Reynsluakstur í leit að draumi: frá Wankel til HCCI vél

Hvernig snúningshreyfillinn hjálpaði japanska vörumerkinu Mazda að verða það sem það er í dag

60 árum eftir að fyrstu virku frumgerðin af Wankel vélinni var búin til, 50 árum eftir að Mazda kom henni á markað og opinberlega tilkynnti fyrirtækið um að það hefði búið til virka HCCI vél, er þetta tilefni til að hverfa aftur til sögu þessa einstaka. hitavél.

Mazda leynir því ekki lengur að þróun vélar sem starfar á breitt svið í HCCI stillingum – eða einsleitri blöndun og þjöppukveikju, hefur gengið vel og ætlar að hefja raðframleiðslu á slíkri vél frá og með 2019. Engin furða að Mazda geti alltaf komið bílasamfélaginu á óvart. Jafnvel lausleg sýn á sögulega annála vörumerkisins er nóg til að finna heimildir þessarar fullyrðingar. Þar til nýlega var japanska fyrirtækið eini og ákafur flutningsaðili Wankel-hugmyndarinnar og fyrsti framleiðandi bíla með vélar sem starfa á Miller-hjólinu (Mazda Xedos 9 frá 1993 til 2003, og síðan Demio, þekktur í Evrópu sem Mazda 2).

Hér er vert að minnast á Comprex bylgjuþjöppunardísilvélina, fossandi, tvíþotu og þvinguð breytileg rúmfræði fyrir bensínvél (mismunandi útgáfur af Mazda RX-7), virkt afturásstýrikerfi 626 frá því seint á níunda áratugnum. ár, hið einstaka i-Stop start-stop kerfi, þar sem ræsing er studd af brunaferlinu, og orkuendurnýtingarkerfið sem notar i-Eloop þétta. Taktu að lokum þá staðreynd að það er eini japanski framleiðandinn sem hefur unnið 80 Hours of Le Mans - með Wankel-knúnum bíl, auðvitað! Hvað varðar stíl, gerðir eins og Luce, hinn helgimynda Wankel Cosmo Sport, RX-24 og RX-7, MX-8 Roadster og Mazda 5 tala sínu máli um sérstöðu vörumerkisins á þessu sviði. En það er ekki allt - undanfarin ár hafa Skyactiv-vélar ekki aðeins sýnt að brunavélin á enn langt í land, heldur getur Mazda sýnt hana sína eigin leið.

Við munum segja miklu meira um þróun verkfræðinga fyrirtækisins eftir komandi heimsókn okkar í boði Mazda til Japan í lok október. Ástæðurnar fyrir þessari grein eru þó ekki þær einu sem er að finna í undirfyrirsögninni hér að ofan. Vegna þess að til að skilja ástæðurnar fyrir því að höfundum Mazda tókst að búa til HCCI vél sína gætum við þurft að fara aftur í sögu fyrirtækisins.

Snúningsvél sem grunnur að Skyactiv-X

Spyrðu ofurmaraþonhlaupara sem hefur lokið 160 kílómetra leið hvort það verði einhver vandamál að ljúka venjulegu 42 kílómetra maraþoni. Jæja, hann gæti ekki keyrt þá í tvo tíma, en hann getur örugglega haldið áfram í að minnsta kosti 42 klukkustundir í viðbót á nokkuð þokkalegum hraða. Með þessu hugarfari, ef fyrirtæki þitt er með höfuðstöðvar í Hiroshima, ef þú hefur í áratugi glímt við mikil vandamál með snúningsstimpla snúningshreyfla og leyst hundruð vandamála með smurningu eða útblástur, bylgjuáhrif og túrbóhleðslu, eða sérstaklega sigðhólfsbrennsluferli með breytilegum blokkum. rúmmál byggt á Wankel, þú getur haft mun stöðugri grunn til að byggja upp HCCI vél. Opinber upphaf Skyactiv verkefnisins var gefið fyrir réttum tíu árum, árið 2007 (sama ár og Mercedes kynnti hina háþróuðu HCCI Diesotto vélarfrumgerð), og á þeim tíma var Wankel-knúni Mazda RX-8 enn í framleiðslu. Eins og þú veist eru verkfræðingar japanska fyrirtækisins að gera tilraunir með HCCI rekstrarhami einmitt þegar þeir þróa frumgerðir af Skyactiv-R snúningsvélum. Líklega hefur HCCI verkefnið, sem kallast Mazda SPCCI (Spark Plug Conrolled Compression Ignition) eða Skyactiv-X, tekið þátt í verkfræðingum frá bæði snúningsdeild og bensín- og dísilvéladeild, því jafnvel í þróun brennsluferlisins í Skyactiv-D höfum við geta þekkt rithönd fólks sem tekur þátt í þróun HCCI ferlisins. Guð má vita hvenær þróun Skyactiav véla breyttist í einsleita hræringar- og sjálfkveikjuvél – Mazda verkfræðingar hafa lengi verið þekktir fyrir að taka þátt í þessu efni – en það gerðist líklega þegar Wankel vélin var enn á lífi.

Áratugaframleiðsla á snúningsbílum, flestir einir og sér, skilar Mazda kannski ekki alvarlegum fjárhagslegum arði, en það mun einnig færa viðurkenningu á óbilandi anda, finna lausnir á alls kyns vandamálum, ótrúlegri þrautseigju og þar af leiðandi uppsöfnun á mikil og mjög ómetanleg reynsla. Hins vegar, að sögn Kiyoshi Fujiwara, sem er ábyrgur fyrir vöruskipulagningu hjá Mazda, ber hver og einn hönnuður sem taka þátt í Skyactiv verkefninu anda Wankel vélar, en breytist í tækifæri til að bæta hefðbundna vél. Eða í óhefðbundnum HCCI. „En ástríðan er sú sama. Það er hún sem gerir Skyactiv að veruleika. Þetta alvöru ævintýri er orðið mesta gleði lífs míns. Það er rétt að hvert fyrirtæki framleiðir bíla til að selja og græða peninga,“ útskýrir Seita Kanai, yfirmaður þróunarmála hjá Mazda, „en treystu mér, fyrir okkur hjá Mazda, þá er sú staðreynd að bílarnir sem við smíðum eru jafn mikilvægir. þær eiga uppruna sinn í hjörtum okkar og í hvert skipti sem smíði þeirra verður rómantískt ævintýri fyrir okkur. Helsti drifkrafturinn á bak við þetta ferli er ástríða okkar. Að vera bestur er verkfræðirómantík mín.“

Draumur ungs manns

Kannski á sjöunda áratugnum fundu verkfræðingar fyrsta Mazda-bílsins sem nýlega kom út "eigin verkfræðiskáldsögu" í Wankel-vélinni. Vegna þess að snúningsvélin fæddist úr draumi 60 ára þýsks drengs árið 17 og heitir hann Felix Wankel. Þá, fæddur árið 1919 í Lahr-héraði í Þýskalandi (þar sem Otto, Daimler og Benz fæddust), sagði hann vinum sínum að draumabíllinn hans væri með vél sem væri hálf túrbína, hálf stimpla. Á þeim tíma hafði hann ekki enn þá grunnþekkingu á bakbrunahreyflum, en taldi innsæi að vélin hans gæti framkvæmt fjórar vinnulotur - inntak, þjöppun, virkni og útblástur þegar stimpillinn snýst. Það er þetta innsæi sem mun leiða hann í langan tíma til að búa til virka snúningsvél, sem aðrir hönnuðir hafa árangurslaust reynt ótal sinnum síðan á 1902. öld.

Faðir Wankels lést í fyrri heimsstyrjöldinni, eftir það seldi ungi maðurinn prentverk og las mikið af tæknibókmenntum. Árið 1924, 22 ára að aldri, stofnaði hann litla rannsóknarstofu til þróunar á snúningsvél og árið 1927 gerði hann fyrstu teikningarnar af "Die Drehkolbenmaschine" (snúningsstimplavél). Árið 1939 uppgötvaði hið snjalla flugmálaráðuneyti skynsamlegt korn í snúningsvélinni og sneri sér að Hitler, sem persónulega fyrirskipaði að Wankel, sem þá var í fangelsi að skipun Gauleiter á staðnum, yrði látinn laus og að útbúa tilraunastofu við vatnið. Constance. Þar hannaði hann frumgerðir fyrir BMW, Lillethal, DVL, Junkers og Daimler-Benz. Hins vegar kom fyrsta tilraunavélin frá Wankel of seint til að hjálpa Þriðja ríkinu að lifa af. Eftir uppgjöf Þýskalands fangelsuðu Frakkar Wankel - það sama og þeir höfðu þegar gert við Ferdinand Porsche. Ári síðar var Felix sleppt og, vegna skorts á afkastameiri iðju, byrjaði hann að skrifa bók um snúnings stimplavélar. Hann stofnaði síðar Tæknistofnun fyrir verkfræðirannsóknir og þróaði síðan snúningsvélar og þjöppur til iðnaðarnota. Árið 1951 tókst metnaðarfullum hönnuði að sannfæra yfirmann íþróttamótorhjóladeildar NSU, Walter Frede, um samstarf. Wankel og NSU einbeittu kröftum sínum að snúningsvél með eplalaga (trochoid) hólfi og bogadregnum þríhyrningslaga stimpli. Árið 1957 var fyrsta virka frumgerð vélarinnar smíðuð undir nafninu DKN. Þetta er fæðingardagur Wankel vélarinnar.

60s: efnileg framtíð snúningshreyfilsins

DKM sýnir að snúningsvélin er ekki bara draumur. Raunveruleg hagnýt Wankel vél í föstum yfirbyggingu sem við þekkjum er næsta KKM. NSU og Wankel innleiddu í sameiningu snemma hugmyndir sem tengjast stimplaþéttingu, kertastaðsetningu, holufyllingu, útblásturshreinsun, smurningu, brunaferli, efni og framleiðslueyður. Hins vegar eru mörg vandamál enn ...

Þetta kemur ekki í veg fyrir að NSU tilkynni formlega um stofnun framtíðarvélarinnar árið 1959. Meira en 100 fyrirtæki bjóða upp á tæknilegt samstarf, þar á meðal Mercedes, Rolls-Royce, GM, Alfa Romeo, Porsche, Citroen, MAN og fjöldi vélasmiða kaupa leyfi. Þar á meðal er Mazda, en forseti hennar, Tsunei Matsuda, sér mikla möguleika í vélinni. Auk samráðs við NSU verkfræðinga er Mazda að setja upp sína eigin Wankel vélaþróunardeild, sem í upphafi inniheldur 47 verkfræðinga.

New York Herald Tribune segir Wankel vélina byltingarkennda uppfinningu. Á þeim tíma sprakk hlutabréf NSU bókstaflega - ef árið 1957 verslaðu þau fyrir 124 þýsk mörk, þá náðu þau 1960 í kosmískum 3000 árið 1960! Árið 1963 var fyrsti Wankel-knúni bíllinn, NSU Prinz III, kynntur. Það var fylgt eftir í september 500 af NSU Wankel Spider með eins hólfa 3 cc vél, sem vann þýska meistaratitilinn tveimur árum síðar. Tilfinningin á bílasýningunni í Frankfurt 1968 var hins vegar nýr NSU Ro 80. Glæsilegur fólksbíllinn, hannaður af Klaus Lüthe, er framúrstefnulegur í alla staði og loftaflfræðileg form (flæðistuðull upp á 0,35 gerir bílinn einstakan einstakan). á sínum tíma) voru mögulegar með lítilli tveggja snúninga vél KKM 612. Gírkassinn er með vökvakúpling, fjórar diskabremsur og framhlutinn er staðsettur við hlið skiptingarinnar. Ro 80 var svo áhrifamikill fyrir sinn tíma að hann hlaut bíl ársins 1968. Árið eftir hlaut Felix Wankel doktorsgráðu sína frá Tækniháskólanum í München og hlaut gullverðlaun þýska verkfræðingasambandsins, virtustu verðlaunin fyrir vísindaleg og tæknileg afrek í Þýskalandi.

(að fylgja)

Texti: Georgy Kolev