נסיעת מבחן במרדף אחר חלום: מוואנקל למנוע HCCI

כיצד המנוע הסיבובי עזר למותג היפני מאזדה להפוך למה שהוא היום

60 שנה לאחר יצירת אב הטיפוס העובד הראשון של מנוע וואנקל, 50 שנה לאחר השקתו על ידי מאזדה וההכרזה הרשמית של החברה כי יצרה מנוע HCCI פונקציונלי, זוהי הזדמנות לחזור להיסטוריה של ייחודי זה מנוע חום.

מאזדה כבר לא מסתירה את העובדה שפיתוח מנוע הפועל בטווח פעולה רחב במצבי HCCI - או ערבוב והצתה הומוגנית בדחיסה, הצליח, ובכוונתה להתחיל בייצור סדרתי של מנוע כזה החל מ-2019. לא פלא שמאזדה תמיד יכולה להפתיע את קהילת הרכב. מספיק אפילו מבט חטוף בדברי הימים ההיסטוריים של המותג כדי למצוא את מקורות ההצהרה הזו. החברה היפנית הייתה עד לאחרונה המובילה הבלעדית והקנאית של רעיון וואנקל והיצרנית הראשונה של מכוניות עם מנועים הפועלים במחזור מילר (מאזדה Xedos 9 מ-1993 עד 2003, ולאחר מכן דמיו, המכונה באירופה מאזדה 2).

ראוי להזכיר כאן את מנוע הדיזל קומפרקס עם דחיסת גלים, גיאומטריה מדורגת, דו סילון וגיאומטריה משתנה עבור מנוע בנזין (גרסאות שונות של מאזדה RX-7), מערכות היגוי אקטיביות של סרן אחורי 626 מסוף שנות ה-80. שנים, מערכת ה-i-Stop start-stop הייחודית, שבה התנעה נתמכת על ידי תהליך הבעירה, ומערכת שחזור האנרגיה באמצעות קבלים של i-Eloop. לבסוף, שימו לב לעובדה שהיא היצרנית היפנית היחידה שזכתה ב-24 השעות של לה-מאן - עם מכונית המונעת על ידי וואנקל, כמובן! מבחינת סגנון, דגמים כמו Luce, Wankel Cosmo Sport האייקוני, RX-7 ו-RX-8, MX-5 Roadster ומאזדה 6 מדברים רבות על הייחודיות של המותג בתחום זה. אבל זה לא הכל - בשנים האחרונות מנועי Skyactiv הראו לא רק שלמנוע הבעירה יש עוד דרך ארוכה לעבור, אלא שמאזדה יכולה להראות זאת בדרכה.

נספר עוד הרבה על ההתפתחויות של מהנדסי החברה לאחר ביקורנו הקרוב בהזמנת מאזדה ביפן בסוף אוקטובר. עם זאת, הסיבות למאמר זה אינן היחידות שניתן למצוא בכותרת המשנה לעיל. מכיוון שכדי להבין את הסיבות לכך שיוצרי מאזדה הצליחו ליצור את מנוע ה- HCCI שלהם, ייתכן שנצטרך לחזור להיסטוריה של החברה.

מנוע סיבובי כבסיס ל- Skyactiv-X

שאל אולטרה מרתוניסט שסיים מסלול של 160 ק"מ אם יהיו בעיות כלשהן בביצוע מרתון רגיל של 42 ק"מ. ובכן, אולי הוא לא יריץ אותם במשך שעתיים, אבל הוא בהחלט יכול להמשיך לפחות עוד 42 שעות בקצב די הגון. עם הלך הרוח הזה, אם החברה שלך ממוקמת בהירושימה, אם במשך עשרות שנים נאבקת בבעיות ענק של סיבוב בוכנות מנוע סיבובי ופתרת מאות בעיות עם שימון או פליטות, השפעות גל והטענת טורבו, או במיוחד תהליכי בעירה של תאי מגל עם בלוק משתנה. נפח המבוסס על הוואנקל, אתה יכול לקבל בסיס הרבה יותר יציב לבניית מנוע HCCI. ההתחלה הרשמית של פרויקט Skyactiv ניתנה לפני עשר שנים בדיוק, ב-2007 (באותה שנה שבה הציגה מרצדס את אב הטיפוס המשוכלל של מנוע HCCI Diesotto), ובאותה תקופה מאזדה RX-8 המונעת על ידי וואנקל עדיין הייתה בייצור. כידוע, המהנדסים של החברה היפנית מתנסים במצבי הפעלה של HCCI בדיוק בעת פיתוח אבות טיפוס של מנועים סיבוביים Skyactiv-R. כנראה שבפרויקט HCCI, שנקרא Mazda SPCCI (Spark Plug Conrolled Compression Ignition) או Skyactiv-X, השתתפו מהנדסים הן ממחלקת הסיבובים והן ממחלקת מנועי הבנזין והדיזל, כי גם בפיתוח תהליך הבעירה ב-Skyactiv-D אנו יכול לזהות את כתב היד של האנשים המעורבים בפיתוח תהליך HCCI. אלוהים יודע מתי האבולוציה של מנועי Skyactiav הפכה למנוע תסיסה והצתה הומוגנית – מהנדסי מאזדה כבר מזמן ידועים כמעורבים בנושא זה – אבל זה כנראה קרה כשמנוע וואנקל עדיין היה בחיים.

עשרות שנים של ייצור מכוניות סיבוביות, רובן ככולן לבדן, אולי לא יביאו למאזדה תשואה כספית רצינית, אבל היא גם תביא להכרה ברוח הבלתי מעורערת, במציאת פתרונות לכל מיני בעיות, בהתמדה מדהימה וכתוצאה מכך, הצטברות של ניסיון עצום ולא יסולא בפז. עם זאת, לדברי קיושי פוג'יווארה, האחראי על תכנון המוצר במאזדה, כל אחד מהמעצבים המעורבים בפרויקט Skyactiv נושא את רוחו של מנוע וואנקל, אך הופך להזדמנות לשפר מנוע קונבנציונלי. או ב-HCCI לא מסורתי. "אבל התשוקה זהה. היא זו שהופכת את Skyactiv למציאות. ההרפתקה האמיתית הזו הפכה לשמחה הגדולה ביותר בחיי. זה נכון שכל חברה מייצרת מכוניות כדי למכור ולהרוויח כסף", מסבירה סייטה קנאי, ראש תחום פיתוח במאזדה, "אבל תאמין לי, עבורנו במאזדה, העובדה שהמכוניות שאנחנו בונים חשובה לא פחות. מקורם בליבנו, ובכל פעם שהבנייה שלהם הופכת להרפתקה רומנטית עבורנו. הכוח המניע העיקרי מאחורי תהליך זה הוא התשוקה שלנו. להיות הכי טוב זה הרומנטיקה ההנדסית שלי".

חלום של צעיר

אולי בשנות ה-60, המהנדסים של מכונית מאזדה הראשונה שיצאה לאחרונה מצאו "רומן הנדסי משלהם" במנוע וואנקל. כי המנוע הסיבובי נולד מחלומו של ילד גרמני בן 17 ב-1919 ושמו פליקס וואנקל. אז, נולד ב-1902 באזור Lahr בגרמניה (שם נולדו אוטו, דיימלר ובנץ), הוא סיפר לחבריו שלמכונית החלומות שלו יש מנוע חצי טורבינה וחצי בוכנה. באותה תקופה, עדיין לא היה לו ידע בסיסי במנועי בעירה פנימית הדדית, אך אינטואיטיבית האמין שהמנוע שלו יכול לבצע ארבעה מחזורי עבודה - יניקה, דחיסה, פעולה ואגזוז כאשר הבוכנה מסתובבת. האינטואיציה הזו היא שתוביל אותו לאורך זמן ליצור מנוע סיבובי עובד, אותו ניסו מעצבים אחרים ללא הצלחה אינספור פעמים מאז המאה ה-16.

אביו של ונקל נפטר במהלך מלחמת העולם הראשונה, ולאחריה מכר הצעיר יצירות מודפסות וקרא הרבה ספרות טכנית. ב-1924, בהיותו בן 22, ייסד מעבדה קטנה לפיתוח מנוע סיבובי, ובשנת 1927 ערך את השרטוטים הראשונים של ה-"Die Drehkolbenmaschine" (מכונת בוכנה סיבובית). בשנת 1939 גילה משרד התעופה הגאוני גרגר רציונלי במנוע הסיבובי ופנה להיטלר, שהורה באופן אישי לשחרר את וואנקל, שהיה אז בכלא בהוראת הגאולייטר המקומי, ולצייד מעבדת ניסויים באגם. קונסטנס. שם הוא עיצב אבות טיפוס עבור BMW, Lillethal, DVL, Junkers ודיימלר-בנץ. עם זאת, המנוע הניסיוני הראשון של וואנקל הגיע מאוחר מדי כדי לעזור להישרדותו של הרייך השלישי. לאחר כניעת גרמניה, הצרפתים כלאו את וואנקל - אותו דבר שכבר עשו עם פרדיננד פורשה. שנה לאחר מכן, פליקס שוחרר, ומחוסר עיסוק פרודוקטיבי יותר, החל לכתוב ספר על מנועי בוכנה סיבוביים. מאוחר יותר הקים את המכון הטכני למחקר הנדסי והמשיך בפיתוח מנועים סיבוביים ומדחסים לשימוש תעשייתי. בשנת 1951, מעצב שאפתני הצליח לשכנע את ראש מחלקת אופנועי הספורט של NSU, וולטר פרדה, לשתף פעולה. וואנקל ו-NSU מיקדו את מאמציהם במנוע סיבובי עם תא בצורת תפוח (טרוקואיד) ובוכנה משולשת בעלת קירות קשתיים. בשנת 1957, אב הטיפוס העובד הראשון של המנוע נבנה תחת השם DKN. זהו תאריך הלידה של מנוע וואנקל.

שנות ה -60: העתיד המבטיח של המנוע הסיבובי

DKM מראה שהמנוע הסיבובי אינו רק חלום. מנוע וואנקל מעשי אמיתי בצורת הגוף הקבוע שאנו מכירים הוא ה-KKM הבא. NSU ו-Wankel יישמו יחד רעיונות מוקדמים הקשורים לאיטום בוכנה, מיקום מצתים, מילוי חורים, ניקוי פליטים, שימון, תהליכי בעירה, חומרים ופערי ייצור. עם זאת, נותרו בעיות רבות...

זה לא מונע מ-NSU להכריז רשמית על יצירת מנוע העתיד ב-1959. יותר מ-100 חברות מציעות שיתוף פעולה טכני, כולל מרצדס, רולס רויס, GM, אלפא רומיאו, פורשה, סיטרואן, MAN ומספר חברות הנדסת מכונות קונות רישיונות. ביניהם מאזדה, שהנשיא שלה צוני מצודה רואה פוטנציאל גדול במנוע. בנוסף להתייעצויות במקביל עם מהנדסי NSU, מאזדה מקימה מחלקת פיתוח מנועים משלה של Wankel, הכוללת בתחילה 47 מהנדסים.

הניו יורק הראלד טריביון מכריז על מנוע וואנקל כהמצאה מהפכנית. באותו זמן, מניות NSU ממש התפוצצו - אם ב-1957 הם נסחרו תמורת 124 מארקים גרמניים, אז ב-1960 הם הגיעו ל-3000 קוסמיים! בשנת 1960, הוצגה המכונית הראשונה המונעת על ידי וואנקל, NSU Prinz III. אחריו בספטמבר 1963 הגיעה ה-NSU Wankel Spider עם מנוע יחיד בנפח 500 סמ"ק, שזכתה באליפות גרמניה כעבור שנתיים. עם זאת, הסנסציה בתערוכת פרנקפורט בשנת 3 הייתה ה-NSU Ro 1968 החדשה. הסדאן האלגנטית, שעוצבה על ידי קלאוס לוטה, היא אוונגרדית מכל הבחינות, וצורותיה האווירודינמיות (מקדם זרימה של 80 כשלעצמו הופך את המכונית לייחודית לתקופתו) התאפשרו על ידי מנוע כפול רוטור קטן KKM 0,35. לתיבת ההילוכים מצמד הידראולי, ארבעה בלמי דיסק, והחלק הקדמי ממוקם ליד תיבת ההילוכים. ה-Ro 612 היה כל כך מרשים לתקופתו עד שזכתה במכונית השנה ב-80. בשנה שלאחר מכן קיבל פליקס וואנקל את הדוקטורט שלו מהאוניברסיטה הטכנית של מינכן וקיבל את מדליית הזהב של הפדרציה הגרמנית של המהנדסים, הפרס היוקרתי ביותר להישגים מדעיים וטכניים בגרמניה.

(לעקוב)

טקסט: ג'ורג'י קולב