A Mazda Wankel-motorjainak műszaki adatai és jövőbeli alkalmazásai sportautókban

A sorozatban gyártott bolygódugattyús, azaz Wankel elvű Mazda motorokat már megismerhették korábbi írásainkban. Természetesen nem minden ötlet és kísérlet jutott el a szériagyártásig, de ez nem jelenti azt, hogy a prototípus fázisban maradt motorok ne lennének figyelemre érdemesek. A Mazda, mint a Wankel-motor egyik legfőbb fejlesztője és alkalmazója, hosszú és innovatív utat tett meg ezen különleges erőforrás tökéletesítésében. A kezdeti kihívásoktól a hatékonyságot növelő kísérletekig, egészen a modern sportautó koncepciókban való alkalmazásig, a Wankel-motor műszaki adatai és fejlesztései szorosan kapcsolódnak a márka sportos imázsához.

A Mazda Wankel-motorjainak korai fejlesztése és technikai kihívásai

A Mazda története a Wankel-motorokkal 1961-ben kezdődött. Az első Mazda által épített motor tulajdonképpen még azon az NSU KKM400 Wankel-motoron alapult, melyet maga a német cég bocsátott a Mazda rendelkezésére. Ezt a motort egyaránt tesztelték próbapadon és egy könnyű kisautóban 1962-ben.

Az első saját fejlesztések és azok műszaki adatai

A Mazda első saját építésű bolygódugattyús erőforrása, melynek alapjait még az NSU KKM400 motor adta, a 40A típus, kód 0350 volt, amelyet 1961 áprilisában mutattak be. A 40A 0350 mindössze egy bolygódugattyúval rendelkezett, melyhez 386 cm³-es kamratérfogat tartozott (e=14mm, R=90mm, b=59mm). Az előzőleg bemutatott 40A egyrotoroshoz hasonlóan ez a motor is periférikusan, tehát a trochoid felületen elhelyezett szívó- és kipufogónyílásokkal rendelkezett.

A 0350 motor viszonylag hamar két jelentős problémát mutatott, mely lelassította a korai Wankel-fejlesztés ütemét. Ezek közül a fontosabb a trochoid ház sérülése volt, mely már 200 órányi próbapadi működés után jelentős teljesítménycsökkenéshez vezetett. Az öntöttvas apex éltömítéseken, a krómozott trochoid felületen csúszva úgynevezett tapadási vibráció lépett fel, mely kikezdte a jobb tömítettség érdekében finoman kialakított sima felületet. A trochoid ház elégtelen kenése, a tömítések természetes rezgési frekvenciája, illetve a sztatikus és kinetikus tapadási összetevők szintén hozzájárultak ennek a problémának a kialakulásához. A trochoid ház említett kopásának megelőzésében az első áttörést az üreges öntött vas apex éltömítések alkalmazása jelentette.

Többrotoros motorok és a sportautó-fejlesztés kezdetei

A Mazda L8A 0353 két-bolygódugattyús motor, 1962 decemberében készült el, és ez volt az első kétrotoros egység - 399 cm³-es kamránkénti térfogattal -, melyet autóba szereltek. A kamratérfogata 2x399 cm³ volt, e=1mm, R=98mm, b=56mm méretekkel. Ezt a kétrotoros erőforrást azzal a gondolattal építették és fejlesztették, hogy ezt már egy szériagyártású Mazda típusban is alkalmazni fogják. Az egyik ilyen erőforrás az L402A kódot viselő 1963-as Mazda prototípus sportautóba került beszerelésre, melyből később a már ismert L10A Cosmo Sport született. Az L8A Wankel kétrotoros és egyrotoros (ilyen is volt) verziója az 1963-as Tokiói Autószalonon is kiállításra került.

A Mazda ambíciói azonban nem álltak meg a kétrotoros motoroknál. Motorkód 3804, 1963 December: ez a három bolygódugattyús motor a kétrotoros L8A 0353 motor leszármazottja. A 3805 kódú, 1963 decemberi négy bolygódugattyús verzió 4x399 cm³ kamratérfogattal rendelkezett, radiális illesztésű excentrikus tengellyel. A Wankel elvű motorok felépítéséből adódóan kettőnél több rotor alkalmazása esetén az excentrikus tengelynek és fő csapágyháznak egyaránt szét-össze szerelhetőnek kellett lennie, melyet korábbról ismert Hirth típusú radiális illesztéssel oldottak meg. Mindkét többrotoros konstrukció a korábbi L8A 0353 motor leszármazottja, azzal azonos darabonkénti kamratérfogattal (399 cm³). A négy bolygódugattyús motorok egyike lerövidített négycsöves kipufogórendszerrel lett felszerelve, és egy középmotoros elrendezésben került a kétüléses Mazda R16A prototípus sportautóba.

A Wankel-motor hatékonyságának növelése és a K-autó szegmens

A takarékosság mint célkitűzés mindig ott lebegett a Wankelt fejlesztő Mazda mérnökök szeme előtt. Miután a kétrotoros L10A Wankelt már sorozatban gyártották, a megfelelő teljesítmény és a kisebb méret egyensúlyának keresése során született meg az ÚJ 400 motor (kód: 3867), melynek egyenkénti kamratérfogata 395 cm³ volt. A trochoidot jellemző méretek különböztek az L10A-tól, hiszen az excentrikusság 13,5 mm, az R=94 mm volt, de a kamra szélesség maradt 60 mm.

Wankel-motor a K-autókban

A Mazda egyike volt a Japán K-autó mozgalom alapító tagjainak. Ez a mozgalom tulajdonképpen belpiacos kicsi és könnyű személyautó kategóriát jelent, előírásokban maximalizált karosszéria-, illetve motor-méretekkel. A kezdeti években egy K-autónak maximum 360 cm³ hengerűrtartalmú motorja lehetett, mely később 550, míg napjainkra 660 cm³-re emelkedett. A Mazda személygépkocsi gyártása 1960-ban indult a kicsi R360 kupéval. Ezt hamarosan (a 60-as évek végén) a Honda is belépett a K-mozgalomba, így az addig viszonylag nyugodt kategóriában megindult a teljesítményhajhászás. A Mazda felismerte, hogy négyhengeresük nem tud lépést tartani az erősebb konkurensekkel, de volt a tarsolyukban egy Wankel-motor.

A furat csökkentésével (60 mm-ről 43,5 mm-re) az L10A motor felének kamratérfogata 356 cm³ lett, és így elkészült egy újabb Mazda Wankel-motor 3912-es kóddal 1970 januárjában. Maximális teljesítménye 35 lóerő volt, mellyel a 360 cm³-es K-autó szegmensben kimagaslott a mezőnyből. Ez egy szimpla rotoros motor volt.

Fejlett befecskendezési és töltési rendszerek a Wankel-motorokban

A bolygódugattyús Wankel elvű motoroknak sok olyan egyedi tulajdonsága van, melyet hagyományos dugattyús motorokban nem találunk meg. A Wankel-motor hasznos működési tere geometriailag hosszú és lapos. Az egész tér mozog, ahogy a rotor (bolygódugattyú) az Otto-motorok négy ciklusa alapján a beömlés, sűrítés, égés, kipufogás szakaszain végighalad. Minden ciklus másfélszer (1,5) hosszabb ideig tart, mint egy dugattyús motorban.

• ROSCO (Rotary Stratified Charge): A forgó réteges töltés angol elnevezésének rövidítéséből ered a ROSCO név. Ebben a Wankel-motorban egy rezgőszelepet alkalmaztak az elsődleges periférikus (tehát trochoidon) szívócsatornában, és volt egy hozzáadott további oldalsó beömlő csatorna is, illetve egy közvetlenül a trochoid házra szerelt benzinbefecskendező. Kis terhelés esetén a levegő csak a periférikus szívócsatornán érkezett a motorba, és az így kreált erősen örvénylő légáramlatba fecskendezték be a benzint. A légörvénnyel ütköző benzin így gyakorlatilag atomizálódott, tökéletesen porlasztódott. Egy a periférikus beömlő csatornában alkalmazott speciális rezgőszelep (Reed valve) akadályozta meg, hogy elégett gázok kerüljenek vissza a szívótérbe.
• „Állandó Égéstér Módszer”: Ez tulajdonképpen egy Mazda által kifejlesztett előégésteret takar. A trochoid házon oldalán a szívó és kipufogó oldallal szemben elhelyezett előégéstér kamrának volt egy gyújtógyertyája és egy befecskendező szelepe. Kis motorterhelés esetén csak ebbe a speciális kamrába fecskendeztek üzemanyagot, ahol azt meg is gyújtották. Nagyobb terhelésnél a segédkamra önmagában már nem nyújtott elegendő energiát, így egy különálló karburátor is táplálta benzin/levegő keverékkel a szokásosan elhelyezett oldalsó beömlő csatornát.
• DISC (Direct Injection Stratified Charge): A Mazda kutatásai elvezettek a DISC, azaz közvetlen befecskendezésű, réteges töltésű kísérleti motorhoz. Az alacsony nyomású iker befecskendező szelepek voltak egymással szemben elhelyezve mindkét kamra oldalfalaiban, igen közel a másodlagos (trailing) gyújtógyertyák síkjához. A DISC motor privilégiuma a kiváló termikus hatásfok volt, mely a fojtószelep elhagyásával csökkentett töltési veszteség, illetve a határozottabban pozícionált égéstér következtében csökkent hőmérsékleti veszteségek eredménye. Ezáltal a Mazda DISC-I Wankel-motor tökéletesen alkalmazhatóvá vált ún. stabilmotor alkalmazásokban, azaz ipari motorként, ahol állandó a fordulatszám és a terhelés.
• DISC-II: A Mazda DISC-II Wankele a benzin és levegő optimális szabályzásával sikeresen túllépett a DISC-I motor problémáin. A DISC-II kamránként két alacsony nyomású befecskendezőt tartalmazott, melyeket egy tandem benzinpumpa páros táplált. A pilot injektor a mellékkamrába volt pozicionálva, "megosztozva" azon az elsődleges gyújtógyertyával. A fő kamra és a mellékkamra (alkamra) között egy keskeny és szeleppel ellátott járat volt. A befecskendezett benzin nagy része a fő kamrába jutott, azonban a fő és alkamrák közötti szelepelt átjáró miatt egy kisebb elporlasztott mennyiség maradt az alkamrában, mely a gyújtógyertya körül tökéletes benzin/levegő elegyet hozott létre. A levegő/üzemanyag keverék aránya igen stabil volt az alkamrában, nem befolyásolta azt a fő kamra nyomásváltozása, így stabil gyújtást eredményezett.
• Miller ciklus Wankel: A Mazda mindig hitt abban, hogy a Miller-ciklus gyarapíthatja a belső égésű motorokban rejlő fejlesztési tartalékokat. A Mazda Miller-ciklussal kapcsolatos korábbi kutatási eredményeit egy kísérleti Wankel-motoron is alkalmazták azzal a céllal, hogy radikálisan csökkentsék a töltési veszteségeket. Kis terhelésen, amikor nincs szükség nagy teljesítményre, a motor csak kevés levegőt szív a kismértékben nyitott pillangószelepen keresztül. A töltési veszteség jelensége akkor így lép fel, hiszen a motor nem tud elegendő levegőt szívni, így a vákuum fékezi a rotorok mozgását.
• TSC (Timed Supercharging): Időzített feltöltés kompresszorral, melynek angol megfelelőjét rövidítette a Mazda TSC. A töltőnyomásról egy nagy hatásfokú levegőpumpa, azaz kompresszor gondoskodott. Mindkét kamrába vezetett egy másodlagos levegőcsatorna, a normál beömlőnyílás felett, mely csatorna csak levegőt szállított. A Renesis-t tervező Seiji Tashima már részt vett a korai vane-típusú kompresszoros, majd a későbbi Roots-típusú feltöltős TISC motor tervezésében is.

Nagy teljesítményű Wankel-motorok sportautókhoz

Ez a meglepő négyrotoros motor (kód 2002, 1970) egy Mazda luxus négyajtóst hajtott volna, válaszul a Toyota és a Nissan zászlóshajó szedánjaira. Kissé leegyszerűsítve tulajdonképpen két darab 10A motort építettek össze, a két 10A excentrikus főtengelyt a bevált Hirth-féle kapcsolással téve szerelhetővé.

A 21A motortípust kifejezetten a Mazda X020G fejlesztési néven futó sportautóba tervezték, melynek olyan neves ellenfelek között kellett volna helytállnia, mint a Jaguar E-type, Porsche 911, vagy Chevrolet Corvette. Ez a motor a valaha létezett legnagyobb egyenkénti kamratérfogatú Mazda Wankel-erőforrás volt, hiszen a két bolygódugattyús motor kamránként 1046 cm³-es térfogattal rendelkezett. Az akkoriban kirobbanó olajválság sajnos véget vetett az X020G Mazda sportautó és a 21A Wankel fejlesztési munkáinak.

Az I. Fázisú Fejlett 3 Rotoros motor (kód 20X Turbó) volt az első ismert multi-rotoros Mazda motor, melyet az új kapcsolási móddal illesztett excentrikus tengellyel szereltek. A Wankel-motor kettőnél több rotor alkalmazása esetén, csak két darabból álló excentrikus tengellyel gyártható. A Mazda korábbi multi-rotoros Wankeleiben úgynevezett fogazott Hirth típusú illesztést használtak a két excentrikus tengelydarab merev kapcsolására, de később torziós merevség szempontjából nem bizonyult elég erősnek ez az eljárás. Az I. fázisú 3 rotoros motorban a két tengelydarabot már kúposan illesztették az egyes és kettes kamra között. A későbbi sorozatgyártású 13B-REW, illetve a Mazda multi-rotoros verseny erőforrásaiban is ezt a módszert alkalmazták. Ez az I. fázisú fejlett erőforrás az 1985-ös Mazda MX-03 koncepcióautót hajtotta.

Az MX-03 koncepcióautó fejlesztése 1984-ben kezdődött, és egy év múlva fejeződött be, majd az 1985-ös év végi Tokiói Autókiállításon be is mutatták. A 13B motor rotor és házméreteivel megegyező geometriájú, de háromrotoros DEI rendszerű motoron volt turbófeltöltő és töltőlevegő-hűtő. Az 8,5:1-es kompressziós viszonnyal rendelkező 20X két turbófeltöltővel támogatva 320 lóerőt teljesített 7000 percenkénti főtengely (excentrikus tengely) fordulatszámon. Az egy második generációs RX-7-be szerelt motor (nem minden korábbi kísérleti motor volt autóba is szerelve) 393 Nm maximális nyomatékot teljesített. Ez az I. Fázis motor a 13B kamraméreteivel rendelkezett, azonban ebben alumínium bolygódugattyúk voltak. További érdekesség, hogy sok helyen kerámiát alkalmaztak az erőforrásban. A trochoid ház belseje például ebből az anyagból készült, melyet az alumínium trochoid ház felmelegítése után préseltek bele abba. Az alumínium bolygódugattyú égéstér mélyedése is kerámiából készült, melyet öntéssel rögzítettek az alumínium rotoron. A szériagyártású motorokkal szemben a Mazda 20X-nek kerámia apex éltömítései és saroktömítései voltak. Ezekben a periférikusan - azaz trochoidon - elhelyezett kipufogónyílású Wankelekben a rotorok, vagy bolygódugattyúk oldalsó tömítései viszont már nem kapnak akkora hőterhelést, így az oldalsó tömítések fészkét közvetlenül az alumínium rotorokba marták. A kerámia használatának ezekben a kísérleti motorokban egyik nagy előnye volt, hogy könnyen megmunkálhatóak voltak, mint nyílások (portok), gyújtógyertya furatok, tömítés fészkek. A kipufogó nyílás szintén kerámiából készült belsőt kapott a jobb hőállóság érdekében. Az I. fázis háromrotoros meglehetősen kompakt erőforrás, 860 mm /670 mm /500 mm hossz./szél./magasság méretével. A rövidségéhez az első fedlaphoz közel elhelyezett meghajtási elemek, és a száraz karteres kenés is hozzájárult.

A 20B 10 egyetlen példányban készült motor speciálisan lett megépítve és beépítve az Egyesült Államokban egy módosított második generációs RX-7 típusba, a típus 10. évfordulóját ünnepelve. Az egyetlen példányban létező háromrotoros motorú RX-7 csak kissé különbözött a szériagyártású (2 rotoros) verziótól. Az évfordulós motor nagyon sok azonos alkatrészt tartalmazott a feltöltő nélküli 13B motorral.

A Mazda RE10X egy kisméretű, nagy teljesítményű, két bolygódugattyús könnyű motor volt, melyet egy kis kétajtós sportautó hajtására terveztek. Az 1987-es Tokiói Autókiállításon mutatkozott be ezzel a motorral szerelve a Mazda MX-04 koncepcióautó. Mint a motor nevében látható számozásból is kiderül, a kamratérfogat 1 liter volt, azaz kamránként 1000 cm³.

Wankel a modern Mazda modellekben: MX-30 R-EV

Még mindig különleges látvány az utakon a Mazda MX-30, amely bár a Kodo formanyelv alapján készült, mégis egyből jelzi, hogy ő a „zöld bárány” a palettán. A Mazda MX-30 R-EV-től nem számíthatnak vérbeli sportautós élményre, viszont egy jól használható plug-in hibridre igen. Az R-EV változatban az akkumulátor mérete körülbelül a felére csökkent. Egészen pontosan 17,8 kWh, ami papíron 85 kilométeres villanyhatótávot eredményez, de átlagos körülmények között valószínűleg jobb eredményt is tud. Ez sem kevés, hiszen simán tudja hozni így az emissziómentes napi ingázást. Ha pedig nagyobb útra kell az autó, akkor ott a 830 köbcentis Wankel-motor, ami 75 lóerejével csak a lítium-ion akkumulátor töltésére szolgál. A valódi haladáshoz a 170 lóerős villanymotor dolgozik 260 Nm nyomaték mellett, ez pedig megfelelő dinamikával képes mozgatni az üresen 1,77 tonnás, tehát nem túl nehéz autót. Százas sprintje is 10 másodperc alatti. Ez a modell a környezettudatos és gazdaságos közlekedésről szól. Bár a futóművét is inkább a feszes felé hangolták, szóval még némi kanyarvadászatra is alkalmas lehet. Szóval végső soron inkább nyugis gép ez, ami akár 600 kilométert is megtehet. Ha a Wankel elkezdi kortyolgatni a benzint, akkor 5,8 literes átlagfogyasztásra kell számítani (miután elfogyott a villanyhatótáv), de az akksi is feltölthető akár 36 kilowattal is fél óra alatt.

Az MX-30 története még 2019-ben indult, amikor a Mazda bemutatta első tisztán elektromos autóját. A modell fejlesztői tudatosan szembefordultak a trendekkel, és a „rightsizing” filozófia mentén csupán egy kis méretű, 35,5 kWh-s akkumulátort szereltek a járműbe. A Mazda már a kezdetektől számolt egy alternatív megoldással: ez lett a 2023 elején bemutatott MX-30 R-EV. A modell különlegessége a Wankel bolygódugattyús motor volt, amely kizárólag áramtermelésre szolgált. A kisebb, 17,8 kWh-s akkumulátor mindössze 85 kilométeres elektromos hatótávot biztosított, viszont a teljes hatótáv meghaladta a 650 kilométert. Sajnos azonban Európában a márka kivezeti az MX-30 R-EV modelljét, ezzel végleg lezárva a márka első elektromos típusának pályafutását. A döntést a gyártó "több tényező együttes hatásával" indokolta, amelyek között a változó vásárlói igények és a gyártási prioritások is szerepelnek. A tisztán elektromos hajtású testvérére 2,8 millió forintos támogatás járhat, amivel jelentős árelőnyt élvez, így a Wankel-reneszánszát egy időre parkolópályára teszi.

A jövő kompakt sportautója: Mazda Iconic SP és a Wankel

A jövő kompakt sportkocsiját tárja a nagyközönség elé a Mazda a Japan Mobility Show-n. A Mazda a jelek szerint tovább dolgozik egy Wankel-motoros sportautón, ám nem egészen úgy, ahogy ahogyan a rajongók elképzelték - mondjuk egy új RX-7-ben, vagy megidézve az 1991-es Le Mans győztes 787B-t.

Merev tetejével a Mazda Iconic SP egyértelműen kupé, amely különösen látványos az előre, felfelé nyíló ajtajaival. Ám ezt a tanulmányt néhány tollvonással roadsterré lehet alakítani. Az Iconic SP amúgy sem teljesen új, a kétajtós autó virtuális tanulmányként már 2022 decemberében, a japán márka jövőstratégiájának ismertetésekor látható volt. Az akkori bemutatóhoz képest a színt leszámítva az új, testet öltött tanulmány alig változott, de végre tudunk adatokat.

A Mazda Iconic SP 4,18 méteres hosszával, 1,85 méteres szélességével és 1,15 méteres magasságával egy osztállyal a jelenlegi MX-5 fölött áll. A tengelytávja is nagyobb, 2331 mm helyett 2590 mm. Ugyanez vonatkozik a tömegre is. Az Iconic SP 1450 kilót nyom, míg a jelenlegi MX-5 kicsivel kevesebb mint 1200 kilós. Sokat sejtetően a Japan Mobility Show-n a Mazda kiállítása teljes egészében az MX-5-re koncentrál.

A hosszú, lapos első motorháztetős karcsú karosszéria alatt elektromos hajtás lapul, ahogyan azt már a Mazda MX-30 e-Skyactiv R-EV modellből is ismerjük. Ott egy 125 kW-os (170 LE) villanymotor hajtja az első kerekeket, de az MX-5 utódban ez persze a hátsókat hajtja majd. Az elektromos energiát 17,8 kWh kapacitású akkumulátor szolgáltatja. A meglehetősen szerény áramtároló-képesség ellensúlyozására egy Wankel-motoros generátort kap az autó.

A 8C jelű, egytárcsás Wankel-motor kamratérfogata 830 köbcenti, teljesítménye 75 lóerő, nyomatéka 117 Nm. Egyetlen feladata egy generátor hajtása, amely az akkumulátort tölti. Az MX-30 esetében ezzel a módszerrel akár 680 kilométeres hatótávolság is elérhető. A Mazda hangsúlyozza, hogy ez a hajtás jól skálázható, bőven van még tartalék benne egy sportautó számára. A bemutató autó Wankel-motorja például kéttárcsás, amit középen, az utasok előtt helyeztek el. Az Iconic SP villanymotorja 272 kW teljesítményű, ami bő 370 lóerőnek felel meg.

tags: #mazda #mx #5 #adatok #wankel #motor