Za vznik rotačního motoru vděčíme jistémuDr. Felix Wankel . V roce 1924, ve věku 22 let, vytvořil svou výzkumnou laboratoř věnovanou konstrukci rotačního motoru. Německé ministerstvo letectví, které se zajímá o jeho práci, dotuje svůj výzkum během druhé světové války a věří, že to bude budoucnost strojírenství. Po válce výrobce motocyklů, NSU, vytváří partnerství s Wankelem.
V roce 1958 se zrodil první funkční a praktický rotační motor KKM. S jedním rotorem má KKM celkový zdvihový objem 400 cm³. NSU oficiálně oznamuje v roce 1959 úspěch Wankelrotary motoru. Více než sto společností po celém světě v této době přebírá vlastnictví technických plánů tohoto motoru. Třicet čtyři z nich jsou Japonci.
Několik výrobců se pokusilo vyvinout tento koncept, aniž by přišli s hotovým výrobkem. Je zvláštní, že ve výzkumu pokračuje pouze malá japonská společnost jménem Toyo Kogyo, zatímco ostatní to vzdávají. Jujiro Matsuda, tehdejší prezident společnosti, je přesvědčen o potenciálu tohoto revolučního motoru. V roce 1961 podepsal smlouvu s NSU o společném návrhu životaschopného prototypu. Po úspěchu své nejúspěšnější divize je Toyo Kogyo přejmenováno na jméno slavného výrobce, kterého dnes každý zná jako Mazda .
V roce 1963 Mazda otevírá svou výzkumnou divizi věnovanou výhradně rotačním motorům. KenichiYamamoto, který je pak vedoucím této divize, má ve svých službách více než 47 inženýrů. Jeho poslání? Najděte praktické využití rotačního motoru k zacílení hromadné výroby a komerčního prodeje. Jeho uvedení na trh zdržují dva hlavní problémy:předčasné opotřebení vnitřních součástí a extrémně vysoká spotřeba oleje. Po mnoha měsících výzkumu a více než 300 hodinách testování řeší tyto dva hlavní problémy nová těsnění a olej navržený speciálně pro rotační motor.
Na rozdíl od původního konceptu dává Mazda přednost konstrukci vícerotorového motoru. Jednorotorový prototyp vyrobený NSU byl při nízkých rychlostech spíše chudokržný v točivém momentu a trpěl nestabilitou, která měla za následek nepříjemné vibrace. V prosinci 1964 vyrobila výzkumná divize dvourotorový motor se spalovací komorou o objemu 491 cm3, nazvaný typ 3820. Tento motor se rychle dostal na výrobní linky pod kódovým označením 10A.
10A je první rotační motor prodávaný v autě. Jeho první podoba se datuje 30. května 1967, kdy Mazda prodává Cosmo Sport, jediné jednorotorové závodní auto na světě. 10A, vybavený dvojitým čtyřválcovým karburátorem namontovaným bočně na sacích otvorech a zapalovacími svíčkami pro každý rotor, vyvine výkon 110 koní. Vzhledem k lehkosti vozu a technologiím dostupným v té době je Cosmo Sport v automobilovém tisku považováno za technologický počin.
Až v roce 1970 začala Mazda vyvážet svá vozidla do Severní Ameriky. Bohužel, Spojené státy jsou v té době v procesu přijímání nejpřísnějších emisních norem. Navíc jsou uprostřed ropné krize. Aby Mazda tomuto problému čelila, vytváří tepelný reaktor, který spaluje znečišťující emise. Výrobce může konečně uvést na trh první vůz s rotačním motorem v Severní Americe, R100 .
Další inovace, jako jsou systémy zapalování s vysokou intenzitou a reaktivní výfukové potrubí, umožňují Mazdě snížit spotřebu paliva až o 40 %, což zajišťuje životaschopnost severoamerického rotačního motoru.
V důsledku svého úspěchu při snižování emisí znečišťujících látek a spotřeby paliva prosazuje Mazda svůj výzkum k maximalizaci výkonu svých rotačních motorů. Jedním z prvních provedených vylepšení byla konstrukce šestiportového sání pro rotační motor 12A (dvě komory 573 ccm). Každý rotor je vybaven třemi sacími otvory, jejichž otevírání je řízeno dvoustupňově. Tento mechanismus zlepšuje spotřebu paliva bez obětování špičkového výkonu. Jedním z prvních vozů – a určitě jedním z nejznámějších –, který těží z tohoto motoru, je úplně první verze RX-7, FB3S, narozená v březnu 1982. Na první přeplňovaný RX si však bude nutné počkat do roku 1983. -7.
Turbodmychadlo a rotační motory vždy fungovaly dobře. Je to hlavně proto, že rotační motory mají tendenci uvolňovat větší energii z výfukového otvoru ve srovnání s tradičními motory. Tento charakterový rys lze připsat náhlému otevření výfukových otvorů, které jsou nepřímé v souladu s pohybem vytlačování rotoru. A samozřejmě více energie vycházející z výfuku umožňuje lepší využití turbodmychadla.
Druhá generace RX-7, FC3S, je pravděpodobně známější nováčkům s rotačními motory. V té době jsou k dispozici čtyři verze, a to SE, GTU, GLX a Turbo II. První tři jsou poháněny atmosférickou verzí a mají elektronické vstřikování motoru 13B (dvě komory o objemu 672 ccm). FC3S, představený v roce 1985 jako MY 1986, je prvním RX-7, který má kotoučové brzdy na všech čtyřech kolech. Základní model SE je vybaven 14palcovými koly a dvoupístkovými předními třmeny. GTU, považované za sportovní verzi skupiny, má hliníkovou kapotu, čtyřpístkové třmeny a převodovku verze Turbo II. GLX je vybavena elektrickou skupinou a 15palcovými koly. A konečně, verze Turbo II je nejvýkonnější s mechanikou 13B-T. Mazda tvrdila, že verze 13B s turbodmychadlem vyvíjela 180 koní na kliku.
V roce 1988 má FC3S nárok na nějakou estetickou retuš a má dobrý výkon v zadní části. Kavalérie 13B se zvýšila ze 145 na 160 koní, zatímco 13B-T poskytuje přibližně 200 koní. Vizuální rozdíly jsou jemné; to, co obě generace odlišuje, jsou nová zadní světla modelu z roku 1988, kulatá na každém konci namísto obdélníkových z předchozích let.
Poslední vydání RX-7 přichází pod kódovým označením FD3S. Tento vysoce kvalitní sportovní vůz byl představen v roce 1992 jako model z roku 1993. Přestože je vůz samotný i dnes považován za nejkrásnější interpretaci rotačního motoru, je to díky zázrakům ukrývajícím se pod kapotou. Motor s názvem 13B-REW (REW pro Rotary Engine Twin Turbo) používá dvě turbo v sekvenčním režimu a dosahuje docela slušných 255 koní s redzonem začínajícím na 8000 ot./min!
Sekvenční režim je teoreticky poměrně jednoduchý. V nízkých otáčkách se používá pouze jedno turbo. Je zjevně jednodušší ovládat jedno turbo než dvě. To zlepšuje odezvu motoru při nízkých otáčkách. Vzduch stlačený prvním turbodmychadlem umožňuje motoru produkovat dostatek výkonu k pohonu druhého turbodmychadla, aniž by došlo k poškození výkonového pásma při nízkých otáčkách, zatímco získával extrapony při vysoké rychlosti.
V Severní Americe byly nabízeny čtyři verze, a to základní model, Touring, PEP a R1 / R2. TheTouring, luxusní verze, je vybavena doplňky, jako jsou kožená sedadla, audiosystém Bose, elektrické střešní okno a tempomat. TheTouring je také jedinou verzí dodávanou na přání s automatickou převodovkou. PEP neboli „Popular Equipment Package“ je, jak jeho název napovídá, nejoblíbenější ze všech a je standardně dodáván se střešním oknem, koženými sedadly a tempomatem. R1, nejzajímavější verze pro milovníky vysoce výkonných aut, dostává sportovní odpružení, dvojitý chladič oleje, přední vzpěru, semišem potažená sedadla a zadní spoiler. V roce 1994 je R1 nahrazen R2. Mazda bohužel také stahuje FD3S z amerického trhu.
Když se pozorně podíváte na rotační motor, všimnete si, že se skládá z několika desek sestavených jako sendvič. U tradičního rotačního motoru, tedy 2-rotorového (v našem případě 13B), zaznamenáváme přítomnost šesti těchto desek. Uděláme-li výjimku na přední straně obálky, zaměříme se prozatím na zbylých pět.
Dvě větší desky se nazývají rotorové skříně. Jak jejich název napovídá, obsahují oba rotory. Vnitřek skříně představuje pracovní plochu nebo chcete-li spalovací komoru. Tento povrch je v atrochoidální formě. Jinými slovy, představte si kruh, jehož konce by byly nataženy na svislou osu, aby měl podlouhlý tvar. Přidejte dva mírné vnitřní výčnělky na každý konec vodorovné osy a získáte trochoidální tvar.
Když se podíváte na kryt, všimnete si, že jsou zde dvě obálky, jedna uvnitř a jedna vně. Mezi nimi jsou desítky různě tvarovaných průchodů. Nejmenší kruhy na obrysu jsou otvory pro napínací šrouby. To je to, co spojuje desky. Větší kruhy představují vnitřní průchody oleje. Ostatní otvory různých tvarů jsou potrubí pro chladicí kapalinu.
Na vnitřním povrchu pouzdra jsou vidět dva drobné otvory. Toto je umístění zapalovacích svíček. Horní se nazývá koncová zapalovací svíčka a spodní, přední zapalovací svíčka. Více o tom později. Nyní se podívejme na velký otvor na straně krytu. Je to výfukový otvor rotoru, který se používá k vytlačování zbytků spalovacího procesu. Posledním důležitým prvkem je průchod v levé horní části pouzdra, který se používá k přivedení potřebného oleje do apexových spojů mírným otvorem na vnitřním povrchu. Na rozdíl od konvenčních čtyřdobých motorů, kde se používají pístní kroužky, je nemožné mazat spoje s povrchem, který není vystaven spalování. Vrcholová těsnění skutečně fungují jako těsnicí kroužky a jsou vždy odkrytá. Olej je místo toho vstřikován přímo k mazání součástí, což vysvětluje nadměrnou spotřebu oleje u rotačních motorů.
Další tři desky se nazývají boční kryt a střední boční kryt. Kromě své těsnící role uvnitř skříně rotoru obsahují také sací otvory motoru. Sací otvory na mezilehlé desce, to znamená ten ve středu dvou rotorových skříní, se nazývají primární porty. Nad těmito porty jsou dva otvory v mezidesce pro vstřikovače. Zde je třeba poznamenat, že sání je umístěno bočně s rotorem a nesměřuje k němu jako výfukové otvory. Boční desky také obsahují tzv. sekundární porty. Po roce 1984 mají rotační motory 13B bez turbodmychadla na bočních deskách další dvojici otvorů pro celkem šest portů. Tyto dva další porty se nazývají „pomocné“. Jsou otevřeny vysokorychlostními aktivátory pro maximalizaci výkonu a jsou zavírány při nízkých rychlostech, aby se podpořil točivý moment.
Když se podíváte na ilustrace, všimnete si, že na povrchu těchto desek cirkuluje olej. Ve skutečnosti, když se rotor otáčí, vytváří tření na bočním povrchu, který musí být mazán, aby se zabránilo předčasnému opotřebení vnitřních součástí. Je třeba také poznamenat, že tyto olejové kanály omezují velikost sacích otvorů. Při ladění rotačního motoru je cílem najít důmyslný způsob, jak zvětšit velikost těchto portů, aby bylo možné efektivněji dodávat vzduch a palivo do motoru při respektování limitů motoru.
Nejdůležitějšími díly jsou bezesporu rotory a excentrický hnací hřídel. Když se podíváte na střed rotorů, můžete vidět zubatý a hladký povrch. Tato poslední část představuje ložisko rotoru. Tato vroubkovaná část je spojena s další vroubkovanou částí nazývanou stacionární ozubená kola. Ty jsou připevněny k bočním deskám. Excentrický hnací hřídel klouže skrz všechny prvky, od desek po rotory a přes stacionární ozubená kola.
Rotory se neotáčejí pouze na pevné ose. Jejich pohyb je součtem dvou velmi odlišných pohybů. První je jednoduchá rotace. Rotory toho dosahují prostřednictvím svých ložisek (hladký povrch), která jsou neustále v kontaktu se dvěma laloky excentrického hřídele. Tyto laloky jsou odsazeny od osy otáčení hřídele a zabraňují rotaci rotorů na stejné úrovni. Díky lalokům se rotory obíhají kolem osy rotace excentrického hřídele. Konečný pohyb je tedy kombinací rotace a oběhu rotorů.
Abychom lépe porozuměli základnímu principu fungování rotačních motorů, použijeme některé termíny používané u tradičních čtyřdobých motorů. TDC (horní úvrať) je bod, kde píst dosáhne své maximální výšky, čímž se minimalizuje dostupný prostor uvnitř spalovací komory. BDC (dolní úvrať) je bod, kde je píst v nejnižším bodě, a tak nabízí maximální prostor . Termíny TDC a BDC budeme používat podle maximálního nebo minimálního prostoru, který rotor poskytne.
Pokud začnete od TDC, vezmete levý horní konec rotoru a otočíte se ve směru hodinových ručiček, zahájíte cyklus sání. To končí, když stejný konec dosáhne BDC. Zde je třeba poznamenat, že rotor se otáčí ve směru hodinových ručiček při jedné třetině rychlosti excentrické hřídele. Mezi TDC a BDC se excentrický hřídel otočí o 270°. To je o 90° více než 180° potřebných pro čtyřdobý motor pro stejnou operaci.
Opět platí, že od BDC k TDC je k dokončení kompresního cyklu potřeba 270°. Všimněte si, jak je směs vzduchu a paliva přitlačována ke stěně. Právě v tuto chvíli se zapalovací svíčka rozsvítí, aby došlo ke spalování. Ještě o 270° více a dosáhnete BDC ukončení spalovacího cyklu. Následně rotor vytlačí výfukové plyny výfukovým otvorem krytu rotoru, přičemž se pohybuje o posledních 270°, aby se vrátil do výchozího bodu.
Každá z čel rotoru je oddělena o 120° a současně provádí jiný cyklus než ostatní. Tímto způsobem, o více než 360°, tři strany rotoru přispívají k JEDNOMU cyklu napájení pro JEDNU otáčku excentrického hřídele. U tradičního čtyřdobého motoru jsou zapotřebí dvě otáčky o 360 °. Výsledkem je, že rotační motor má schopnosti čtyřdobého motoru s dvojnásobným zdvihovým objemem. Motor 13B o objemu 1,3 l je ekvivalentní motoru o objemu 2,6 l. V tom spočívá síla rotačních motorů. Přestože jsou extrémně kompaktní, mají potenciál mnohem většího motoru.
Jak již bylo zmíněno, na jedné desce jsou dvě zapalovací svíčky. Ta dole je přední a ta nahoře je koncová zapalovací svíčka. Vezmeme-li v úvahu, že přední pouzdro rotoru nese číslo 1 a zadní číslo 2, budou názvy každé zapalovací svíčky L1, L2, T1 a T2. Když se spalovací komora (konvexní část na povrchu rotoru) během kompresního cyklu přiblíží k horní úvrati, přední zapalovací svíčky zapálí směs jako první. Vlečné zapalovací svíčky se pak aktivují asi o 10 ° až 15 ° později. Je důležité uvést, že zapalovací svíčky jsou aktivovány potřetí v cyklu. Tento jev se nazývá „odpadní park“. Pro zjednodušení zapalovacího systému používají zapalovací svíčky stejnou cívku, tedy stejný signál. Zapalovací svíčky L1 a L2 se pak aktivují současně. Moderní rotační motory používají snímač polohy excentrického hřídele a také tři cívky, jednu pro obě přední zástrčky a jednu pro každou zadní zástrčku.
Motor Renesis RX-8 má být zásadním vylepšením ve srovnání s jeho starším bratrem, 13B-REW. TheRenesis je také kompaktnější a o 30 % lehčí. Koncept šesti sacích portů je deja-vu, ale umístění výfukových portů je oblastní inovací. Ve srovnání s předchozími motory nemá Renesis své výfukové otvory na okraji skříně rotoru. Itrather používá dva porty, jeden přímo na mezidesce a druhý na boční desce. Inženýři říkají, že překrytí ventilů bylo zmenšeno, což ve srovnání s 13B-REW zlepšilo spotřebu paliva při volnoběhu o 40 %. Stručně řečeno, Renesis produkuje méně emisí, spotřebuje méně paliva a spalování je výrazně lepší.
Ve světě rotačních motorů jsou skryté poklady, které si jen málokdo uvědomuje. Jedním takovým příkladem je 20B-REW, biturbo třírotor nabízený v Eunos Cosmo, japonském voze, který se prodával od ledna 1990 do března 1996. Se zdvihovým objemem 1962 cm³ má 20B-REW v podstatě stejné schopnosti jako malá V8. S tlakem 10,29 psi vycházejícím z turba dosahuje výkon až 280 koní, vše pravděpodobně omezeno omezeními danými japonskými zákony. Pro představu, stejný motor v atmosférickém režimu vyvine 250 koní, 320 koní, pokud je vyroben odpovídajícím způsobem. Těžko uvěřit, že tlak 10 psi produkuje pouze o 50 koní více. Po pravdě řečeno, s jednoduchým regulátorem tlaku je možné snadno dosáhnout hranice 400 koní. S trochou větší péče a oddanosti by nebylo vůbec nemožné dosáhnout výkonu 700 koní.
Pokud je takový výkon dosažitelný s třírotorovým motorem, jen si představte, co by bylo možné se čtyřmi! Tento typ motoru bohužel není k dispozici, kromě závodních. Mezi nejznámější patří 26B, kterým byla vybavena Mazda 787B, první japonský závodní vůz, který vyhrál 24h Le Mans. Pro zájemce tento motor nevyvine nic menšího než 700 koní při 9000 otáčkách za minutu a točivý moment 448 lb-ft při 6500 otáčkách za minutu, to vše v atmosférickém režimu. Motor má několik společných dílů s 13B, někteří říkají, že je možné vytvořit vlastní čtyřrotorový motor pomocí dvou 13B.
Pokud se takový nápad jeví jako zajímavý, není těžké si představit, jak velký rozpočet by toto nastavení vyžadovalo!
