Test drive κυνηγώντας ένα όνειρο: από τον Wankel στον κινητήρα HCCI

Πώς η περιστροφική μηχανή βοήθησε την ιαπωνική μάρκα Mazda να γίνει όπως είναι σήμερα

60 χρόνια μετά τη δημιουργία του πρώτου λειτουργικού πρωτοτύπου του κινητήρα Wankel, 50 χρόνια μετά την κυκλοφορία του από τη Mazda και την επίσημη ανακοίνωση της εταιρείας ότι δημιούργησε έναν λειτουργικό κινητήρα HCCI, αυτή είναι μια ευκαιρία να επιστρέψουμε στην ιστορία αυτού του μοναδικού θερμική μηχανή.

Η Mazda δεν κρύβει πλέον το γεγονός ότι η ανάπτυξη ενός κινητήρα που λειτουργεί σε μεγάλο εύρος λειτουργίας σε λειτουργίες HCCI - ή ομοιογενή ανάμειξη και ανάφλεξη με συμπίεση, ήταν επιτυχής και σκοπεύει να ξεκινήσει τη σειρά παραγωγής ενός τέτοιου κινητήρα από το 2019. Δεν είναι περίεργο που η Mazda μπορεί πάντα να εκπλήσσει την αυτοκινητοβιομηχανία. Ακόμη και μια πρόχειρη ματιά στα ιστορικά χρονικά της μάρκας είναι αρκετή για να βρείτε τις πηγές αυτής της δήλωσης. Μέχρι πρόσφατα, η ιαπωνική εταιρεία ήταν ο μοναδικός και ένθερμος φορέας της ιδέας Wankel και ο πρώτος κατασκευαστής αυτοκινήτων με κινητήρες που λειτουργούσαν στον κύκλο Miller (Mazda Xedos 9 από το 1993 έως το 2003 και στη συνέχεια το Demio, γνωστό στην Ευρώπη ως Mazda 2).

Αξίζει να αναφερθεί εδώ ο κινητήρας ντίζελ συμπίεσης κυμάτων Comprex, διαδοχικής, διπλής και εξαναγκασμένης μεταβλητής γεωμετρίας για έναν βενζινοκινητήρα (διαφορετικές εκδόσεις του Mazda RX-7), ενεργά συστήματα διεύθυνσης πίσω άξονα 626 από τα τέλη της δεκαετίας του '80. χρόνια, το μοναδικό σύστημα start-stop i-Stop, στο οποίο η εκκίνηση υποστηρίζεται από τη διαδικασία καύσης, και το σύστημα ανάκτησης ενέργειας που χρησιμοποιεί πυκνωτές i-Eloop. Τέλος, σημειώστε το γεγονός ότι είναι ο μόνος Ιάπωνας κατασκευαστής που κέρδισε το 24 Hours of Le Mans - φυσικά με αυτοκίνητο που κινείται με Wankel! Όσον αφορά το στυλ, μοντέλα όπως το Luce, το εμβληματικό Wankel Cosmo Sport, το RX-7 και το RX-8, το MX-5 Roadster και το Mazda 6 μιλούν πολλά για τη μοναδικότητα της μάρκας σε αυτόν τον τομέα. Αλλά δεν είναι μόνο αυτό - τα τελευταία χρόνια, οι κινητήρες Skyactiv έχουν δείξει όχι μόνο ότι ο κινητήρας εσωτερικής καύσης έχει ακόμη πολύ δρόμο μπροστά του, αλλά ότι η Mazda μπορεί να του δείξει τον δικό της δρόμο.

Θα πούμε πολλά περισσότερα για τις εξελίξεις των μηχανικών της εταιρείας μετά την επερχόμενη επίσκεψή μας μετά από πρόσκληση της Mazda στην Ιαπωνία στα τέλη Οκτωβρίου. Ωστόσο, οι λόγοι για αυτό το άρθρο δεν είναι οι μόνοι που μπορείτε να βρείτε στην παραπάνω διάκριση. Επειδή για να κατανοήσουμε τους λόγους για τους οποίους οι δημιουργοί της Mazda κατάφεραν να δημιουργήσουν τον κινητήρα τους HCCI, ίσως χρειαστεί να επιστρέψουμε στην ιστορία της εταιρείας.

Περιστροφικός κινητήρας ως βάση για το Skyactiv-X

Ρωτήστε έναν υπερμαραθωνοδρόμο που έχει ολοκληρώσει μια διαδρομή 160 χιλιομέτρων εάν θα υπάρξουν προβλήματα με την ολοκλήρωση ενός τυπικού μαραθωνίου 42 χιλιομέτρων. Λοιπόν, μπορεί να μην τα τρέξει για δύο ώρες, αλλά σίγουρα μπορεί να συνεχίσει για τουλάχιστον άλλες 42 ώρες με αρκετά αξιοπρεπή ρυθμό. Με αυτή τη νοοτροπία, εάν η εταιρεία σας έχει την έδρα της στη Χιροσίμα, εάν για δεκαετίες έχετε παλέψει με τεράστια προβλήματα περιστροφής του εμβόλου του περιστροφικού κινητήρα και λύσατε εκατοντάδες προβλήματα με λίπανση ή εκπομπές, φαινόμενα κυμάτων και υπερσυμπίεση ή ειδικά διαδικασίες καύσης δρεπανικού θαλάμου με μεταβλητό μπλοκ όγκο με βάση το Wankel, μπορείτε να έχετε μια πολύ πιο σταθερή βάση για την κατασκευή ενός κινητήρα HCCI. Η επίσημη έναρξη του έργου Skyactiv δόθηκε ακριβώς πριν από δέκα χρόνια, το 2007 (την ίδια χρονιά που η Mercedes παρουσίασε το εξελιγμένο πρωτότυπο κινητήρα HCCI Diesotto), και εκείνη την εποχή το Mazda RX-8 με κινητήρα Wankel ήταν ακόμα στην παραγωγή. Όπως γνωρίζετε, οι μηχανικοί της ιαπωνικής εταιρείας πειραματίζονται με τρόπους λειτουργίας HCCI ακριβώς όταν αναπτύσσουν πρωτότυπα περιστροφικών κινητήρων Skyactiv-R. Πιθανώς, το έργο HCCI, που ονομάζεται Mazda SPCCI (Spark Plug Conrolled Compression Ignition) ή Skyactiv-X, περιλάμβανε μηχανικούς τόσο από το περιστροφικό τμήμα όσο και από το τμήμα βενζινοκινητήρων και πετρελαιοκινητήρων, επειδή ακόμη και στην ανάπτυξη της διαδικασίας καύσης στο Skyactiv-D μπορεί να αναγνωρίσει το χειρόγραφο των ατόμων που εμπλέκονται στην ανάπτυξη της διαδικασίας HCCI. Ένας Θεός ξέρει πότε η εξέλιξη των κινητήρων Skyactiav μετατράπηκε σε έναν ομοιογενή κινητήρα ανάδευσης και αυτανάφλεξης – οι μηχανικοί της Mazda ήταν γνωστό ότι εμπλέκονται σε αυτό το θέμα – αλλά πιθανότατα συνέβη όταν ο κινητήρας Wankel ήταν ακόμα ζωντανός.

Δεκαετίες κατασκευής περιστροφικών αυτοκινήτων, τα περισσότερα από αυτά μόνα τους, μπορεί να μην φέρουν στη Mazda μια σοβαρή οικονομική απόδοση, αλλά θα φέρουν επίσης αναγνώριση του ακλόνητου πνεύματος, την εξεύρεση λύσεων σε κάθε είδους προβλήματα, την απίστευτη επιμονή και, ως εκ τούτου, τη συσσώρευση τεράστια και πολύ ανεκτίμητη εμπειρία. Ωστόσο, σύμφωνα με τον Kiyoshi Fujiwara, ο οποίος είναι υπεύθυνος για τον προγραμματισμό προϊόντων στη Mazda, καθένας από τους σχεδιαστές που συμμετέχουν στο έργο Skyactiv φέρει το πνεύμα ενός κινητήρα Wankel, αλλά μετατρέπεται σε ευκαιρία βελτίωσης σε έναν συμβατικό κινητήρα. Ή σε μη παραδοσιακό HCCI. «Αλλά το πάθος είναι το ίδιο. Είναι αυτή που κάνει το Skyactiv πραγματικότητα. Αυτή η πραγματική περιπέτεια έχει γίνει η μεγαλύτερη χαρά στη ζωή μου. Είναι αλήθεια ότι κάθε εταιρεία κατασκευάζει αυτοκίνητα για να πουλήσει και να βγάλει χρήματα», εξηγεί η Seita Kanai, Επικεφαλής Ανάπτυξης στη Mazda, «αλλά πιστέψτε με, για εμάς στη Mazda, το γεγονός ότι τα αυτοκίνητα που κατασκευάζουμε είναι εξίσου σημαντικό. πηγάζουν από τις καρδιές μας, και κάθε φορά η κατασκευή τους γίνεται μια ρομαντική περιπέτεια για εμάς. Η κύρια κινητήρια δύναμη πίσω από αυτή τη διαδικασία είναι το πάθος μας. Το να είμαι ο καλύτερος είναι το ρομάντζο της μηχανικής μου».

Ένα όνειρο ενός νεαρού άνδρα

Ίσως στη δεκαετία του '60, οι μηχανικοί του πρώτου αυτοκινήτου της Mazda που κυκλοφόρησε πρόσφατα βρήκαν "ένα δικό τους μυθιστόρημα μηχανικής" στον κινητήρα Wankel. Γιατί ο περιστροφικός κινητήρας γεννήθηκε από το όνειρο ενός 17χρονου Γερμανού αγοριού το 1919 και το όνομά του είναι Felix Wankel. Τότε, γεννημένος το 1902 στην περιοχή Lahr της Γερμανίας (όπου γεννήθηκαν οι Otto, Daimler και Benz), είπε στους φίλους του ότι το αυτοκίνητο των ονείρων του είχε έναν κινητήρα μισό στρόβιλο, μισό έμβολο. Εκείνη την εποχή, δεν είχε ακόμη βασικές γνώσεις παλινδρομικών κινητήρων εσωτερικής καύσης, αλλά πίστευε διαισθητικά ότι ο κινητήρας του μπορούσε να εκτελέσει τέσσερις κύκλους εργασίας - εισαγωγή, συμπίεση, δράση και εξάτμιση όταν περιστρέφεται το έμβολο. Αυτή η διαίσθηση είναι που θα τον οδηγήσει για πολύ καιρό στη δημιουργία ενός λειτουργικού περιστροφικού κινητήρα, τον οποίο άλλοι σχεδιαστές έχουν δοκιμάσει ανεπιτυχώς αμέτρητες φορές από τον 16ο αιώνα.

Ο πατέρας του Wankel πέθανε κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου, μετά τον οποίο ο νεαρός πούλησε έντυπα έργα και διάβασε πολλή τεχνική βιβλιογραφία. Το 1924, σε ηλικία 22 ετών, ίδρυσε ένα μικρό εργαστήριο για την ανάπτυξη ενός περιστροφικού κινητήρα και το 1927 έκανε τα πρώτα σχέδια του «Die Drehkolbenmaschine» (μηχανή περιστροφικού εμβόλου). Το 1939, το έξυπνο Υπουργείο Αεροπορίας ανακάλυψε έναν ορθολογικό κόκκο στον περιστροφικό κινητήρα και στράφηκε στον Χίτλερ, ο οποίος διέταξε προσωπικά την απελευθέρωση του Βάνκελ, ο οποίος ήταν τότε στη φυλακή κατόπιν εντολής του τοπικού Γκαουλάιτερ, και να εξοπλίσει ένα πειραματικό εργαστήριο στη λίμνη. Κωνσταντία. Εκεί σχεδίασε πρωτότυπα για τις BMW, Lillethal, DVL, Junkers και Daimler-Benz. Ωστόσο, ο πρώτος πειραματικός κινητήρας Wankel ήρθε πολύ αργά για να βοηθήσει στην επιβίωση του Τρίτου Ράιχ. Μετά την παράδοση της Γερμανίας, οι Γάλλοι φυλάκισαν τον Βάνκελ - το ίδιο που είχαν ήδη κάνει με τον Φέρντιναντ Πόρσε. Ένα χρόνο αργότερα, ο Felix απελευθερώθηκε και, λόγω έλλειψης πιο παραγωγικής ενασχόλησης, άρχισε να γράφει ένα βιβλίο για κινητήρες με περιστροφικό έμβολο. Αργότερα ίδρυσε το Τεχνικό Ινστιτούτο Μηχανικής Έρευνας και συνέχισε να αναπτύσσει περιστροφικούς κινητήρες και συμπιεστές για βιομηχανική χρήση. Το 1951, ένας φιλόδοξος σχεδιαστής κατάφερε να πείσει τον επικεφαλής του τμήματος αθλητικών μοτοσυκλετών NSU, Walter Frede, να συνεργαστεί. Ο Wankel και ο NSU εστίασαν τις προσπάθειές τους σε έναν περιστροφικό κινητήρα με θάλαμο σε σχήμα μήλου (τροχοειδές) και ένα τριγωνικό έμβολο με τοξωτά τοιχώματα. Το 1957 κατασκευάστηκε το πρώτο λειτουργικό πρωτότυπο του κινητήρα με το όνομα DKN. Αυτή είναι η ημερομηνία γέννησης του κινητήρα Wankel.

60s: το πολλά υποσχόμενο μέλλον του περιστροφικού κινητήρα

Η DKM δείχνει ότι ο περιστροφικός κινητήρας δεν είναι απλώς ένα όνειρο. Ένας πραγματικός πρακτικός κινητήρας Wankel στη μορφή σταθερού αμαξώματος που γνωρίζουμε είναι ο επόμενος KKM. Η NSU και ο Wankel εφάρμοσαν από κοινού τις πρώτες ιδέες που σχετίζονται με τη στεγανοποίηση εμβόλων, την τοποθέτηση μπουζί, το γέμισμα οπών, τον καθαρισμό καυσαερίων, τη λίπανση, τις διαδικασίες καύσης, τα υλικά και τα κενά κατασκευής. Ωστόσο, παραμένουν πολλά προβλήματα...

Αυτό δεν εμποδίζει την NSU να ανακοινώσει επίσημα τη δημιουργία του κινητήρα του μέλλοντος το 1959. Περισσότερες από 100 εταιρείες προσφέρουν τεχνική συνεργασία, συμπεριλαμβανομένων των Mercedes, Rolls-Royce, GM, Alfa Romeo, Porsche, Citroen, MAN και ορισμένοι κατασκευαστές μηχανών αγοράζουν άδειες. Ανάμεσά τους και η Mazda, της οποίας ο πρόεδρος Tsunei Matsuda βλέπει μεγάλες δυνατότητες στον κινητήρα. Εκτός από τις ταυτόχρονες διαβουλεύσεις με μηχανικούς της NSU, η Mazda δημιουργεί το δικό της Τμήμα Ανάπτυξης Κινητήρα Wankel, το οποίο περιλαμβάνει αρχικά 47 μηχανικούς.

Η New York Herald Tribune ανακηρύσσει τον κινητήρα Wankel μια επαναστατική εφεύρεση. Τότε οι μετοχές της NSU κυριολεκτικά έσκασαν - αν το 1957 διαπραγματεύονταν 124 γερμανικά μάρκα, τότε το 1960 έφτασαν τα κοσμικά 3000! Το 1960, παρουσιάστηκε το πρώτο αυτοκίνητο με κινητήρα Wankel, το NSU Prinz III. Ακολούθησε τον Σεπτέμβριο του 1963 η NSU Wankel Spider με κινητήρα μονής θαλάμης 500 cc, που κέρδισε το γερμανικό πρωτάθλημα δύο χρόνια αργότερα. Ωστόσο, η αίσθηση στο Σαλόνι Αυτοκινήτου της Φρανκφούρτης το 3 ήταν το νέο NSU Ro 1968. Το κομψό sedan, σχεδιασμένο από τον Klaus Lüthe, είναι πρωτοποριακό από κάθε άποψη και τα αεροδυναμικά του σχήματα (συντελεστής ροής 80 από μόνος του κάνουν το αυτοκίνητο μοναδικό για την εποχή του) έγιναν δυνατά από έναν μικρού μεγέθους κινητήρα διπλού ρότορα KKM 0,35. Το κιβώτιο ταχυτήτων έχει υδραυλικό συμπλέκτη, τέσσερα δισκόφρενα και το μπροστινό μέρος βρίσκεται δίπλα στο κιβώτιο ταχυτήτων. Το Ro 612 ήταν τόσο εντυπωσιακό για την εποχή του που κέρδισε το Αυτοκίνητο της Χρονιάς το 80. Την επόμενη χρονιά, ο Felix Wankel πήρε το διδακτορικό του από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου και έλαβε το χρυσό μετάλλιο της Γερμανικής Ομοσπονδίας Μηχανικών, το πιο διάσημο βραβείο για επιστημονικά και τεχνικά επιτεύγματα στη Γερμανία.

(ακολουθώ)

Κείμενο: Georgy Kolev