Sorozatgyártású Mazda wankel motorok II.

Írásunk ezt megelőző első része: Sorozatgyártású WANKEL rendszerű Mazda erőforrások I.

 

Turbófeltöltős, befecskendezős 12A motortípus, japán modellek (1983-1985)

 

 A turbófeltöltős és benzin befecskendezéses 12A a japán piacra volt korlátozva. Először a Cosmo és a Luce típusokban alkalmazták 1982 végétől kezdődően, majd továbbfejlesztett kivitelben a P37 kódolású Mazda RX-7 erőforrásaként is funkcionált, 1983 Szeptemberétől egészen a modell kifutásáig. A 12A Turbó volt az első sorozatban gyártott turbófeltöltős és elektronikus benzin-befecskendezős bolygódugattyús wankel-elvű Mazda erőforrás.

 Turbós formájában a 12A motor visszatért a 4 oldalsó beömlő nyíláshoz (rotoronként kettő). Minden kamrának egy befecskendezője volt a trochoid ház közdarabon elhelyezve, közel a beömlő nyílásokhoz. Mivel az injektoroknak ez az elhelyezése átmenet volt a szívóöntvényes és a közvetlen befecskendezéses rendszerekben alkalmazott helyek között, ezért a Mazda mérnökei "részben-közvetlen befecskendezésnek" nevezték el a megoldást. Az injektorokat elektromosság vezérelte, és a rendszer nagyszerűen kielégítette a wankel motor, alapjárattól - 7000-res fordulatszámig igen széles határok között változó üzemanyag mennyiségi igényét. Kisebb fordulatszámokon a megfelelő üzemanyag-levegő keveredést egy külön levegőcsatorna segítette az injektor mellett elhelyezve, míg nagyobb fordulatokon egy keverő tartály segített, amely tulajdonképpen egy nyitott csőben duplán elhelyezett perforált lapka volt. A lapkák furatain "megzavarodott" üzemanyag még jobban "atomizálódott".

 

                                  Az első generációs Mazda RX-7 turbós kivitele.

 

 

 

Az üzemanyag befecskendezést felügyelő elektronika egy Nippon Denso gyártmányú analóg szerkezet volt, ami egy Mitsubishi Electric-nél készült digitális emisszió-szabályzó számítógéppel működött együtt. Befecskendezés minden szívóütemben egyszer történt, egyidejűleg a két kamrában. Miáltal 180 fokos különbség van a két rotor működési fázisa között, ezért az egyik kamrában a szívás (wankelban szállítás) kezdetekor történt a befecskendezés, míg a másik kamrában a befecskendezés ekkor már majdnem a szívóütem 2/3 -nál zajlott.

 Mivel a wankelnak belső beömlő csatornái vannak - mindkét kamra a trochoid egyik oldalán kapja az üzemanyag-levegő keveréket, amit a másik oldalra szállítva sűrít -, ezért a töltés és a keverék minősége az eltolt befecskendezés ellenére sem különbözött a két kamra között. Az elsődleges beömlő nyílás időzítése változatlan maradt a 6PI motorhoz képest: nyítás 58 fok ATDC, zárás 40 fok ABDC. A másodlagos beömlő nyílás nyitása előrehaladt 32 fok ATDC-re, míg a zárás maradt 40 fok ABDC-n. Az egyetlen (kamránként) periférikus (tehát trochoidon elhelyezett) kipufogó nyílás nyitása 75 fok BBDC-n, míg zárása 48 fok ATDC-n történt. A csak levegőt szállító másodlagos beömlő és szívóöntvény miatt dupla fojtószelep lett alkalmazva. A második pillangó szelep feljebb került elhelyezésre a szívóöntvényben, és egy kissé később nyitott a lejjebb található szelepnél. A dupla szelepes elrendezés megelőzte a hirtelen fellépő légnyomás sokkokat, és a részben közvetlen befecskendezéssel együtt kisebb öntvénykamra alkalmazását tette lehetővé.

 

A Mazda Luce limuzint is szerelték a 12A Turbo wankel rendszerű motorral.

 

 

 Eredetileg a 12A Turbó töltéséről egy Hitachi HT18-BM turbófeltöltő gondoskodott 62 mm átmérőjű 11 lapátos turbinával és 12 lapátos 63 mm-es kompresszor kerékkel, viszonylag alacsony, 0,4 Bar maximális nyomást produkálva. Ebben az időszakban egy tipikus turbófeltöltős dugattyús japán erőforrás 0,5 Bar maximális nyomással dolgozott.

 Viszont érdekes, hogy a kompresszió nem lett annyira lecsökkentve, mint a dugattyús erőforrások esetében szokás turbófeltöltő alkalmazásakor , mindössze 8,5:1-re változott, a szívó 12A motor 9,4:1 arányához képest. Az 1982-es 12A Turbó 6000-res főtengely fordulaton 160 lóerőt (Japán szabvány, a SAE 15-20%-kal kevesebb) teljesített, míg a maximális nyomaték 224 Nm volt 4000-res fordulaton.

 Később a motor új turbófeltöltőt kapott, a Hitachi HT18S-BM kisebb turbina (57 mm), és kisebb kompreszor kerék (56 mm) átmérővel rendelkezett. A Mazda mérnökei szerint ezzel megduplázták a "Turbó Hatást", hiszen különösen az új formájú turbina lapátokkal sokkal jobban ki tudták aknázni a bolygódugattyús erőforrás erőteljes (lökésszerű) kipufogógáz kibocsájtását. Az új turbó további 5 lóerő teljesítmény növekedést eredményezett, és szintén javította az alacsony fordulati nyomaték leadást, nem mellékesen csökkentve a turbó-lyuk jelenség lehetőségét.

 A 12A Turbó tartalmazott egy kopogásos égést megelőző rendszert is. A Mazda mérnökei felismerték, hogy ez a motortípus csak bizonyos használati körülmények és fordulatszám tartományban hajlamos kopogásos égésre, mégpedig, a 2500-3750 közötti zónában, és akkor is amikor a beömlés hőmérséklete meghaladja a 85 Celsius fokot. A kopogás megelőző rendszer részei voltak a gyújtás-pulzálás- , beömlő hőmérséklet-, és feltöltő nyomás- szenzorok, melyek a kopogásra hajlamos zónát vizsgálva jelet küldenek a befecskendező és az emissziót felügyelő rendszernek, így késlelteve a gyújtást és növelve a befecskendezett üzemanyag mennyiségét (később a 13B Turbó már a sokkal szokványosabb piezo metrikus kopogás szenzort használta.) A 12A Turbó gyújtási rendszere lényegében megegyezett a 6PI motoréval, csak a rész-felületi töltésű gyújtógyertyák jelentettek változást. Az ilyen típusú a gyújtógyertyák úgy vannak kialakítva, hogy a testelektróda bármely kerületi pontja képes szikrát képezni a pozitív elektródával.

                          

 A Mazda 12A Turbo bolygódugattyús erőforrás metszete.

 

 

 Mivel a turbós wankel teljesítménye és ebből következően a hőterhelése is jelentősen nagyobb (kb. +30% ), ezért a trochoid csúszó felületének, illetve a turbófeltöltő kenésének kérdése kritikus ponttá vált. A trochoid felületének egy újabb kezelési eljárásával ismerkedhettünk meg ezáltal, melyet MCP-nek, azaz mikro csatornás porózus bevonatnak neveztek el, és a turbós bolygódugattyús motorokban alkalmazták. Ez a 12A szívó motornál már megismert tűhegy-porózus króm felület továbbfejlesztésének eredménye, mivel itt már a kis "tűhegy" mélyedések csatornákkal is össze voltak kötve, a bejuttatott motorolaj minél jobb eloszlása és megtapadása érdekében.

 Szintén változás a 12A trochoid felület kenéséhez képest, hogy míg ott a karburátorban keveredett a motorolaj a benzinnel, a turbós wankelban két különálló motorolaj-adagoló fúvókát alkalmaztak, egyet az elsődleges beömlő csatornában, egyet pedig közvetlenül a trochoid házra szerelve, melyek olajellátásáról egy külön adagoló pumpa (MOP-metering oil pump) gondoskodott. Ez az elrendezés pedig részben keverékolajzásnak felelt meg, hiszen a beömlőbe juttatott motorolaj a nagysebességű töltettel keveredve szóródott szét a kamrákban. A turbófeltöltő szintén bőséges kenésben részesült, köszönhetően a bolygódugattyús motor kellő kenési kapacitásának ( a rotorok szintén belső olajhűtésűek voltak ). A 12A Turbó erőforrás 786 mm hosszú, 548 mm széles és 638 mm magas, tömege pedig 162 kg volt.

 

13B motortípus (1973-1981)

 

  A 13B erőforrás a legszélesebb furatú két rotoros motor, melynek  653 köbcentiméternyi kamratérfogatát a b=80 mm, e=15mm, R=105 mm trochoid méretek alapján kapjuk. Az utóbbi két adat egyébként megegyezik a 10A és a 12A erőforrások adatával.

 

13B típusú bolygódugattyús wankel rendszerű erőforrás és váltómű 1973-ból, egy darab gyújtás elosztóval.

 

  Jól látszik a kipufogógáz termikus reaktorja ezen az 1974-es japán belpiacos 13B motoron.

 

 Ez a karburátoros 13B motor a Mazda RX-4 típus szedán, kupé és kombi kivitelével lett bevezetve 1974-ben az amerikai piacra.  Az egyedülálló, 13B wankel motoros Rotary Pickup kistehergépkocsi is ebben az évben jelent meg az amerikai piacon. Később, az 1975-ös "amerikai" kivitelű Mazda RX-5 is megkapta a 13B motort.

 

A Mazda RX-4 volt az első 13B motorral szerelt típus. Az autó végül az első olaj válság után emelkedő üzemanyag árak áldozatává vált.

 

 

   Az amerikaias megjelenésű Mazda RX-4 szedán (Luce Legato/929) motorházteteje alatt is lapulhatott a 13B erőforrás. 

 

  Amerikában a Mazda kistehergépkocsit is forgalmazott 13B wankel rendszerű motorral szerelve. A típus neve egyszerűen Rotary Pickup volt. 1974-ben, a Mazda RX-4-el egy időben jelent meg.

 

 Gyártási időszaka alatt a karburátoros Mazda 13B motor a tartósság és takarékosság fokozásának jegyében végigjárta a 12A motornál már taglalt evolúciós lépcsőfokokat. A Mazda RX-4 és RX-5, illetve a karburátoros13B bolygódugattyús erőforrás számára Észak-Amerikában az 1978-as esztendő volt az utolsó év, majd átmenetileg eltűntek a piacról. Japánban ezzel szemben a 13B a nagyobb személyautóktól egészen a kisebb buszig több Mazda típus hajtásáról is gondoskodott, egészen a gyártás 1981-es befejezéséig.

 

  A Mazda Roadpacer az ausztrál GM-Holden Statesman karosszériáján és alvázán alapult. A 13B wankel rendszerű erőforrással hajtott típus a japán kormányzati szerveket célozta meg.

 

 A 26 személyes Mazda Parkway Rotary kisbusz is igazolja, hogy a Mazda mennyire hitt (hisz) a bolygódugattyús erőforrásban. Ez a kétrotoros 13B-vel szerelt kisbusz volt a valaha készült legnagyobb jármű, amit wankel-rendszerű erőforrással hajtottak.

 

13B 6PI DEI motor (1983-1985)

 

   Két éves szünet után a Mazda 1983 végén újraélesztette a nagy kétrotoros 13B motort a japánban forgalmazott Cosmo/Luce széria és az első generációs amerikai piacos RX-7 GSL-SE számára. A továbbfejlesztett erőforrás nagyobb teljesítményt és kedvezőbb üzemanyag felhasználást biztosított, köszönhetően részben a bolygódugattyúsban addig nem alkalmazott egyedi, töltési dinamikát növelő DEI rendszer és elektronikus befecskendezés kombinációjának.

 

  A japán specifikációjú Mazda Cosmo kupé hajtásáról is a 13B DEI, wankel rendszerű, azaz bolygódugattyús motor gondoskodott.

 

 Az új 13B szintén alkalmazta az úgynevezett 6PI rendszert, mely már korábban feltűnt a japán piacos karburátoros 12A motoron. A befecskendezésről Bosch L-Jetronic rendszer gondoskodott, a 12A Turbo esetében már megismert módon, a két rotorkamra egy-egy beömlőjében elhelyezett, összesen két darab befecskendezőn keresztül.

  A befecskendezős Mazda 13B DEI erőforrás. 1983 November.

 

 A DEI motornak egymástól független, hosszú szívócsövei "nőttek" ki egy szívóöntvény kamra szerű dobozból, vagy ahogyan a Mazda mérnökei előszeretttel nevezték, hullám tartályból. Ez a doboz két részből állt, az alsó részből jött ki a másodlagos beömlők két szívócsöve, míg az úgynevezett mezzanine szint -ből  ágazott ki az elsődleges beömlők két csöve. Ez a  szívóöntvény kamra közvetlenül csatlakozott a három fojtószelepes fojtószelepházhoz. A fojtószelepház-szívóöntvény kamra együttes előtt helyezkedett el a normál, inga típusú légáram mérő, illetve a levegőszűrő.

 A Mazda mérnökei rájöttek, hogy a két-rotoros erőforrás két kamrája közötti levegő mozgás hatása hasznosítható. A rotorok mozgása általi - ahogy a beömlő nyílásokat zárják, nyitják - gyors váltások következtében erős kompressziós hullámok keletkeznek. Szintén lökéshullámok generálódnak, amikor a magas nyomású kipufogó oldal valószínűleg visszahat a szívóöntvénybe, a beömlő nyílások nyitása utáni tágulási kamra téren keresztül. A bolygódugattyús motorok magas fordulaton fokozódó térfogat hatásfoka ezeknek a két rotor közötti, kétféle kompressziós hullámoknak lett tulajdonítva. A Mazda szívóöntvény kamrája a már taglalt kétszintes elrendezésével, ezt a levegő "összehatást" használja ki a töltési hatásfok javításához. A közvetlenül a beömlés zárása előtt elvégzett mérés során kiderült, hogy a beömlő keverék nyomása 0.13 Bar-ral nőtt, így a rendszer hatása pulzáló-pozitív töltést valósít meg.

 A 13B DEI erőforrás a Mazda RX-7 GSL-SE típusban 135 SAE lóerő teljesítményt adott le 6000-res, és 180 Nm nyomatékot 2750 percenkénti főtengely fordulatszámon.

 

Továbbfejlesztett 13B 6PI DEI erőforrás (1986-1989)

 

  A 13B 6PI DEI erőforrásnak ez a továbbfejlesztett variánsa kizárólag a második generációs Mazda RX-7-ben került alkalmazásra. A motor teljesítménye 11 plusz lóerővel 146 lóerőre emelkedett, a korábbinál valamivel magasabb, 6500-as fordulatszámon, míg a maximális nyomatéknak 187 Nm adódott 3500-as percenkénti főtengely fordulat esetén. Az új DEI szívóöntvény kamra a korábbi dobozformához képest felül lekerekített sarkokat kapott, hogy ezzel is optimalizálja a rotor kamráktól érkező lökéshullámokat.

          A továbbfejlesztett 13B 6PI DEI motor a Mazda RX-7 P747 részére.

 

 A lágy öntött vasból készült rotorok darabonként 14 százalékot elveszítettek a súlyukból az előző 13B 6PI DEI motorhoz képest, 4,3 kilogrammra csökkentve tömegüket. A rotorok tömegcsökkenése tovább javította a motor gázreakcóit és üzemanyagfogyasztását.

 A kritikus pontnak számító, kompresszióért felelős motor tömítések szintén megváltoztak. Egy új három darabos éltömítés (apex) váltotta fel a korábbi 2 darabos verziót. A kamrák közötti nyomáskülönbség a tömítés előtt és után ( az éltömítés választja el a kamrákat ) előre-hátra mozgásra késztette a tömítést a fészkében, ahogy a tömítés végig halad a rotor négy munkaütemén. Habár feltételezetten gázszökés biztos a kétdarabos korábbi tömítés, geometriájából és statikusan adódó aktuális helyzetéből kifolyólag is hagy lehetőséget szivárgásra egyes helyzetekben. Az új három darabos éltömítés esetében a fő tömítés darab egy meghatározott szögben hosszábban ketté lett "vágva". A háromszög alakú záró darab megmaradt. A trochoid ház falával érintkező felső tömítés darab így már kevésbé volt hajlamos a rotor mozgásához képest előre-hátra mozogni a fészkében, inkább függőleges irányban le-fel mozgott a fészkében, mivel felületileg szögben érintkezett az alsó tömítés darabbal.

 Az apex éltömítés 2mm vastag volt, szemben a korábbi 3mm vastag kétdarabos tömítéssel. Minél könnyebb az éltömítés, annál kisebb a centrifugális erő ami  trochoid házhoz nyomja, csökkentve így a kopást . A vékonyabb tömítés további előnye, hogy a jelentős mechanikai súrlódás csökkenés következtében nő a teljesítmény és csökken az üzemanyag felhasználás.

  A rotorok oldalán található kompressziós tömítések szintén vékonyodtak a korábbi 13B motorhoz képest, 1 mm-ről 0,7 mm-re. Ennél motortípusnál egyébként hosszú idő után először, arrébb költöztették az oldal házakon található víz-tömítések vájatát, a magas hőmérsékletektől kevésbé érintett helyre. A három darabos apex tömítés, illetve a 0,7 mm-es oldaltömítés hosszú karriert futott be, hiszen a turbófeltöltős 13B erőforrásokban is alkalmazásra került, többek között a 13B-REW motorban is, amely a 2002-ig gyártott harmadik generációs Mazda RX-7-ben volt használva.

        A továbbfejlesztett 13B 6PI DEI bolygódugattyús motor rotor-házanként ("henger") két befecskendezőt tartalmazott (lila csatlakozók). Egy egészen a beömlő nyílás közelében, míg a másik feljebb, a szívóöntvényben helyezkedett el.

 

 A fejezetünk tárgyát képező továbbfejlesztett 13B 6PI DEI digitálisan kontrollált Bosch L-Jetronic üzemanyag befecskendezési rendszerrel volt ellátva; kamránként két kisebb méretű injektort alkalmazva, szemben a korábbi egy darab naggyal (kamránként). Az elsődleges befecskendező a rotorház közdarabon (azaz a motoron) kiképzett szívócsatornában helyezkedett el, mely pozíciót részlegesen közvetlen befecskendezésnek hívtak a Mazdánál. A második injektor feljebb helyezkedett el a másodlagos szívó traktusban. A kamránkénti két injektor nagyszerűen kiszolgálta a 13Bmotor, 700-as alapjárata és 7000-res maximális fordulatszáma közötti nagymértékben változó üzemanyag igényét. A mérnökök a trochoid házon elhelyezett periférikus kipufogó nyílásba egy bonyolult alakú fémdarabot helyeztek, mely mérsékelte a harsogó, magas frekvenciájú kipufogó hangot.

 

 

13B 6PI DEI-II erőforrás (1989-1992)

 

Ez motorvariáns mintegy fiatalító kúraként a második generációs amerikai piacos Mazda RX-7 életútjának közepén-végén lett bevezetve 1989-ben. A motor maximális teljesítménye hat lóerővel, 160LE/7000/perc.-re növekedett. A maximális 140 Nm nyomaték 4500-as fordulatszámon állt rendelkezésre. A rotorokon található kompressziós mélyedések ezentúl teljes gépi megmunkáláson estek keresztül és egyúttal a kompressziós arány 9.7:1-re változott a korábbi 9.4:1.

         A Mazda RX-7 GTU kiviteleket a 13B 6PI DEI-II hajtotta. A jóval későbbi RX-8 megtervezésében és kifejlesztésében közreműködő Isao Tohda-nak ez volt az első sorozatgyártású típus megbízatása.

 

 A szívó 13B dinamikus hatású beömlő (DEI)  rendszere a II. fejlesztési fázisba lépett. Csak emlékeztetőül, a DEI rendszer mintegy kihasználta a két rotor-kamrából érkező kipufogógáz visszaáramlást, mely kompresszor-szerű ráhatással fokozta a töltés hatásfokát.

 

  Korábban a DEI-I rendszer egy kétrekeszes beömlő kamrával próbálta hasznosítani a lökéshullámokat. A DEI-II viszont már változó hosszúságú szívócsöveket tartalmazott, a nyomáshullámok optimális kihasználása érdekében. A DEI-II két különböző hosszúságú szívócsőből állt, minél jobban alkalmazkodva a beömlő levegő hangsebességéhez (nagyon magas sebességéhez). Alacsonyabb fordulatszámon hosszabb, míg magasabb fordulaton rövidebb szívócsőn keresztül folyt a beömlés. A szívócső hosszúságot hengeres forgó szelepek szabályozták, melyek a szívótraktus közepén helyezkedtek el. Ebben az oldalsó beömlős wankel rendszerű motorban volt elsődleges, és másodlagos szívócső rendszer.

 

             (High Speed=nagy fordulat, Low Speed=alacsony fordulat, Pressure wave=nyomás-hullám, Primary=elsődleges, Secondary=másodlagos.)

 

13B DEI Iker-teres Turbo erőforrás (1985-88).

 

A 13B DEI Turbo volt ennek a motor szériának az első turbófeltöltős verziója, amely a második generációs Mazda RX-7 nagyteljesítményű kiviteleit hajtotta. Az erőforrás 6500-as fordulatszámon 182 lóerőt, és 265 Nm nyomatékot teljesített 3500-as fordulatszámon. Érdekesség, hogy 1500 és a maximálisan engedélyezett 7000 percenkénti főtengelyfordulat között soha nem esett 210 Nm alá a nyomaték. A 13B DEI Turbo osztozott a 13B-6PI DE-II. erőforrásnál már bevezetett fejlesztéseken.

 A periférikus kipufogónyílásos (trochoid házon-felületen elhelyezkedő) bolygódugattyús erőforrás előnyösen alkalmas turbófeltöltő használatára, mégpedig a működési elvből adódóan nagyon hirtelen nyító nyílások és az ebből adódó gáz pulzálás miatt. A kipufogógázok nagyobb erővel "ütik" a turbófeltöltő turbina lapátkerekét, mint a dugattyús erőforrásokban. A turbófeltöltőbe érkező kipufogógázok belépő nyílásánál az öntvény két csatorna felé nyitotta meg az utat a gázok számára, de ezután a második számú csatornának volt egy, a szívócső vákuum által szabályzott, csapda szerű zárható "ajtaja".

 Alacsony fordulatszámon a kipufogógázok kizárólag az elsődleges csatornán áramolhattak a turbinalapátkerék felé. Az elsődleges csatorna nyílásának viszonylag kicsi keresztmetszete gyorsító hatással volt a gázokra. Az elsődleges csatornából szinte optimális szögben érkeztek a gázok a turbina lapátkerekeire, gyorsabb pörgésre kényszerítve a turbinát. 2500-as excenter engely (főtengely) fordulatszám felett a csapda ajtó kinyított, a teljes belépő keresztmetszetével hozzájárulva a hajtáshoz. Mivel ilyenkor immár a turbófeltöltő optimális működési tartományába kerültünk, a gázok sebességének nem kellett olyan magasnak lenniük. Sőt, kívánatos volt a gázsebesség csökkentés, melyet a turbinát tompább szögben elérő gázok valósítottak meg.

 Az iker teres turbófeltöltő két töltő hatását egyesítette egyben, kombinálva egy alacsony fordulatszámra (kis gázsebesség) és egy magas fordulatszámra (nagy gázsebesség) tervezett turbófeltöltőt. Az iker-teres turbófeltöltő jól együtt dolgozott a Dinamikus Hatású Szívási (DEI) rendszerrel, azonban ez a motor 4PI jelölésű volt, azaz kamránként két beömlő nyílással rendelkezett, hasonlóan az összes turbós Mazda wankelhez.

  A turbófeltöltő által megemelkedett teljesítmény a motor hőterhelését mintegy 30%-kal fokozta. Ezáltal a trochoid ház működési felületének kenése kritikus kérdéssé vált. Mint korábban megismertük, a legutolsó eljárás a mikrocsatornákkal összekötött tűhegy porózus felületi megmunkálás volt. Hozzátevőleg a trochoidok "lemezelt" csúszófelülete  teflon bevonatot kapott az apex éltömítések és a trochoid felület kielégítőbb kenése érdekében. A felületi rétegnek esetenként kaparásnak és kiégésnek is ellen kellett állnia, de a teflon nagyszerűen belepréselődött a tűhegy lyukakba és a helyén maradt. Így pedig testőrként védte a felületet, amennyiben az esetleg átmeneti hiányt szenvedett kenésben (olaj).

 

13B Független Iker-teres Turbó (1989-1991)

 

 A második generációs Mazda RX-7 késői példányait egy tovább javított verziójú 13B Turbo hajtotta. A közben megjelent olyan vetélytársak miatt, mint a 190 lóerős Mitsubishi Eclipse, a bolygódugattyús motor teljesítményét 10 százalékkal ( a belpiacos Infini verzió esetében 19%) 200 lóerőre növelték a Mazda mérnökei. A nyomatéki maximum 265 Nm volt, 9,0:1-re emelt kompresszió mellett. Az öntött vas rotor 4 százalékot veszített súlyából, a vékonyabb belső merevítésnek köszönhetően. A rotor sűrítési mélyedése immár teljesen gépi megmunkálású volt, a turbós és a szívó erőforrásokban egyaránt.

 A korábbi Iker-Teres Turbófeltöltőt egy Független Iker-Teresnek nevezett turbó váltotta fel. Az új turbófeltöltő megtartotta a két különálló kipufogó beömlő csatornát, de elhagyták a "csapda-ajtó" szelepet. Immár mindkét csatornán keresztül állandóan kapta a kipufogógázt a turbina, de a két rotor egymástól elválasztott független csatornát kapott. Egy rotor-kamra, egy csatorna. A Mazda wankel fejlesztő mérnökei felfedezték, hogy ha tökéletesen elszeparálják egymástól a turbináig vezető csatornákat, akkor a rotor-kamrák közötti kipufogógáz-nyomás interferencia nem okoz energia vesztést, ezért a gázok még nagyobb erővel "ütik" a turbina lapátokat.

 Szintén fontos előrelépés történt a rotor kamrák kenésében. Az olajadagoló pumpa által egy kis mennyiségű motorolaj került befecskendezésre közvetlenül mindkét rotor-házba, valamint a beömlő nyílásokba, a tömítések kenése és jobb tömítettség érdekében. Ennek a belső motorolaj táplálásnak a kontrollját a motor vezérlő egység végezte, mégpedig a fordulatszám, a hűtővíz hőmérséklet és a beömlő levegő mennyisége függvényében. Az olajfogyasztás a precízebb kenés következtében miintegy 50 %-kal csökkent ebben a 13B erőforrásban. További előrelépés volt többek között az új, műanyag légáram mérő, mely igen kompakt,  könnyű, hengeres és csúszó típusú volt, és sokkal simább levegőáramlást tett lehetővé. Az elektromosan vezérelt kenés és a Linearc légáram mérő alkalmazása tovább folytatódott a 13B-REW szekvenciális erőforrásban is, a harmadik generációs Mazda RX-7-ben.

 

13B-REW Szekvenciális Iker-Turbó (1991-1998).

 

 Ez a két rotoros 13B a harmadik generációs Mazda RX-7-est és a Cosmo GT luxus kupéban kerül alkalmazásra. A motor 255 lóerőt adott le 6500-as fordulatszámon, és 294 Nm nyomatékot teljesített 5000-res fordulaton. A 13B-REW a Cosmo luxus kupéban került bevezetésre, ahol az autó jellege más motorhangolást kívánt. Ebből kifolyólag az ebbe a típusba beszerelt motorok maximális teljesítménye 230 lóerőre csökkent, a csúcsnyomaték viszont ugyanannyi maradt, de már 3500-as fordulaton jelentkezett. Ez a lapos nyomatéki görbe jól illeszkedett a Mazda Cosmo automata váltóművéhez.

 Az erőforrás igazi dobása, a világon szériagyártásban először (!!!) alkalmazott szekvencionális iker-turbó rendszer volt. Megjegyzem, a rendkívül kis darabszámban gyártott egzotikus Porsche 959-esben is hasonló megoldás volt található. A kulcsszó: szekvencionális. Minden más autóipari iker-turbós rendszerben mindkét turbina egyidejűleg biztosítja a nyomást. Minden ilyen rendszerben kisebb turbófeltöltőket találunk, mint a szimpla turbós megoldások esetében. A kisebb turbó gyorsabban felpörög, kisebb a késedelmi ideje, éppen ezért már alacsonyabb fordulatszámon jelentkezik a többlet teljesítmény, mint nagyobb feltöltők alkalmazása esetében.

 

 Szekvenciális rendszerben alkalmazva az iker-turbókat, további előnyökkel jár, hiszen az elsődleges turbófeltöltő turbinája az összes hengerből - wankel esetében kamrából -, kapja a kipufogógázt, így még gyorsabban tesz szert kellő forgási sebességre. Ez pedig javítja a gázreakciót és a nyomatékot alacsony fordulaton. Egy előre meghatározott gázsebességen (áramlási mértéken) a második turbófeltöltő is bekapcsolódik a nyomás fokozásának terhébe. Működési tartományuk felső szakaszában az iker-turbós rendszerek erőteljesen csökkentik a kipufogógázokra kifejtett áramlási ellenállást, ezzel is növelve a teljesítményt. Ez igen nagy előnyük a szimpla turbós megoldásokhoz viszonyítva.

 A szekvenciális iker-turbós rendszerek egyik komoly konstrukciós megoldandó nehézsége, hogy a második turbó bekapcsolása zökkenőmentesen  történjen. Amennyiben a másodlagos turbó nem pörög megfelelő sebességgel amikor bekapcsolódik a feltöltésbe, a teljes rendszer megtorpan, átmeneti nyomaték veszteséget okozva, meggátolva ezzel a zökkenőmentes üzemmódváltást

 A Mazda mérnökei tökéletes megoldást dolgoztak ki erre a problémára. Az elsődleges turbó feltöltési szakaszában a kipufogógáz egy részét átvezették a másodlagos turbóhoz, egyfajta készenléti állapotban tartva azt. Ebben a működési tartományban még nem volt szükség arra. hogy a másodlagos feltöltő is nyomást biztosítson, így ilyenkor lényegében zárt beömlő légkamra (ott is volt egy szelep, erről később) mellett dolgozott. A másodlagos feltöltőt ebben az állapotában (surge) hagyva, viszont gyors hőmérséklet emelkedés következett be kompresszor oldalának beömlő és kiömlő nyílásánál, ami hosszabb távon károsíthatta volna a turbófeltöltőt. Ezt a "dagadó" állapotot elkerülendő egy megkerülő szelep segítségével ilyenkor egy kis csatornát nyitott meg a rendszer a kompreszoroldal be- és kiömlő nyílása között, ahol keringhetett a levegő.

        Pry-T/C=elsődleges turbó, Sry-T/C=másodlagos turbó, Valve=szelep, Charge Control=töltés vezérlő, Charge Relief= töltés mentesítő 

 

 A másodlagos turbó tengelye készenléti állapotban körülbelül 100000/perc fordulatszámmal forgott. Azonban ez még mindig nem volt elegendő a torpanás mentes iker-turbós üzemmódba váltáshoz. Ehhez ennél gyorsabban kellett forognia a másodlagos turbófeltöltőnek. Ezt pedig az úgynevezett dagadó szakasz aktiválásával sikerült elérni, azaz lezárták a megkerülő szelepet, így zárt beömlővel (kamrák felé) keringett a turbó. Így pedig 140000/perc fordulatra gyorsult fel a turbó. Ennél a sebességnél pedig immár a teljes kipufogógáz mennyiséget megkapta a turbina, illetve egyidejűleg megynyílt a szabályzó szelep, szabaddá téve az utat a "felpumpált" levegő előtt a beömlőben. Persze megkérdezhetik, hogy a 140000-res fordulatra felpörgetés előtti megkerülő ág lezárás nem károsította-e a turbót, mint azt már írtam? Nem, hiszen a Mazda rendszerében mindössze néhány másodpercig tartott ez a szakasz, így nem volt ártalmas a tartósságra és megbízhatóságra.

 

A Mazda RX-7 13B-REW wankel erőforrásán a két (iker) turbófeltöltő Hitachi HT12 gyártmányú volt 51 mm-es átmérőjű 9 lapátos turbinával, és 10 lapátos, 57 mm-es kompresszorral. A turbina és a kompresszor lapátjai úgynevezett erős áramlású, hajlított típusúak voltak. A maximális töltés 0,62 Bar-ra volt beállítva. Közvetlenül a légáram útjában egy kompakt, léghűtéses töltőlevegő hűtő volt elhelyezve az autó orrában.

 A túrakupé Mazda Cosmo 13B-REW bolygódugattyús erőforrása az iker turbófeltöltők méretében különbözött az RX-7 motorjától. Ezen a valamivel kisebb HT10 típusú turbókat alkalmazták. A Mazda által hatásos turbinának nevezett elsődleges turbina lapátkerekei egyenes kivitelű élekkel rendelkeztek. Ebben a turbófeltöltőben a beérkező kipufogógázok először a lapátok egyenes részét "ütötték", szinte tökéletes szögben érkezve azokra. Ezután a gáz végigáramlott a hajlított részen, növelve saját sebességét, és a kifejtett erejét. A másodlagos turbóban "magas áramlás" élkiképzésű hajlított lapátokat használtak, melyek kevesebb ellenállást tanúsítottak a beáramló gázokkal szemben, így fokozva magas fordulatszám esetén a gyorsabb pörgést. A Mazda RX-7 13B-REW légáram kapacitása a Cosmo rendszeréhez képest 20 százalékkal magasabb volt.

               Sokak szemében minden idők egyik legszebb sportautója a III. generációs Mazda RX-7.

 

 A 13B-REW wankelhoz a befecskendezési rendszert is megújította a Mazda. Az új EGI-HS (H=nagy sebesség, S=sebesség-sűrűség) üzemanyag befecskendezés vezérlő rendszer, légtömeg mérőt alkalmazott a korábbi légáram mérő helyett, simábbá téve a levegő áramlást és lehetővé téve a precízebb üzemanyag "kezelést" az ECU által.

 A befecskendezési rendszer rotor-kamránként két injektort tartalmazott. Az elsődleges befecskendezők nagyon közel helyezkedtek el a kamrák beömlő nyílásához, innen ered a részlegesen közvetlen befecskendezés elnevezés. A másodlagos injektorok feljebb, a szívó traktusban helyezkedtek el. Ezek csak közepes és magas fordulatszámon kapcsolódtak be a motor táplálásába. A dupla befecskendezős üzemmód 2750-es fordulatszám felett, vagy erős terhelés esetén került aktív állapotba.

 A kenés és tömítettség kérdése mindig kritikus egy olyan teljesítményű erőforrás esetében, mint például a Mazda 13B-REW wankel. Mindkét rotornak belső olajhűtése volt és egy kis mennyiségű motorolaj volt betáplálva közvetlenül a trochoid ház csúszó felületére az itt elhelyezett egy-egy darab befecskendezőn keresztül, a jobb tömítettség és kenés érdekében. Ez az olajbefecskendezés a 13B-REW esetében már elektronikusan kontrollált volt.

 

 13B-REW "280 LE" erőforrás (1998-2002).

 

 Két évvel a bemutatása után a Japán konkurencia hatására a Mazda 265 lóerőre emelte az RX-7 13B-REW erőforrásának teljesítményét. Egy íratlan szabály és a gyárak megegyezése alapján a japán személygépkocsik publikálható teljesítményét ekkoriban  280 lóerőben maximalizálták a felkelő nap országában. Természetesen ezt az értéket csak nagy teljesítményű modelljeik esetében érték el a gyárak. A Mazda 1998-ban csatlakozott a "280 lóerő" klubhoz, mégpedig az ekkor átfésült RX-7-tel.

 A kézi sebességváltós utolsó 13B-REW wankel 280 lóerőt teljesített 6500-as fordulatszámon, míg az automata váltós verzió 260 lóerő teljesítményű maradt. A nyomaték 20 Nm-rel nőtt a középső fordulatszám tartományban, a maximális értéknek pedig 314 Nm adódott, 5000-res percenkénti főtengelyfordulatnál.

 Új turbófeltöltők, továbbfejlesztett éltömítés (apex) kenés, kisebb belső áramlási ellenállású kipufogórendszer, tökéletesített hűtés, kifinomultabb motor vezérlés eredményezték a teljesítmény növekedést a korábbi kivitelhez képest, miközben a motor belseje változatlan maradt.

         Az új hátsó szárny öt szögben állítható volt. Az 1 fokos előre lejtésű alapbeállításban az autó orránál mérhető felhajtóerő együttható 0.045, míg hátul 0.000 volt. A legextrémebb 14,5 fokos állásba helyezve a szárnyat elöl 0.053, hátul -0.075 értékek adódtak, a földhöz szegezve az autó hátulját.

 

 A turbófeltöltők - mert ugye kettő volt az iker elrendezés miatt,- továbbra is Hitachi gyártmányúak voltak, de  új, úgynevezett "bedörzsölt" kompresszor nyílás tömítéssel, és "ultra magas áramlás" kivitelű turbinával. A tömítés "bedörzsölése" azt jelentette, hogy a még jobb tömítettség érdekében a gyártás folyamán először a kompresszor házban rögzítették a plasztikus tömítést és csak utána munkálták meg a tömítés belső furatát. Ezután összeszerelték a turbófeltöltőt, és 100000 fordulatszámon járatva hagyták, hogy a tömítés belső felülete és a kompresszor lapátjai között a lehető legkisebb hézag (legjobb tömítettség) alakuljon ki a lapátok enyhe dörzsölő hatása következtében. Így az új "bedörzsölt" turbófeltöltő hatásfoka 80 százalék fölé javult, szemben a turbók átlagos 75%-os hatásfokával.

  Csak ez önmagában 10C fokkal csökkentette az összesűrített levegő hőmérsékletét, amely a turbó kompresszor-nyílásánál 10%-os hőmérséklet csökkenésnek felelt meg. Az itt kilépő levegő még így is 110 fok körüli hőmérsékletű volt, melynek további hűtéséről a levegő hűtésű töltőlevegő hűtő (intercooler) gondoskodott a Mazda RX-7 orrában.

 Az ultra magas áramlású turbina kiképzés nyújtottabb és kevésbé hajlított lapátokat takart, nagyobb átjárást engedve a gázoknak, csökkentve az áramlással szembeni belső ellenállást. Ennek köszönhetően a turbó reakcióideje nagymértékben javult az alsóbb fordulatszám tartományokban. Az új turbinák kisebb átmérőjűek voltak (50mm, korábban 51mm), ezzel is csökkentve tehetetlenségi tömegüket. Az ultra magas áramlású kialakítás a valóságban 10 százaléknyi hatásfok javulást eredményezett.

 A két (iker) ultra magas áramlású turbófeltöltő 0,75 Bar maximális nyomást volt képes teljesíteni, 6500-as fordulaton, a korábbi, csak szimplán "magas" áramlású turbók 0.62 Bar-os nyomásához képest, azonos fordulatszámon.

 A kenés és a hűtés újfent kiemelt figyelmet kapott. A kritikus pontnak tekinthető apex (éltömítés) tömítések kenése a trochoid házakra szerelt 1-1 darab olajbefecskendező fúvóka precíz szabályzásával lett tökéletesítve. A Mazda RX-7 átrajzolt orrkiképzése pedig a 1991-1998 közötti kivitelnél nagyobb nyílást tett szabaddá a menetszél előtt, mind a vízhűtő, intercooler, olajhűtők és első fékek felé.

 

 

20B Három-Rotoros Szekvencionális Iker-Turbó

 

A 20B-REW típus volt a első multi rotoros szériagyártású erőforrása. Ez a motor a nagyteljesítményű Mazda Cosmo luxuskupét hajtotta. A 20B-REW 280 lóerőt teljesített 6500-as, és 402 Nm-t 3000 excenter tengely (főtengely) fordulatszámon. A 20B-REW maradt a 13B belső geometriai méreteinél és 654 kcm-es kamratérfogatánál, így adódott 3x654=1962, azaz majdnem 2 liter össztérfogat. Innen ered a 20, mint típusjelölés.

 A Mazda multi-rotoros wankel fejlesztései a versenysportban és a széria gyártásban is egyaránt felgyorsultak egy újfajta excenter tengely összeszerelési módszer bevezetésével.. A bolygódugattyús erőforrások egyedülálló konstrukciójából adódóan, multi-rotoros (kettőnél több rotor) kialakítás esetében több lehetőség is adódik az excenter tengely kialakítására és lehetőség van eltolt fogazású fázisoló fogaskerékpár (split gear) alkalmazására az egyik rotorban. (Egy négy rotoros wankel erőforrásban akár három darabból összeszerelt excenter tengelyt is lehet alkalmazni, és akár két rotorban is lehet "split gear" típusú fázisoló fogaskerék).

 

 

                  A Cosmo egy nagyteljesítményű exkluzív luxus kupé volt, melynek bemutatása éppen a Japán Takarékossági Válság tetőzésére esett. Ez volt az első japán autó, amelyben GPS alapú navigációs rendszer volt.

 

 A Mazda az 1960-as évektől a 70-es évek elejéig úgynevezett Hirth kapcsolással két vagy három darabból összeszerelt excentrikus tengelyt használt a kísérleti és prototípus erőforrásokban. A fogazással kapcsolódó darabokból álló,  hosszú központi csavarral összehúzott excenter tengely viszont már nem bizonyult kellően merevnek magas fordulatszámon, a nagyobb teljesítményű erőforrásokban.

 

 Az áttörés az 1980-as évek elején következett be, amikor a fiatal mérnököből álló Mazda wankel-csapat  kitalálta az egyszerű, de mégis kellő merevséget nyújtó kúpos kapcsolási módszert. Nem csak a lendkerék csatlakozott ezzel a megoldással az excenter tengelyhez, hanem a tengely  két darabja is így lett egymáshoz rögzítve. A darabok egymáshoz képesti pozícionálása úgynevezett ék tűvel történt. Ez az egyszerű rögzítési módszer a kétkedők előtt akkor bizonyította igazán életképességét, amikor a Mazda győzelmet aratott a Le-Mans-i 24 órás versenyen a prototípus sportautók kategóriájában. A győztes versenyautó (Mazda 787B) 4 rotoros wankel rendszerű erőforrásában is ilyen csatlakoztatással készült excenter tengely volt.

 A 20B twin-turbó erőforrás is a 13B esetében megismert szekvencionális iker-turbó rendszert alkalmazta, azzal a különbséggel, hogy az elsődleges oldalon egy Hitachi H15-ös nagy hatású turbó volt, míg a másodlagos darab egy erős áramlás típusú HT12-es volt.

 A 20B kipufogórendszer két előremutató megoldást is tartalmazott. Ez egyik az API rendszer volt, amely levegőt tudott juttatni a beömlő nyílásokhoz, és a kipufogó csőbe is. A levegő "befecskendezés" csökkentette a kamrákban maradó elégetlen gázok mennyiségét, a kipufogóban pedig szintén a káros emisszió redukálását segítette. A kipufogó rendszer másik egyedisége a következő volt: Mindkét hangtompítónak két kivezető csöve volt. Az egyik cső rendelkezett egy pillangószelep szerű belső vezérlővel. Alacsony fordulatszámon a szelep zárva maradt, így a gáz kénytelen volt végighaladni a másik végződés hosszabb belső csövezésén, ami pedig nagymértékben csökkentette az alacsony frekvenciás hangokat. Magas fordulatszámon viszont mind a négy kivezető cső kinyitott, ezzel is csökkentve a rendszer áramlással szembeni belső ellenállását, maximalizálva ezzel a motor teljesítményét.

 

Zárszó.

 

 Ezzel végére értünk a sorozatgyártású bolygódugattyús Mazda erőforrások bemutatásának. A legújabb Renesis kimaradt, de azt korábban már több cikkünkben bemutattuk: CIKK 1, CIKK 2.  A Mazda apex éltömítések történelméről pedig ITT olvashatnak. A közeljövőben terveink között szerepel a prototípus Mazda wankel motorok bemutatása, illetve a versenysportban használt rotorosok ismertetése.                   források alapján Varga István