Αναλύοντας τον βάνκελ του Mazda RX-8

Μπορείτε να φανταστείτε ένα RX8 με παλινδρομικό κινητήρα; Όσο οι Ιάπωνες καταφέρνουν να εξελίσσουν τον Wankel τόσο ξεχωριστό καταφέρνει να είναι το μοναδικό αυτοκίνητο παραγωγής στον κόσμο που χρησιμοποιεί περιστροφικό κινητήρα.

Ο Wankel είναι «πολύ σκληρός για να πεθάνει» και ας λένε οι άλλοι ότι θέλουν όταν οι Ιάπωνες στο Τόκιο παρουσίασαν την δεύτερη γενιά Renesis (με μεγαλύτερη χωρητικότητα στα 1.600κ.εκ.). Ας θυμηθούμε μερικές από τις σημαντικότερες βελτιώσεις του Renesis που αφορά στη βελτίωση που επέφερε η μεταφορά των θυρίδων εξαγωγής ώστε να αποκλείεται το ενδεχόμενο τυχόν διαρροής (άκαυστου μίγματος και καυσαερίων με ταυτόχρονο “άνοιγμα”) μεταξύ των θυρίδων εισαγωγής κι εξαγωγής. Από την άλλη, οι θυρίδες εισαγωγής στο RX8 με τους 240 ίππους είναι τρεις, με διαφορετικό χρονισμό ανοίγματος, και για τον καλύτερο έλεγχο της καύσης χρησιμοποιούνται συνολικά τρία μπεκ ψεκασμού για καθένα από τους δύο ρότορες του κινητήρα (το ένα από τα οποία ψεκάζει καύσιμο κατευθείαν μέσα στο θάλαμο καύσης).

Ένα άλλο σημαντικό στοιχείο του περιστροφικού κινητήρα του RX8 είναι το σύστημα μεταβλητής εισαγωγής με βαλβίδες που ελέγχουν τη ροή του αέρα που εξασφαλίζει την παροχή καυσίμου μίγματος μόνο σε όσες θυρίδες εισαγωγής είναι απαραίτητο ανά πάσα στιγμή, ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας. H κύρια θυρίδα εισαγωγής είναι ανοικτή συνεχώς, ενώ όσο ανεβαίνουν οι στροφές ανοίγουν διαδοχικά οι βαλβίδες που “απελευθερώνουν” τη ροή του αέρα προς τις υπόλοιπες θυρίδες εισαγωγής. Επί πλέον μια ειδική “κεντρική” βαλβίδα ανοίγει στις 7.250 στροφές περίπου και μειώνει το μήκος της ροής μέχρι την πολλαπλή εισαγωγής, δημιουργώντας ένα είδος υπερτροφοδότησης “συντονισμό” ανάμεσα στις εισαγωγές των δύο ροτόρων και αυξάνοντας έτσι τη ροπή και την ισχύ του κινητήρα στις υψηλές στροφές.

H τεχνολογία του νέου περιστροφικού κινητήρα Renesis (με την συνδρομή του mazda.gr)

Eντελώς διαφορετικός σε αρχιτεκτονική και τρόπο λειτουργίας σε σχέση με τους “κλασικούς” βενζινοκινητήρες, με τους οποίους έχει κοινό μόνο τον θερμοδυναμικό κύκλο λειτουργίας (εισαγωγή καυσίμου μίγματος – συμπίεση – ανάφλεξη με σπινθήρα – εκτόνωση), ο κινητήρας τύπου “βάνκελ” (Wankel) που η Mazda χρησιμοποιεί σε αυτοκίνητα παραγωγής από το 1967, έχει ως βασικά πλεονεκτήματα τον μικρό όγκο και βάρος, τον πολύ μικρότερο αριθμό εξαρτημάτων και τη δυνατότητα λειτουργίας σε υψηλούς αριθμούς στροφών. Στους άλλους βενζινοκινητήρες, που ονομάζονται “παλινδρομικοί”, μέσα σε καθένα από τους κυλίνδρους κινείται παλινδρομικά ένα έμβολο και αυτή η παλινδρομική κίνηση μετατρέπεται σε περιστροφική μέσω του διωστήρα (“μπιέλας”) και του στροφαλοφόρου και μετά μεταδίδεται μέσω του συστήματος μετάδοσης προς τους τροχούς.
Στον κινητήρα βάνκελ μέσα σ’ ένα ειδικά διαμορφωμένο περίβλημα (στάτορα) κινείται περιστροφικά ένας ρότορας τριγωνικού σχήματος (με καμπυλωμένες πλευρές) ο οποίος παίζει το ρόλο του εμβόλου. Kατά συνέπεια υπάρχει κατευθείαν περιστροφική κίνηση, καταργώντας την ανάγκη του συστήματος μετατροπής της κίνησης με διωστήρες και στροφαλοφόρο, που υπάρχει στους άλλους κινητήρες.

Mε τον κινητήρα Renesis που χρησιμοπoιείται στο RX-8, πραγματοποιείται μια πραγματική επανάσταση στο χώρο των κινητήρων βάνκελ, καθώς οι τεχνολογικές λύσεις που χρησιμοποιήθηκαν λύνουν τα παραδοσιακά προβλήματα των βάνκελ (αυξημένη κατανάλωση, αυξημένη φθορά ελατηρίων). Έτσι η απόδοσή του αυξάνεται εντυπωσιακά (είναι χαρακτηριστικό, ότι ο σημερινός κινητήρας αποδίδει χωρίς τούρμπο την ίδια ισχύ με τον υπερτροφοδοτούμενο βάνκελ του RX-7 και μάλιστα με σημαντικά μικρότερη κατανάλωση). Οι βραβεύσεις του νέου κινητήρα Renesis, άλλωστε, με τους τίτλους του “διεθνούς κινητήρα της χρονιάς 2003” και “κινητήρα της χρονιάς 2004 (2.5-3lt) “, αποδεικνύει ότι η τεχνολογία του προκάλεσε μεγάλη αίσθηση στους ειδικούς.

Mεγάλο ρόλο σ’ αυτή τη βελτίωση έπαιξε η μεταφορά των θυρίδων εξαγωγής, από τα “κάθετα” τοιχώματα του περιβλήματος μέσα στο οποίο κινείται ο ρότορας στα πλευρικά (βλ. Σχήμα 1). Aυτό αποκλείει την “επικοινωνία” (με ταυτόχρονο “άνοιγμα”) μεταξύ των θυρίδων εισαγωγής κι εξαγωγής και τη μεταφορά άκαυτου μίγματος κατευθείαν στην εξαγωγή, όπως επίσης και το αντίστροφο, που συνέβαινε σε χαμηλούς ρυθμούς περιστροφής, δηλαδή την ανάμιξη μεγάλων ποσοτήτων καυσαερίων με το φρέσκο μίγμα σε επίπεδα πέρα από τα επιθυμητά (η ανάμιξη αυτή είναι σε ορισμένες περιπτώσεις επιθυμητή -ως ένα βαθμό- για τη μείωση των παραγόμενων ρύπων).

H μεταφορά αυτή έδωσε τη δυνατότητα στους μηχανικούς της Mazda ν’ αυξήσουν τη συνολική επιφάνεια των θυρίδων εξαγωγής, τοποθετώντας δύο αντί για μία (από μία σε κάθε πλευρά του περιβλήματος) και μειώνοντας έτσι σημαντικά τις ροϊκές αντιστάσεις της εξαγωγής. H ανακύκλωση μέρους των καυσαερίων ελέγχεται τώρα πολύ καλύτερα, όπως και η συνολική λειτουργία του κινητήρα. Oι θυρίδες εισαγωγής στην έκδοση υψηλής ισχύος του κινητήρα (με τους 240 ίππους) είναι τρεις, με διαφορετικό χρονισμό ανοίγματος, ώστε να εξασφαλίζεται η αποτελεσματικότερη πλήρωση του θαλάμου καύσης (βελτίωση κατά 30% σε σχέση με τον κινητήρα της προηγούμενης γενιάς).

Eπίσης, για τη βελτίωση της ομογενοποίησης του καυσίμου μίγματος και τον καλύτερο έλεγχο της καύσης χρησιμοποιούνται συνολικά τρία ακροφύσια (“μπεκ”) ψεκασμού για καθένα από τους δύο ρότορες του κινητήρα, το ένα από τα οποία ψεκάζει καύσιμο κατευθείαν μέσα στο θάλαμο καύσης. Ένα μικρό ακροφύσιο αέρα επηρεάζει τη δέσμη καυσίμου που ψεκάζει το τρίτο ακροφύσιο καυσίμου, στρέφοντας την προς την επιθυμητή κατεύθυνση, ώστε να βελτιωθεί η ανάμιξη με τον αέρα και να βρεθεί το μίγμα στην “κατάλληλη” περιοχή του θαλάμου καύσης.

Ένα άλλο σημαντικό στοιχείο του νέου περιστροφικού κινητήρα της Mazda είναι το σύστημα μεταβλητής εισαγωγής (βλ. Σχήμα 2), που εξασφαλίζει την απόδοση υψηλής ροπής σε όλη την κλίμακα των στροφών παράλληλα με την αύξηση της μέγιστης ισχύος στις υψηλές στροφές. Ένα προσεκτικά μελετημένο “δίκτυο” αυλών εισαγωγής στην έκδοση υψηλής ισχύος, με με μια σειρά βαλβίδων που ελέγχουν τη ροή του αέρα, εξασφαλίζει την παροχή καυσίμου μίγματος μόνο σε όσες θυρίδες εισαγωγής είναι απαραίτητο ανά πάσα στιγμή, ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας.

H κύρια θυρίδα εισαγωγής είναι ανοικτή συνεχώς, ενώ όσο ανεβαίνουν οι στροφές ανοίγουν διαδοχικά οι βαλβίδες που “απελευθερώνουν” τη ροή του αέρα προς τις υπόλοιπες θυρίδες εισαγωγής. Eπί πλέον μια ειδική “κεντρική” βαλβίδα ανοίγει στις 7250 στροφές περίπου και μειώνει το μήκος της ροής μέχρι την πολλαπλή εισαγωγής, δημιουργώντας ένα είδος υπερτροφοδοσίας με “συντονισμό” ανάμεσα στις εισαγωγές των δύο ροτόρων και αυξάνοντας έτσι τη ροπή και την ισχύ του κινητήρα στις υψηλές στροφές.

Σχηματική αναπαράσταση λειτουργίας