Тест драйв в преследване на една мечта: от Wankel до HCCI двигател

Как роторният двигател помогна на японската марка Mazda да стане това, което е днес

60 години след създаването на първия работещ прототип на Wankel двигател, 50 години след лансирането му от Mazda и официалното съобщение на компанията, че е създала функционален HCCI двигател, това е повод да се върнем към историята на този уникален топлинен двигател.

Mazda вече не крие факта, че разработването на двигател, който работи в широк работен диапазон в режими HCCI - или хомогенно смесване и запалване чрез компресия, е успешно и възнамерява да започне серийно производство на такъв двигател от 2019 г. Нищо чудно, че Mazda винаги може да изненада автомобилната общност. Дори бегъл поглед в историческите анали на марката е достатъчен, за да открием източниците на това твърдение. Доскоро японската компания беше единственият и ревностен носител на идеята на Ванкел и първият производител на автомобили с двигатели, работещи по цикъла на Милър (Mazda Xedos 9 от 1993 до 2003 г., а след това Demio, известен в Европа като Mazda 2).

Тук си струва да се спомене дизеловият двигател Comprex с вълнова компресия, каскадна, двуструйна и принудителна променлива геометрия за бензинов двигател (различни версии на Mazda RX-7), активни системи за управление на задния мост 626 от края на 80-те години. години, уникалната старт-стоп система i-Stop, при която стартирането се подпомага от горивния процес, и системата за възстановяване на енергията, използваща i-Eloop кондензатори. И накрая, обърнете внимание на факта, че това е единственият японски производител, който е спечелил 24-те часа на Льо Ман - с автомобил, задвижван от Wankel, разбира се! По отношение на стила, модели като Luce, емблематичния Wankel Cosmo Sport, RX-7 и RX-8, MX-5 Roadster и Mazda 6 говорят много за уникалността на марката в тази област. Но това не е всичко – през последните години двигателите на Skyactiv показаха не само, че двигателят с вътрешно горене има още дълъг път, но и че Mazda може да го покаже по свой собствен начин.

Ще разкажем много повече за развитието на инженерите на компанията след предстоящото ни посещение по покана на Mazda в Япония в края на октомври. Причините за тази статия обаче не са единствените, които могат да бъдат намерени в подзаглавието по-горе. Защото, за да разберем причините, поради които създателите на Mazda успяха да създадат своя HCCI двигател, може да се наложи да се върнем към историята на компанията.

Ротационен двигател като основа за Skyactiv-X

Попитайте ултрамаратонец, който е изминал 160-километров маршрут, дали ще има проблеми при завършването на стандартен 42-километров маратон. Е, той може да не ги кара за два часа, но определено може да продължи поне още 42 часа с доста прилично темпо. С този начин на мислене, ако вашата компания е със седалище в Хирошима, ако в продължение на десетилетия сте се борили с огромни проблеми с въртенето на буталата на ротационния двигател и сте разрешили стотици проблеми със смазване или емисии, вълнови ефекти и турбокомпресор, или особено процеси на сърповидно камерно горене с променлив блок обем, базиран на Wankel, можете да имате много по-стабилна основа за изграждане на HCCI двигател. Официалният старт на проекта Skyactiv беше даден точно преди десет години, през 2007 г. (същата година, в която Mercedes представи усъвършенствания прототип на двигателя HCCI Diesotto), като по това време задвижваната от Wankel Mazda RX-8 все още беше в производство. Както знаете, инженерите на японската компания експериментират с режимите на работа HCCI именно при разработването на прототипи на роторни двигатели Skyactiv-R. Вероятно проектът HCCI, наречен Mazda SPCCI (Spark Plug Conrolled Compression Ignition) или Skyactiv-X, включва инженери както от ротационния отдел, така и от отдела за бензинови и дизелови двигатели, защото дори при разработването на горивния процес в Skyactiv-D ние може да разпознае почерка на хората, участващи в разработването на процеса на HCCI. Бог знае кога еволюцията на двигателите Skyactiav се е превърнала в двигател с хомогенно възбуждане и самозапалване – отдавна е известно, че инженерите на Mazda участват в тази тема – но това вероятно се е случило, когато двигателят Wankel все още е бил жив.

Десетилетия на производство на роторни коли, повечето от които сами по себе си, може да не донесат на Mazda сериозна финансова възвръщаемост, но също така ще донесат признание за непоколебим дух, намиране на решения на всякакви проблеми, невероятна упоритост и, като резултат, натрупване на богат и много безценен опит. Въпреки това, според Кийоши Фудживара, който отговаря за продуктовото планиране в Mazda, всеки от дизайнерите, участващи в проекта Skyactiv, носи духа на Wankel двигател, но се превръща във възможност за подобряване на конвенционален двигател. Или в нетрадиционната HCCI. „Но страстта е същата. Именно тя превръща Skyactiv в реалност. Това истинско приключение се превърна в най-голямата радост в живота ми. Вярно е, че всяка компания прави автомобили, за да продава и печели пари,” обяснява Сейта Канай, ръководител на отдела за развитие в Mazda, „но повярвайте ми, за нас в Mazda, фактът, че автомобилите, които произвеждаме, е също толкова важен. те се зараждат в сърцата ни и всеки път тяхното изграждане се превръща в романтично приключение за нас. Основната движеща сила зад този процес е нашата страст. Да бъда най-добрият е моята инженерна романтика.“

Мечта на млад мъж

Може би през 60-те години инженерите на наскоро пуснатия първи автомобил Mazda са открили "своя собствена инженерна новост" в двигателя Wankel. Защото ротационният двигател е роден от мечтата на 17-годишно германско момче през 1919 г. и неговото име е Феликс Ванкел. Тогава, роден през 1902 г. в областта Лар в Германия (където са родени Ото, Даймлер и Бенц), той казал на приятелите си, че мечтаната му кола има двигател, който е наполовина турбина, наполовина бутален. По това време той все още няма основни познания за буталните двигатели с вътрешно горене, но интуитивно вярва, че двигателят му може да извърши четири цикъла на работа - всмукване, компресия, действие и изпускане, когато буталото се върти. Именно тази интуиция ще го води дълго време към създаването на работещ ротационен двигател, който други дизайнери са опитвали безуспешно безброй пъти от 16-ти век насам.

Бащата на Ванкел умира по време на Първата световна война, след което младият мъж продава печатни произведения и чете много техническа литература. През 1924 г., на 22-годишна възраст, той основава малка лаборатория за разработване на ротационен двигател, а през 1927 г. прави първите чертежи на "Die Drehkolbenmaschine" (ротационна бутална машина). През 1939 г. гениалното Министерство на авиацията открива рационално зърно в роторния двигател и се обръща към Хитлер, който лично нарежда освобождаването на Ванкел, който тогава е бил в затвора по заповед на местния гаулайтер, и да оборудва експериментална лаборатория на езерото Констанс. Там той проектира прототипи за BMW, Lillethal, DVL, Junkers и Daimler-Benz. Първият експериментален ванкелов двигател обаче идва твърде късно, за да помогне за оцеляването на Третия райх. След капитулацията на Германия французите хвърлиха Ванкел в затвора - същото, което вече бяха направили с Фердинанд Порше. Година по-късно Феликс е освободен и поради липса на по-продуктивна професия започва да пише книга за роторно-бутални двигатели. По-късно той основава Техническия институт за инженерни изследвания и продължава да разработва ротационни двигатели и компресори за промишлена употреба. През 1951 г. амбициозен дизайнер успява да убеди ръководителя на отдела за спортни мотоциклети на NSU Валтер Фреде да си сътрудничи. Wankel и NSU съсредоточиха усилията си върху ротационен двигател с ябълковидна (трохоидна) камера и триъгълно бутало с извита стена. През 1957 г. е построен първият работещ прототип на двигателя под името DKN. Това е рождената дата на двигателя Ванкел.

60-те: обещаващото бъдеще на роторния двигател

DKM показва, че роторният двигател не е само мечта. Истински практичен Wankel двигател във формата на фиксирана каросерия, която познаваме, е следващият KKM. NSU и Wankel съвместно реализираха ранни идеи, свързани с уплътняване на буталото, позициониране на запалителната свещ, запълване на дупки, почистване на отработените газове, смазване, процеси на горене, материали и производствени пропуски. Въпреки това много проблеми остават...

Това не пречи на NSU официално да обяви създаването на двигателя на бъдещето през 1959 година. Повече от 100 компании предлагат техническо сътрудничество, включително Mercedes, Rolls-Royce, GM, Alfa Romeo, Porsche, Citroen, MAN и редица машиностроителни компании купуват лицензи. Сред тях е Mazda, чийто президент Цуней Мацуда вижда голям потенциал в двигателя. В допълнение към едновременните консултации с инженерите на NSU, Mazda създава свой собствен отдел за разработка на двигатели Wankel, който първоначално включва 47 инженери.

New York Herald Tribune обявява Wankel двигателя за революционно изобретение. Тогава акциите на NSU буквално избухнаха - ако през 1957 г. те се търгуваха за 124 германски марки, то през 1960 г. те достигнаха космическите 3000! През 1960 г. е представен първият автомобил, задвижван от Wankel, NSU Prinz III. Той е последван през септември 1963 г. от NSU Wankel Spider с еднокамерен 500-кубиков двигател, който печели шампионата на Германия две години по-късно. Сензацията на автомобилното изложение във Франкфурт през 3 г. обаче беше новият NSU Ro 1968. Елегантният седан, проектиран от Клаус Люте, е авангарден във всяко отношение, а аеродинамичните му форми (коефициент на поток от 80 сам по себе си прави колата уникална за времето си) са станали възможни благодарение на малогабаритния двуроторен двигател KKM 0,35. Трансмисията е с хидравличен съединител, четири дискови спирачки, като предната част е разположена до трансмисията. Ro 612 беше толкова впечатляващ за времето си, че спечели наградата Автомобил на годината през 80 г. На следващата година Феликс Ванкел получава докторска степен от Техническия университет в Мюнхен и получава златния медал на Германската федерация на инженерите, най-престижната награда за научни и технически постижения в Германия.

(да последвам)

Текст: Георги Колев