sensacją na Salonie Samochodowym we Frankfurcie w 1968 roku był nowy NSU Ro 80. Elegancki sedan, zaprojektowany przez Klausa Lüthe, jest awangardowy pod każdym względem, a jego aerodynamiczne kształty (współczynnik płynięcia 0,35 sam w sobie czyni ten samochód wyjątkowym jak na tamte czasy) były możliwe dzięki niewielkiemu silnikowi dwuwirnikowemu KKM 612. Przekładnia posiada sprzęgło hydrauliczne, cztery hamulce tarczowe, a przednia część znajduje się obok przekładni. Ro 80 był tak imponujący jak na swoje czasy, że zdobył tytuł Samochodu Roku w 1968 roku. W następnym roku Felix Wankel uzyskał stopień doktora na Politechnice w Monachium i otrzymał złoty medal Niemieckiej Federacji Inżynierów, najbardziej prestiżową nagrodę za osiągnięcia naukowo-techniczne w Niemczech.
(podążać)
Tekst: Georgy Kolev
