Vi är skyldiga skapandet av den roterande motorn till en viss Dr. Felix Wankel . 1924, vid 22 års ålder, skapade han sitt forskningslaboratorium dedikerat till konstruktionen av en roterande motor. Intresserad av hans arbete subventionerar det tyska luftfartsministeriet sin forskning under andra världskriget, i tron att det skulle vara framtidens ingenjörskonst. Efter kriget skapar en motorcykeltillverkare, NSU, ett partnerskap med Wankel.
1958 föddes den första funktionella och praktiska rotationsmotorn, KKM. Med en enda rotor har KKM en total deplacement på 400cm³. NSU tillkännager officiellt, 1959, framgången för Wankelrotary-motorn. Mer än hundra företag runt om i världen övertar för närvarande de tekniska planerna för denna motor. Trettiofyra av dem är japanska.
Flera tillverkare försökte utveckla detta koncept utan att komma med en färdig produkt. Konstigt nog är det bara ett litet japanskt företag vid namn Toyo Kogyo som fortsätter forskningen, medan andra ger upp. Jujiro Matsuda, dåvarande VD för företaget, är övertygad om potentialen hos denna revolutionerande motor. 1961 skrev han på ett kontrakt med NSU för att gemensamt designa en livskraftig prototyp. Efter framgången för sin mest framgångsrika division, döps Toyo Kogyo om i namnet på den berömda tillverkaren som alla idag känner till Mazda .
1963 öppnar Mazda sin forskningsavdelning som enbart är dedikerad till den roterande motorn. KenichiYamamoto, som då är chef för denna division, har mer än 47 ingenjörer till sin tjänst. Hans uppdrag? Hitta en praktisk användning av den roterande motorn för att rikta in dig på massproduktion och kommersiell försäljning. Två stora problem försenar marknadsföringen:för tidigt slitage av interna komponenter och extremt hög oljeförbrukning. Efter många månaders forskning och mer än 300 timmars testning, löser nya tätningar och olja som utformats speciellt för den roterande motorn dessa två stora problem.
Till skillnad från originalkonceptet föredrar Mazda att designa en multirotormotor. Enkelrotorprototypen byggd av NSU var, vid låga hastigheter, ganska anemisk i vridmoment och led av instabilitet som resulterade i obehagliga vibrationer. I december 1964 tillverkade forskningsavdelningen en dubbelrotorenmotor med en 491cc förbränningskammare, kallad typ 3820. Denna motor tog sig snabbt till produktionslinjerna under kodnamnet 10A.
10A är den första roterande motorn som marknadsförs i en bil. Dess första framträdande går tillbaka till den 30 maj 1967, då Mazda säljer Cosmo Sport, den enda enrotorracingbilen i världen. Utrustad med en dubbel fyrrörsförgasare monterad i sidled på insugsportarna och tändstift för varje rotor, utvecklar 10A en effekt på 110 hk. Med tanke på bilens lätthet och den teknik som var tillgänglig vid den tiden, anses Cosmo Sport vara en teknisk bedrift av bilpressen.
Det var inte förrän 1970 som Mazda började exportera sina fordon till Nordamerika. Tyvärr är USA just nu i färd med att anta de strängaste utsläppsnormerna. Dessutom är de mitt i en oljekris. För att motverka problemet skapar Mazda en termisk reaktor som förbränner förorenande utsläpp. Tillverkaren kan äntligen marknadsföra den första roterande motorbilen i Nordamerika, R100 .
Andra innovationer, såsom högintensiva tändsystem och reaktiva avgasgrenrör, gör att Mazda kan minska bränsleförbrukningen med upp till 40 %, vilket säkerställer livskraften för den nordamerikanska roterande motorn.
Som ett resultat av dess framgång med att minska utsläppen av föroreningar och bränsleförbrukning, driver Mazda sin forskning för att maximera prestanda hos sina roterande motorer. En av de första förbättringarna som gjordes var designen av ett sexports intag för 12A-rotationsmotorn (två 573 cc-kammare). Varje rotor är utrustad med tre intagsportar vars öppning styrs i två steg. Denna mekanism förbättrar bränsleeffektiviteten utan att ge avkall på avancerad prestanda. En av de första bilarna – och definitivt en av de mest kända – som drar nytta av denna motor är den allra första versionen av RX-7, FB3S, född i mars 1982. Det kommer dock att bli nödvändigt att vänta till 1983 innan man ser den första turboladdade RX:en -7.
Turboladdning och roterande motorer har alltid fungerat bra. Detta beror främst på att roterande motorer tenderar att frigöra mer energi från avgasporten jämfört med traditionella motorer. Detta karaktärsdrag kan tillskrivas det plötsliga öppnandet av avgasportarna som är indirekt i linje med rotorns utdrivningsrörelse. Och, naturligtvis, mer energi som kommer ut ur avgaserna möjliggör bättre användning av en turboladdare.
Den andra generationen av RX-7, FC3S, är förmodligen mer känd för roterande motorer. Fyra versioner finns tillgängliga vid den tiden, nämligen SE, GTU, GLX och Turbo II. De tre första drivs av en atmosfärisk version och har elektronisk insprutning av 13B-motorn (två kamrar på 672cc). FC3S, som introducerades 1985 som 1986 MY, är den första RX-7 som har skivbromsar på alla fyra hjulen. Den grundläggande SE-modellen är utrustad med 14-tumshjul och tvåkolvs främre bromsok. GTU, som betraktas som sportversionen av gruppen, har en aluminiumhuv samt fyrkolvsok och transmissionen av Turbo II-versionen. GLX är utrustad med elgruppen och 15-tumshjul. Slutligen är Turbo II-versionen den mest kraftfulla med sin 13B-T-mekanik. Mazda hävdade att turboversionen av 13B utvecklade 180 hk vid veven.
1988 har FC3S rätt till lite estetisk retusch och har en bra kick i baksidan prestandamässigt. 13B:s kavalleri ökade från 145 hk till 160 hk medan 13B-T levererar cirka 200 hk. Visuella skillnader är subtila; det som skiljer de två generationerna åt är de nya bakljusen från 1988 års modell, runda i varje ände istället för de rektangulära från tidigare år.
Den senaste utgåvan av RX-7 kommer under kodnamnet FD3S. Denna högkaliber sportbil introducerades 1992 som en 1993 års modell. Även om bilen i sig fortfarande anses vara den vackraste tolkningen av den roterande motorn, är det tack vare underverken som gömmer sig under huven. Motorn som heter 13B-REW (REW för Rotary Engine Twin Turbo) använder tvåturbo i sekventiellt läge och når ganska anständiga 255 hk med en röd zon som börjar vid 8000 rpm!
Det sekventiella läget är ganska enkelt i teorin. Vid låga varvtal används endast en turbo. Det är uppenbarligen lättare att köra en enda turbo än två. Detta förbättrar motorns respons vid låg hastighet. Luften som sätts i tryck av den första turbomotorn gör att motorn kan producera tillräckligt med kraft för att driva den andra turbon utan att skada kraftbandet vid låg hastighet samtidigt som den får extraponys vid hög hastighet.
Fyra versioner erbjöds i Nordamerika, nämligen basmodellen, Touring, PEP och R1 / R2. TheTouring, en lyxversion, är utrustad med tillval som läderstolar, Bose ljudsystem, elektriskt taklucka och farthållare. Touring är också den enda versionen som levereras som tillval med automatisk växellåda. PEP eller "Popular Equipment Package" är, som namnet säger, det mest populära av alla, och kommer som standard med taklucka, lädersäten och farthållare. R1, den mest intressanta versionen för högpresterande bilälskare, får en sportfjädring, en dubbel oljekylare, en främre fjäderbensstång, mockaklädda säten och en bakspoiler. 1994 ersattes R1 med R2. Tyvärr tar Mazda också bort FD3S från den amerikanska marknaden.
Om du tittar noga på aroterande motor kommer du att märka att den består av flera tallrikar monterade som en smörgås. I en traditionell roterande motor, det vill säga en 2-rotor (en 13B i vårt fall), märker vi närvaron av sex av dessa plattor. För att göra det främre omslaget till undantag kommer vi att fokusera på de andra fem tills vidare.
De två större plattorna kallas rotorhus. Som namnet antyder innehåller de båda rotorerna. Kåpans insida representerar arbetsytan eller, om du föredrar, förbränningskammaren. Denna yta är i atrogoid form. Med andra ord, föreställ dig en cirkel vars ändar skulle ha sträckts ut på en vertikal axel för att ge den en långsträckt form. Lägg till två lätta inåtriktade utsprång i varje ände av den horisontella axeln och du får en trochoidal form.
Om du observerar höljet kommer du att märka att det finns två kuvert, ett inuti och ett utanför. Mellan de två finns det dussintals olika formade passager. De minsta cirklarna på konturen är hålen för spännbultarna. Det är detta som förbinder plattorna. Större cirklar representerar oljans inre passager. De andra öppningarna i olika former är rören för kylvätskan.
På husets insida är det möjligt att se två små öppningar. Detta är platsen för tändstiften. Den översta kallas det bakre tändstiftet och den nedre, det ledande tändstiftet. Mer om det senare. Låt oss nu titta på den stora öppningen på sidan av huset. Det är avgasporten på rotorn som används för att driva ut resterna av förbränningsprocessen. Det sista viktiga elementet är passagen på den övre vänstra delen av huset, som används för att föra den nödvändiga oljan till spetsfogarna genom en liten öppning på den inre ytan. Till skillnad från konventionella fyrtaktsmotorer där kolvringar används, är det omöjligt att smörja lederna med en yta som inte är utsatt för förbränning. Spetstätningarna fungerar faktiskt som tätningsringar och är exponerade hela tiden. Oljan sprutas istället in direkt för att smörja komponenterna, vilket förklarar den överdrivna oljeförbrukningen hos roterande motorer.
De övriga tre plattorna kallas sidohus och mellanliggande sidohus. Förutom sin tätande roll inuti rotorhuset innehåller de även motorns inloppsportar. Inloppsportarna på mellanplattan, det vill säga den i mitten av de två rotorhusen, kallas primära portar. Ovanför dessa portar finns två öppningar i mellanplattan för injektorerna. Det bör noteras här att insugningen är placerad i sidled med rotorn och inte vänd mot den som avgasportarna är. Sidoplattor innehåller även så kallade sekundära portar. Efter 1984 har de icke-turbo 13B roterande motorerna, på sina sidoplåtar, ytterligare ett par öppningar för totalt sexportar. Dessa två extra portar kallas "hjälpmedel". De öppnas av höghastighetsaktivatorer för att maximera prestanda och stängs vid låga hastigheter för att främja vridmoment.
Om du tittar på illustrationerna kommer du att märka att olja cirkulerar på ytan av dessa plattor. När rotorn vrider sig skapar den friktion på sidoytan, som måste smörjas för att undvika för tidigt slitage på de inre komponenterna. Det bör också noteras att dessa oljepassager begränsar storleken på insugsportarna. När du trimmar en roterande motor är målet att hitta ett genialiskt sätt att öka storleken på dessa portar för att leverera luft och bränsle mer effektivt till motorn samtidigt som motorns gränser respekteras.
De viktigaste delarna är helt klart rotorerna och den excentriska drivaxeln. Om du tittar på mitten av rotorerna kan du se en taggig yta och en jämn sådan. Denna sista del representerar rotorns lager. Den tandade delen är ihopkopplad med en annan tandad del som kallas stationära kugghjul. Dessa är fästa på sidoplåtarna. Den excentriska drivaxeln glider genom alla element, från plattorna till rotorerna och genom de stationära kugghjulen.
Rotorerna roterar inte bara på en fast axel. Deras rörelse är summan av två mycket distinkta rörelser. Den första är enkel rotation. Rotorerna uppnår detta genom sina lager (släta yta) som ständigt är i kontakt med de två loberna på den excentriska axeln. Dessa lober är förskjutna från axelns rotationsaxel och hindrar rotorerna från att rotera på samma nivå. Loberna gör att rotorerna kretsar runt den excentriska axelns rotationsaxel. Den slutliga rörelsen är därför en kombination av en rotation och en bana av rotorerna.
För att bättre förstå den grundläggande principen för hur roterande motorer fungerar kommer vi att använda några termer som används med traditionella fyrtaktsmotorer. TDC (top deadcenter) är den punkt där kolven når sin maximala höjd, vilket minimerar det tillgängliga utrymmet inuti förbränningskammaren. BDC (bottom dead center) är den punkt där kolven är på den lägsta punkten, vilket ger maximalt utrymme . Vi kommer att använda termerna TDC och BDC enligt det maximala eller minsta utrymme som rotorn kommer att tillhandahålla.
Om du börjar från TDC, tar du den övre vänstra änden av rotorn och vrider medurs, startar här insugningscykeln. Detta slutar när samma ände når BDC. Det bör noteras här att rotorn roterar medurs med en tredjedel av den excentriska axelns hastighet. Mellan TDC och BDC kommer den excentriska axeln att ha vridits 270°. Det är 90° mer än de 180° som krävs för en fyrtaktsmotor för samma operation.
Återigen, från BDC till TDC, behövs 270° för att slutföra komprimeringscykeln. Lägg märke till hur luft/bränsleblandningen pressas mot väggen. Det är i detta ögonblick som tändstiftet tänds för att skapa förbränningen. Ytterligare 270 ° mer och du når BDC som avslutar förbränningscykeln. Därefter driver rotorn ut avgaserna genom rotorhusets avgasport och färdas de sista 270 ° för att återgå till startpunkten.
Var och en av rotorytorna är åtskilda med 120° och utför samtidigt en annan cykel än de andra. På detta sätt, över 360°, bidrar de tre ytorna på rotorn till EN kraftcykel för ETT varv av excenteraxeln. På en traditionell fyrtaktsmotor krävs två varv på 360 °. Som ett resultat av detta har en roterande motor kapaciteten hos en enmotor med dubbelt slagvolym. En 13B-motor på 1,3L motsvarar en 2,6L-motor. Det är här rotationsmotorernas styrka ligger. Även om de är extremt kompakta har de potentialen för en mycket större motor.
Som tidigare nämnt finns det två tändstift per platta. Den längst ner är den ledande och den överst är det efterföljande tändstiftet. Om vi tar hänsyn till att det främre rotorhuset har siffran 1 och det bakre, siffran 2, kommer namnet på varje tändstift att vara L1, L2, T1 och T2. När förbränningskammaren (den konvexa delen på rotorytan) närmar sig TDC under kompressionscykeln, tänder de främre tändstiften blandningen först. Släpande tändstift aktiveras sedan ca 10° till 15° senare. Det är viktigt att specificera att tändstiften aktiveras en tredje gång i cykeln. Detta fenomen kallas "wastespark". För att förenkla tändsystemet använder tändstiften samma spole, alltså samma signal. Tändstiften L1 och L2 aktiveras då samtidigt. Moderna roterande motorer använder en excentrisk axelpositionssensor samt tre spolar, en för båda ledande pluggar och en för varje bakre plugg.
Renesis-motorn i RX-8 är tänkt att vara en stor förbättring jämfört med sin äldre bror, 13B-REW. TheRenesis är också mer kompakt och 30 % lättare. Konceptet för de sex intagsportarna är deja-vu, men placeringen av avgasportarna är en innovation. Jämfört med tidigare motorer har Renesis inte sina avgasportar vid rotorhusets periferi. Itrather använder två portar, en direkt på mellanplattan och den andra på sidoplattan. Ingenjörer säger att ventilöverlappningen har minskat, vilket förbättrar bränsleeffektiviteten vid tomgång med 40 % jämfört med 13B-REW. Kort sagt, Renesis producerar färre utsläpp, förbrukar mindre bränsle och förbränningen är avsevärt förbättrad.
Det finns några dolda skatter i världen av roterande motorer som få människor ens är medvetna om. Ett sådant exempel är 20B-REW, en biturbo-trirotor som erbjuds i Eunos Cosmo, en japansk bil som såldes från januari 1990 till mars 1996. Med ett slagvolym på 1962 cm³ har 20B-REW i stort sett samma kapacitet som en liten V8. Med ett tryck på 10,29 psi som kommer från turbos, når effekten upp till 280 hk, allt troligt begränsat av de restriktioner som införts av japanska lagar. För att ge dig en uppfattning, utvecklar samma motor i atmosfäriskt läge 250 hk, 320 hk om den tillverkas därefter. Svårt att tro att 10 psi tryck bara ger 50 hk mer. Med en enkel tryckregulator är det faktiskt möjligt att enkelt nå 400hk-märket. Med lite mer omsorg och hängivenhet skulle 700 hk inte vara omöjligt att nå alls.
Om en sådan kraft kan uppnås med en trerotormotor, tänk dig bara vad som skulle vara möjligt med fyra! Denna typ av motor finns tyvärr inte tillgänglig, förutom i racing. Bland de mest kända är 26B som utrustade Mazda 787B, den första japanska racerbilen som vann 24h of Le Mans. För den som är intresserad utvecklar denna motor inte mindre än 700 hk vid 9000 rpm och 448 lb-ft vridmoment vid 6500 rpm, allt i atmosfäriskt läge. Motorn har flera gemensamma delar med 13B, vissa säger att det är möjligt att skapa en anpassad fyrrotormotor med två 13B.
Om en sådan idé verkligen verkar intressant är det inte svårt att föreställa sig hur stor en budget att bygga en installation skulle kräva!
