A Mazda Wankel-programjának 65. évfordulója – 1. rész

A jubileum a japán fejlesztési program kezdetéhez kapcsolódik. 1961. novemberében a Mazda már saját fejlesztésű bolygódugattyús motorját tesztelte. A sorozatgyártásig azonban még hat évnek kellett eltelnie. Az MX-30 R-EV európai forgalmazását 2026 elején megszüntették.

Hatvanöt évvel ezelőtt, 1961-ben a Mazda olyan motorfejlesztési programba kezdett, amely meghatározta a vállalat műszaki arculatát, és az autóipar egyik legkülönlegesebb erőforrásának sorozatgyártásához vezetett. A Felix Wankel nevéhez fűződő bolygódugattyús motor kis méretével, nagy fajlagos teljesítményével és egyenletes járásával új lehetőségeket ígért. A konstrukció azonban olyan tömítési, hőtechnikai és emissziós problémákat is felvetett, amelyek megoldása évtizedeken keresztül foglalkoztatta a japán mérnököket.

A Wankel-motor története ezzel még nem ért véget: a Mazda a villamosított hajtásrendszerek korszakában új feladatot talált számára. A sportautók nagy fordulatszámú erőforrásából kompakt áramfejlesztő motor lett, miközben a fejlesztések újra felvetik a közvetlen járműhajtás lehetőségét is.

1961 – A Mazda elkötelezi magát a Wankel-motor mellett

A bolygódugattyús motor történetének meghatározó szereplője a német Felix Wankel, akinek konstrukciós elképzelései az NSU Motorenwerke fejlesztéseiben öltöttek gyakorlati formát. Az 1950-es évek végén a Wankel-motor az autóipar egyik legígéretesebb új erőforrásának számított. A hagyományos dugattyús motorokhoz képest kevesebb mozgó alkatrészt, kompaktabb felépítést és kedvezőbb rezgési tulajdonságokat ígért.

A Mazda vezetése felismerte a technológia stratégiai jelentőségét. Az akkor még Toyo Kogyo néven működő vállalat 1961 júliusában licencmegállapodást kötött a német NSU-val. A döntés mögött iparpolitikai szempontok is álltak. A japán autóipar átszervezése idején a Mazdának szüksége volt olyan önálló műszaki kompetenciára, amellyel megkülönböztethette magát a nagyobb gyártóktól.

1961 novemberében a Mazda már saját fejlesztésű bolygódugattyús motorját tesztelte.

A jubileumi évforduló tehát nem a Wankel-elv feltalálásához, hanem a japán fejlesztési program kezdetéhez kapcsolódik. A sorozatgyártásig azonban még hat évnek kellett eltelnie.

A Wankel-motor működési elve – egyszerű mechanika, összetett égési folyamat

A Wankel-rendszerű motor alapvetően eltér a hagyományos alternáló dugattyús belső égésű motoroktól. A konstrukcióban egy megközelítőleg háromszög alakú, ívelt oldalú rotor végez bolygómozgást az epitrochoid alakú motorházban. A rotor három csúcsa a ház belső felületével érintkezve három, folyamatosan változó térfogatú munkateret határol. Ezekben a terekben egymást követően megy végbe a szívás, a sűrítés, az égés és a kipufogás folyamata. A rotor mozgását egy excentertengely alakítja át hasznosítható forgómozgássá. A hagyományos motorokkal szemben nincs szükség dugattyúkra, hajtórudakra vagy a megszokott szelepvezérlési mechanizmusra. A gázcserét a motorház megfelelően kialakított szívó- és kipufogónyílásai biztosítják. A mechanikai egyszerűsítés számos előnnyel járhat. A motor rövid építési hosszúságú, kis tömegű és kevésbé hajlamos a hagyományos dugattyús motorokra jellemző tömegerőkből származó rezgésekre. Mindez azonban nem jelenti azt, hogy a motor hőtechnikai és tribológiai szempontból is egyszerű. Éppen ellenkezőleg.

A Wankel-motor egyik alapvető konstrukciós ellentmondása, hogy miközben mechanikai felépítése egyszerűbbnek tűnik, az égéstér tömítése, kenése és az égési folyamat optimalizálása rendkívül összetett feladat. A rotorcsúcsoknak a motor működése során különböző hőmérsékletű és nyomású zónákon kell áthaladniuk. A hosszúkás, mozgás közben alakját változtató égéstér pedig kedvezőtlenebb feltételeket teremthet a lángterjedéshez és a teljes égéshez, mint egy korszerű dugattyús motor kompakt égéstere. A kamratérfogat meghatározása is sajátos. A Wankel-motor névleges térfogatadata nem vethető össze minden további nélkül egy hagyományos, négyütemű dugattyús motor lökettérfogatával. Ez a teljesítményadatok, a fajlagos jellemzők és a szabályozási besorolás értelmezésekor egyaránt figyelmet érdemel.

Az „ördög karomnyomai” – a tömítéstechnika meghatározó szerepe

A Mazda első fejlesztési éveinek legjelentősebb problémáját a rotorcsúcsok tömítése jelentette. A csúcstömítéseknek – apex seals – folyamatosan érintkezniük kell a rotorház belső felületével, miközben biztosítják az egymástól elválasztott munkaterek megfelelő gáztömörségét. Az első motoroknál a rotorház belső felületén jellegzetes hullámos kopásnyomok jelentkeztek. A Mazda mérnökei ezt a károsodást az „ördög karomnyomainak” nevezték. A kopás mellett a tömítések élettartama és a különböző üzemi állapotokban jelentkező tömítetlenség is komoly akadályt jelentett.

A Mazda 1963-ban önálló Wankel-motor-fejlesztő részleget hozott létre. A mérnökök módosították a csúcstömítések anyagát és geometriáját, továbbfejlesztették a rotorház felületkezelését, és új kenési megoldásokat dolgoztak ki. A fejlesztésekben nagy szerepet kapott a felületek súrlódási és kopási tulajdonságainak vizsgálata. A speciális keménykrómozott felületek, az új tömítőanyagok és a pontosabb gyártástechnológia végül lehetővé tették a megfelelő élettartam elérését. A Wankel-motor sorozatgyártásra alkalmassá tétele így a tribológia és az anyagtechnológia egyik jelentős autóipari eredményének tekinthető.

1967 – Megszületik a Mazda Cosmo Sport

A hatéves fejlesztési program eredményeként 1967. május 30-án bemutatkozott a Mazda Cosmo Sport 110S. Ez volt a világ első sorozatgyártású sportautója kétrotoros Wankel-motorral. A motor egy rotorra jutó névleges kamratérfogata 491 cm³ volt, így a kétrotoros erőforrás teljes névleges kamratérfogata 982 cm³-t tett ki. A motor 110 lóerőt adott le, az autó végsebessége pedig elérte a 185 km/h-t. A Cosmo Sport konstrukciója jól kihasználta a Wankel-motor kis építési méreteit. Az alacsony motortér, a kedvező tömegeloszlás és a különleges hajtási karakterisztika olyan sportautó létrehozását tette lehetővé, amely a korszakban valóban újszerűnek számított. A Mazda ezzel bizonyította, hogy a Wankel-motor nem csupán laboratóriumi különlegesség. Megkezdődött a bolygódugattyús motorok sorozatgyártásának korszaka.

A sportautóktól a Le Mans-i győzelemig

A Cosmo Sportot számos további Wankel-motoros Mazda követte. A gyártó a technológiát nem kizárólag sportautókban alkalmazta. Megjelent kupékban, személygépkocsikban, pickupokban és autóbuszban is. Az 1978-ban bemutatott RX-7 azonban különleges helyet foglal el a Wankel-motor történetében. A sportautó konstrukciója a kompakt és nagy fordulatszámú motor előnyeire épült.

A későbbi RX-7-generációkban a Mazda turbófeltöltést és fejlett elektronikus motorvezérlést alkalmazott. Az 1990-ben megjelent Eunos Cosmo háromrotoros motorja újabb bizonyítéka volt a konstrukció fejleszthetőségének. A technológia legnagyobb versenysporteredménye 1991-ben született. A Mazda 787B négyrotoros R26B motorjával megnyerte a Le Mans-i 24 órás versenyt. Ez volt az első japán gyártói győzelem a verseny történetében. A siker jelentősége túlmutatott a motor teljesítményén. A 24 órás verseny rendkívüli igénybevételt jelent a motor kenési, hűtési és tömítési rendszere számára. A győzelem ezért a Mazda fejlesztőmunkájának és a Wankel-motor megfelelően kialakított versenykonstrukciója tartósságának is fontos bizonyítéka volt.

Az olajválság megmutatta a konstrukció gyenge pontját

A Wankel-motor kedvező teljesítmény- és tömegjellemzői mellett kezdettől fogva problémát jelentett a viszonylag nagy tüzelőanyag-fogyasztás.

Az 1973-as olajválság különösen érzékenyen érintette a Mazdát. A gyártó a Phoenix program keretében a Wankel-motorok fogyasztásának jelentős csökkentését tűzte ki célul. A program célkitűzése 40%-os fogyasztásjavulás elérése volt. A fejlesztések többek között az égési folyamat optimalizálására, a gázcsere javítására, a súrlódási veszteségek csökkentésére és a motorvezérlés továbbfejlesztésére irányultak. A fogyasztás jelentős javítása azonban nem szüntette meg a konstrukció alapvető hőtechnikai hátrányait. A Wankel-motor égésterének nagy felület/térfogat aránya jelentős hőveszteséget eredményezhet. A hosszúkás égéstér miatt a lángfrontnak nagyobb távolságot kell bejárnia, ami kedvezőtlenül befolyásolhatja az égés teljességét. A rotorcsúcsok közelében lévő térségekben el nem égett tüzelőanyag maradhat vissza. Ez különösen a szénhidrogén-kibocsátás szempontjából fontos.

A motor kenése további problémát jelent, mert a csúcstömítések megfelelő működéséhez egyes konstrukcióknál kenőolaj célzott bejuttatására van szükség. A Wankel-motor emissziós fejlesztése ezért szorosan összekapcsolódott az égéstér-geometria, a tömítéstechnika, a kenési rendszer és a kipufogógáz-utókezelés fejlesztésével.

Vége az 1. résznek

Forrásjegyzék a cikk 2. részének végén található

Folytatjuk!