Probefahrt auf der Suche nach einem Traum: vom Wankel zum HCCI-Motor

Wie der Rotationsmotor dazu beigetragen hat, dass die japanische Marke Mazda zu dem wurde, was sie heute ist

60 Jahre nach der Entwicklung des ersten funktionierenden Prototyps des Wankelmotors, 50 Jahre nach seiner Markteinführung durch Mazda und der offiziellen Ankündigung des Unternehmens, einen funktionsfähigen HCCI-Motor entwickelt zu haben, ist dies eine Gelegenheit, auf die Geschichte dieses Unikats zurückzukommen Wärmekraftmaschine.

Mazda verhehlt nicht länger, dass die Entwicklung eines Motors, der in einem breiten Betriebsbereich im HCCI-Modus – also homogener Mischung und Kompressionszündung – arbeitet, erfolgreich war, und beabsichtigt, einen solchen Motor ab 2019 in Serie zu produzieren. Kein Wunder, dass Mazda die Automobil-Community immer wieder überraschen kann. Schon ein flüchtiger Blick in die historischen Annalen der Marke genügt, um die Quellen dieser Aussage zu finden. Bis vor kurzem war das japanische Unternehmen der einzige und eifrige Träger der Wankel-Idee und der erste Hersteller von Autos mit Motoren im Miller-Zyklus (Mazda Xedos 9 von 1993 bis 2003 und dann Demio, in Europa als Mazda 2 bekannt).

Erwähnenswert ist hier der Comprex-Wellenkompressionsdieselmotor, kaskadierte, zweistrahlige und erzwungene variable Geometrie für einen Benzinmotor (verschiedene Versionen des Mazda RX-7), aktive Hinterachslenksysteme 626 aus den späten 80er Jahren. Jahre, das einzigartige i-Stop Start-Stopp-System, bei dem der Start durch den Verbrennungsprozess unterstützt wird, und das Energierückgewinnungssystem mit i-Eloop-Kondensatoren. Beachten Sie schließlich die Tatsache, dass es der einzige japanische Hersteller ist, der die 24 Stunden von Le Mans gewonnen hat – natürlich mit einem Wankel-angetriebenen Auto! In Sachen Styling sprechen Modelle wie der Luce, der legendäre Wankel Cosmo Sport, der RX-7 und RX-8, der MX-5 Roadster und der Mazda 6 Bände über die Einzigartigkeit der Marke in diesem Bereich. Aber das ist noch nicht alles – Skyactiv-Motoren haben in den letzten Jahren nicht nur gezeigt, dass der Verbrennungsmotor noch einen langen Weg vor sich hat, sondern dass Mazda ihm seinen eigenen Weg zeigen kann.

Wir werden nach unserem bevorstehenden Besuch auf Einladung von Mazda nach Japan Ende Oktober viel mehr über die Entwicklungen der Ingenieure des Unternehmens erzählen. Die Gründe für diesen Artikel sind jedoch nicht die einzigen, die in der obigen Überschrift aufgeführt sind. Um die Gründe zu verstehen, warum die Entwickler von Mazda ihre HCCI-Engine entwickeln konnten, müssen wir möglicherweise auf die Geschichte des Unternehmens zurückgreifen.

Rotationsmotor als Basis für Skyactiv-X

Fragen Sie einen Ultramarathonläufer, der eine 160-Kilometer-Strecke absolviert hat, ob es irgendwelche Probleme geben wird, einen normalen 42-Kilometer-Marathon zu absolvieren. Nun, er läuft sie vielleicht nicht zwei Stunden lang, aber er kann definitiv mindestens weitere 42 Stunden in einem ziemlich anständigen Tempo weitermachen. Mit dieser Denkweise, wenn Ihr Unternehmen seinen Hauptsitz in Hiroshima hat, wenn Sie jahrzehntelang mit riesigen Rotationsproblemen des Kreiskolbenmotors gekämpft und Hunderte von Problemen mit Schmierung oder Emissionen, Welleneffekten und Turboaufladung oder insbesondere Sichelkammer-Brennverfahren mit variablem Block gelöst haben Volumen basierend auf dem Wankel, können Sie eine viel stabilere Basis für den Bau eines HCCI-Motors haben. Der offizielle Startschuss für das Skyactiv-Projekt fiel vor genau zehn Jahren, im Jahr 2007 (im selben Jahr, in dem Mercedes den hochentwickelten HCCI-Diesotto-Motorprototyp vorstellte), und zu dieser Zeit war der Wankel-angetriebene Mazda RX-8 noch in Produktion. Wie Sie wissen, experimentieren die Ingenieure des japanischen Unternehmens gerade bei der Entwicklung von Prototypen von Skyactiv-R-Rotationsmotoren mit HCCI-Betriebsmodi. Wahrscheinlich waren am HCCI-Projekt mit dem Namen Mazda SPCCI (Spark Plug Conrolled Compression Ignition) oder Skyactiv-X Ingenieure sowohl aus der Rotationsabteilung als auch aus der Abteilung für Benzin- und Dieselmotoren beteiligt, denn auch bei der Entwicklung des Verbrennungsprozesses in Skyactiv-D waren wir kann die Handschrift von Personen erkennen, die an der Entwicklung des HCCI-Prozesses beteiligt sind. Gott weiß, wann die Evolution von Skyactiav-Motoren zu einem homogenen Rühr- und Selbstzündermotor wurde – Mazda-Ingenieure sind seit langem dafür bekannt, in dieses Thema involviert zu sein – aber es geschah wahrscheinlich, als der Wankelmotor noch lebte.

Die jahrzehntelange Herstellung von Rotationsautos, die meisten davon allein, bringt Mazda vielleicht keine ernsthafte finanzielle Rendite, aber es wird auch Anerkennung für unerschütterlichen Geist, das Finden von Lösungen für alle möglichen Probleme, unglaubliche Ausdauer und als Ergebnis die Anhäufung von große und sehr wertvolle Erfahrung. Laut Kiyoshi Fujiwara, der bei Mazda für die Produktplanung verantwortlich ist, trägt jeder der am Skyactiv-Projekt beteiligten Designer den Geist eines Wankelmotors in sich, verwandelt sich jedoch in eine Gelegenheit, einen herkömmlichen Motor zu verbessern. Oder in nicht-traditionellem HCCI. „Aber die Leidenschaft ist die gleiche. Sie ist es, die Skyactiv Wirklichkeit werden lässt. Dieses echte Abenteuer ist zur größten Freude meines Lebens geworden. Es stimmt, dass jedes Unternehmen Autos herstellt, um sie zu verkaufen und Geld zu verdienen“, erklärt Seita Kanai, Entwicklungsleiter bei Mazda, „aber vertrauen Sie mir, für uns bei Mazda ist die Tatsache, dass die von uns gebauten Autos genauso wichtig sind. Sie entstehen in unseren Herzen, und jedes Mal, wenn ihre Konstruktion für uns zu einem romantischen Abenteuer wird. Die Hauptantriebskraft hinter diesem Prozess ist unsere Leidenschaft. Der Beste zu sein, ist meine Ingenieursromantik.“

Der Traum eines jungen Mannes

Vielleicht fanden die Ingenieure des kürzlich erschienenen ersten Mazda-Autos in den 60er Jahren im Wankelmotor "einen eigenen Technikroman". Denn der Wankelmotor wurde 17 aus dem Traum eines 1919-jährigen deutschen Jungen geboren, der Felix Wankel heißt. Damals, 1902 in der Lahrer Region geboren (wo Otto, Daimler und Benz geboren wurden), erzählte er seinen Freunden, dass sein Traumauto einen Motor hatte, der halb Turbine, halb Kolben war. Zu diesem Zeitpunkt hatte er noch keine Grundkenntnisse über Hubkolben-Verbrennungsmotoren, glaubte aber intuitiv, dass sein Motor vier Arbeitszyklen ausführen könnte - Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen, wenn sich der Kolben dreht. Es ist diese Intuition, die ihn für lange Zeit dazu bringen wird, einen funktionierenden Rotationsmotor zu schaffen, den andere Designer seit dem 16. Jahrhundert unzählige Male erfolglos versucht haben.

Wankels Vater starb im Ersten Weltkrieg, danach verkaufte der junge Mann Drucksachen und las viel Fachliteratur. 1924 gründete er im Alter von 22 Jahren ein kleines Labor zur Entwicklung eines Wankelmotors und fertigte 1927 die ersten Zeichnungen der „Drehkolbenmaschine“ an. 1939 entdeckte das geniale Luftfahrtministerium ein vernünftiges Korn im Wankelmotor und wandte sich an Hitler, der persönlich die Freilassung des damals auf Befehl des örtlichen Gauleiters inhaftierten Wankel und die Einrichtung eines Versuchslabors am See anordnete Konstanz. Dort entwarf er Prototypen für BMW, Lillethal, DVL, Junkers und Daimler-Benz. Der erste experimentelle Wankelmotor kam jedoch zu spät, um dem Dritten Reich zum Überleben zu verhelfen. Nach der Kapitulation Deutschlands sperrten die Franzosen Wankel ein – dasselbe, was sie bereits mit Ferdinand Porsche getan hatten. Ein Jahr später wurde Felix entlassen und begann mangels einer produktiveren Beschäftigung ein Buch über Rotationskolbenmotoren zu schreiben. Später gründete er das Technical Institute for Engineering Research und entwickelte Drehkolbenmotoren und Kompressoren für den industriellen Einsatz. 1951 gelang es einem ambitionierten Konstrukteur, den Leiter der NSU-Sportmotorradabteilung, Walter Frede, für eine Zusammenarbeit zu gewinnen. Wankel und NSU konzentrierten ihre Bemühungen auf einen Wankelmotor mit einer apfelförmigen (trochoiden) Kammer und einem dreieckigen Kolben mit gewölbten Wänden. 1957 wurde der erste funktionierende Prototyp des Motors unter dem Namen DKN gebaut. Dies ist das Geburtsdatum des Wankelmotors.

60er Jahre: die vielversprechende Zukunft des Rotationsmotors

DKM zeigt, dass der Wankelmotor nicht nur ein Traum ist. Ein richtig praktischer Wankelmotor in der uns bekannten Festkörperform ist der nächste KKM. NSU und Wankel haben gemeinsam frühe Ideen in Bezug auf Kolbendichtung, Zündkerzenpositionierung, Lochfüllung, Abgasspülung, Schmierung, Verbrennungsprozesse, Materialien und Fertigungslücken umgesetzt. Viele Probleme bleiben jedoch...

Das hindert NSU nicht daran, 1959 die Entwicklung des Motors der Zukunft offiziell anzukündigen. Mehr als 100 Unternehmen bieten technische Kooperationen an, darunter Mercedes, Rolls-Royce, GM, Alfa Romeo, Porsche, Citroen, MAN und eine Reihe von Maschinenbauern kaufen Lizenzen. Darunter auch Mazda, dessen Präsident Tsunei Matsuda großes Potenzial im Motor sieht. Neben parallelen Beratungen mit NSU-Ingenieuren baut Mazda eine eigene Wankelmotoren-Entwicklungsabteilung mit zunächst 47 Ingenieuren auf.

Die New York Herald Tribune bezeichnet den Wankelmotor als revolutionäre Erfindung. Damals explodierte die NSU-Aktie förmlich – notierten sie 1957 bei 124 D-Mark, dann erreichten sie 1960 kosmische 3000! 1960 wurde das erste Auto mit Wankelantrieb, der NSU Prinz III, vorgestellt. Im September 1963 folgte der NSU Wankel Spider mit 500-cm³-Einkammermotor, der zwei Jahre später die Deutsche Meisterschaft gewann. Die Sensation auf der IAA 3 war jedoch der neue NSU Ro 1968. Die elegante Limousine, entworfen von Klaus Lüthe, ist in jeder Hinsicht avantgardistisch und ihre aerodynamischen Formen (ein Strömungsfaktor von 80 allein macht das Auto einzigartig für seine Zeit) wurden durch einen kleinen Zweischeibenmotor KKM 0,35 ermöglicht. Das Getriebe hat eine hydraulische Kupplung, vier Scheibenbremsen und der vordere Teil befindet sich neben dem Getriebe. Der Ro 612 war für seine Zeit so beeindruckend, dass er 80 zum Auto des Jahres gekürt wurde. Im folgenden Jahr promovierte Felix Wankel an der Technischen Universität München und erhielt die Goldmedaille des Deutschen Vereins der Ingenieure, die höchste Auszeichnung für wissenschaftlich-technische Leistungen in Deutschland.

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Text: Georgy Kolev