RENESIS wankel technikai részletek.

 Wankel evolúciós részletek 

 Azt általában mindenki hallotta már, hogy a korábbi 13B jelű Mazda wankelmotorhoz képest  a Mazda RX-8 erőforrásának nagyobb a kompressziója, oldalra helyezett kipufogónyílásai vannak, de komolyabban nem sokan "mennek" tovább. Mostani cikkünkben, a variálható szívórendszer kivételével megpróbáljuk sorra venni a Mazda RX-8  Renesis motorjának újításait. 

 Kevesebbet vagy többet?

 Vegyük először az üzemanyag felhasználást, mellyel kapcsolatban elég sok kevésbé pozitív, bíráló  véleménnyel találkozhatunk. Véleményünk szerint cikkünk elolvasása után sokan esetleg más szemmel néznek majd ezen a téren is Mazda RX-8 autójuk forgódugattyús Renesis erőforrására. Mindannyian tudjuk, hogy a Renesis wankel sokkal erősebb, mint a legutolsó feltöltő nélküli sorozatgyártású szívó Mazda forgódugattyús erőforrás, a 13B jelű motor. Ez a Renesis -szel egyébként  megegyező kamratérfogatú motor, a 1989-91 között gyártott második generációs Mazda RX-7 szíveként funkcionált (a turbós mellett) és 160 lóerő maximális teljesítményt adott le. Fogyasztás szempontjából körülbelül 8%-kal takarékosabb a Mazda RX-8 motorja, mint a korábbi RX-7 13B. Mégis, akkor miért nem tudnak jobb fogyasztási adatokat elérni az RX-8 tulajdonosok, mint egy átlagos RX-7 tulaj? A válasz egyszerű: a Mazda RX-8 végáttéttele 4.44:1, míg a Mazda RX-7 hasonló adata 4.10:1,  azaz a nyolcasé rövidebb. A másik ok, hogy a Mazda RX-8 nehezebb, mint elődje. A többlett súly és a hosszabb végáttétel akár ötletet is adhat egyeseknek, milyen irányban kell elindulniuk RX-8 módosítási, tuningolási szándékuk esetén.

 Oldalt szív és kipufog. 

 De nézzük tovább, mi változott még? Meg lehet állapítani, hogy egyértelműen az oldalt elhelyezett kipufogónyílások bevezetése vezetett a legnagyobb fejlődési eredményekhez az RX-8 Renesis esetében, a korábbi RX-7 13B periférikus kipufogónyílásos motorhoz képest. A fejlődési eredmények közül első, hogy immár megszűnt a szívó és kipufogónyílások összenyitása. A összenyitás azt jelenti, amikor kis mértékben a rotor bizonyos helyzetekor mindkét nyílás nyitva van egy időpontban. Az RX-8 Renesis nevű motorja kizárja ezt a jelenséget, de az RX-7 13B -je nem.  A nyílások (portok) átfedése a korábbi periférikus kipufogó portos Mazda  wankelekben instabil töltést eredményezett kis fordulatszámokon, amit gazdagabb benzin/levegő aránnyal igyekezett stabilizálni a gyár az alacsonyabb főtengelyfordulatú tartományokban. Ez vezetett a Renesis -nél rosszabb üzemanyagfogyasztáshoz.

  De a kipufogónyílás oldalsó elhelyezése más fontos eredménnyel is járt. A nyílások zárási pontját a kipufogó TDC (kipufogó TDC=A rotornak az a helyzete, amikor a kipufogó portok oldalánál nézve a legkisebb a kamratérfogat, azaz a rotor egyik teteje-dugattyútető után szabadon-  legközebb van a ház periférikus falához ) közelébe lehetett helyezni. A kipufogócsatornák a 3 fokkal a TDC előtt záródnak teljesen a rotor által. A rotoronkénti két kipufogónyílás 47%-kal nagyobb, mint a korábbi 13B rotoronként 1db periférikusan elhelyezett nyílása. A Mazda RX-7 13B erőforrásában csak a TDC után 48 fokkal záródik a kipufogó nyílás! A kipufogócsatornákkal kapcsolatban további két dolgot kell megjegyeznünk. A Mazda RX-8 Renesis-ében az oldalsó elhelyezés lehetővé tette a nyílások alakjának megváltoztatását, illetve méretük növelését úgy, hogy nincs szívó-kipufogó nyílás összenyitás. A második dolog, hogy a 13B-ben sokkal hosszabb a kipufogó csatornák nyitvatartási ideje. Néhányan a Mazda RX-7 tulajdonosok közül úgy gondolják, hogy mivel több ideje van távoznia a kipufogógáznak, sokkal kisebb az ezzel járó nyomás, ami kedvező.  Nem igaz. A hosszú kipufogási ütem nem előnyös a termikus hatásfok szempontjából. A hőenergia szintén jól jöhet és a Mazda RX-8 motorházteteje alatt található Renesis wankel ezt jobban hasznosítja. Ez az előny pedig a már említett 8-15%-os kisebb fogyasztásban és a nagyobb teljesítményben is jelentkezik. Ezek a nagyobb hőmérsékletek egyben magyarázatot adhatnak a Mazda RX-7 -hez képest gyakoribb Mazda RX-8 katalizátor meghibásodásokra is.   

  Logikánk és a fizika alapján azt gondolhatnánk, hogy egy egyenesebb kipufogócsatorna jobb és könnyebb áramlást tesz lehetővé. Ez így is van, és a Mazda RX-7 13B motorjának periférikus kipufogónyílás elhelyezése jobb gázáramlást tesz lehetővé, ha csak a csupasz mérési adatokat nézzük!  Viszont a teljesítményt önmagában nem csak az áramlás mértéke határozza meg. Az időzítés szintén nagy szerepet játszik, és ebből a szempontból is előrébb jár a Mazda RX-8 motorja. A Mazda RX-7 motorokban a periférikusan elhelyezett kipufogónyílások túl sokáig voltak nyitva, így nem a legjobb hatásfokkal gazdálkodott a motor a kipufogógázok hőmérsékletével. Ráadásul nem csak sokáig voltak nyitva a 13B wankel kipufogó nyílásai, hanem túl hamar is nyitottak. A periférikus kipufogónyílásokra jellemző, hogy nyitásuk rendkívül hirtelen történik. Csak nagyon minimális főtengely elfordulás van a 13B-ben a nyílások megnyitásától, azok teljes kinyitásáig, szemben az oldalsó nyílásos Renesis-szel. Ez azt jelenti, hogy a kipufogógázok sokkhatásszerű hirtelenséggel hagyják el a Mazda RX-7 forgódugattyús szívómotorját. Érdekes hogy a 13B kipufogónyílásán közvetlenül annak szabaddá válásakor szinte a teljes mennyiségű gáz azonnal távozik és csak nagyon kevés a nyitva tartás további ideje alatt. Ez azt jelenti, hogy a teljes kipufogógáz kiáramlási csúcs nagyon korán bekövetkezik, majd szinte megszűnik....szemben az RX-8 Renesis-ével...és még akkor nem beszéltünk arról, hogy összességében rotoronként 47 százalékkal nagyobb a kipufogónyílás, amivel együtt szinte nem is említhetjük hátrányként a gázok "derékszögű" irányváltását. a motorban.

Egyenletesebb, és gyorsabb áramlás.

 A Mazda RX-8 motorjában az oldalsó kipufogónyílások teljes nyitvatartási ideje rövidebb. Ez nem feltétlenül káros, hiszen a Renesis jobban kihasználja ezt a rövidebb nyitvatartási időt, mint a korábbi wankel rendszerű motorok a hosszabbat. A nyílások sokkal lassabban nyitnak és zárnak. Más szóval nagyobb szögben elfordul az excentrikus tengely amíg a rotorok a nyitás kezdetétől felfedik a nyílás teljes felületét. Ez azt is jelenti, hogy a gázoknak hosszabb ideig kell nagy sebességgel távozniuk a kipufogónyíláson. Így természetesen nem annyira pulzáló jellegű a gázok távozása. A teljes áramlás így jobb és a gázok ráadásul nagyobb csúcssebességet érnek el. Ennek hozadékaként kisebb nyomás marad az „égéskamrában”, melynek következtében az tisztább is. Természetesen valamennyi gáz mindig visszamarad a kipufogóütem után, még egy 100%-os hatásfokú motorban is visszamarad a gázok 10%-a. A wankel rendszerű motorokban a trochoid ház felületén (periférikus) elhelyezett kipufogónyílás kedvező, turbó használatához. Nem a gázok jobb áramlása miatt jó ez a nyílás (port) elhelyezés, hanem azok erősen pulzáló jellegű távozása miatt. A Mazda RX-8 motorjából a hagyományos dugattyús motorokhoz hasonlóan távoznak a gázok. Ez sem rossz turbólapátkerék meghajtására, de nagyon különböző a gázok mozgásának energiája, annak felhasználása szempontjából.  Úgy tűnhet az egyetlen dolog ami kívánatos turbó felszerelése szempontjából, a kipufogógázok gyors és lökésszerű kiáramlása, de ne feledjük, az RX-8 Renesis kipufogógázainak nagyobb a maximális kiáramlási sebessége, mint az RX-7 13B wankelban.  A Renesis rendszerében ráadásul nagyobb a hőmérséklet is, így kijelenthetjük, hogy ez a motor is nagyon alkalmas turbó "forgatására". A Mazda RX-7 turbóján a mérnököknek át kellett tervezniük a "szokásos" kipufogó "lapátkerekeket", hogy jól működjön a rendszer a motorból érkező lökésszerű kipufogógáz áramlással. A lapátok sokkal egyenesebbek, hogy elnyeljék a lökéseket, szemben az egyenletesebb áramlású motorokban alkalmazott (pl. Renesis) hajlítottabb turbó kipufogólapátokkal.

Jobb lélegzés.

  Térjünk át a szívónyílásokra melyekről rögtön  elmondhatjuk, hogy 40%-kal nagyobbak a Renesis-ben, mint a 13B elődben!  Ez a méretnövekedés szintén a rotorház oldalára költözött kipufogónyílásoknak köszönhető, melyekkel megszűnt a csatornák összenyitása. Egy példa, hogy mindez hogyan történt: a Renesis elsődleges szívónyílásai 3 fokkal a TDC után nyitnak, míg az RX-7 13B motorjában ugyanez az érték 32 fok. Ez 29 fokkal hosszabb nyitvatartási időt eredményez. Záróoldalon szintén összejön 15 fok a 231 lóerős RX-8 erőforrás javára. Wankel rendszerű motorok esetében nem tudjuk tartani ugyanazt a nyitvatartási méretet, ha változtatunk az időzítésen, mint a dugattyús motorok esetében. Azoknál elég a szelep nyitvatartáson változtatni az időzítéshez, a wankelben mindenért a rotor felel.

Tömítés technika.

  A szívónyílások hamarabbi nyitása komoly hatást gyakorol a motor egyes alkatrészeire. Ezek az alkatrészek pedig a rotorok oldaltömítései. A régebbi wankeleken amikor túl hamar akarta valaki nyitni a szívócsatornákat azok méretének utólagos megváltoztatásával (portolás), akkor kockáztatta, hogy a rotorok sarkán található oldaltömítés esetleg beleesik a megnövelt méretű és részben más helyzetű résekbe, vagy az oldaltömítések ütköznek (beleakadnak) a nyílások záró éleivel. Az RX-8 Renesis-e körmönfont módon oldotta meg ezt a prolémát, mivel az oldal és saroktömítések 2mm kijjebb kerültek a rotorokon. Ez az egyik oka például, amiért egy 13B rotor nem implantálható az RX-8 motorjába.   De mi van még? Egy angolul "cutoff" tömítésnek nevezett  további tömítőgyűrű került a rotorok oldalára a Renesis -ben, mégpedig az előbb említett oldaltömítés és a külső olajgyűrű közé. Ennek a tömétésnek a célja, hogy megakadályozza a legkisebb mértékű szívó-kipufogó csatorna összenyitást is a rotorok oldalán. Enélkül kis mértékű kipufogógáz maradhatna a rotorok oldala és a ház között, mely keveredne a későbbi beszívott benzin-levegő keverékkel. Az összenyítás megakadályozása mellett érdemes a cutoff tömítések alakjára is odafigyelni, hiszen ék alakjuk megakadályozza a karbonlerakódások kialakulását a gyűrűfészekben, amely akár a cutoff gyűrűk beragadását is okozhatná a fészekben. Szintén a karbonlerakódások miatt lett ilyen érdekes alakú a Renesis kipufogónyílása, illetve emiatt sokkal nagyobbak a  tömítések és fészkeik közötti hézagok a korábbi 13B wankelhez képest. Mennyien azt gondolták, hogy a szintetikus olajok miatt van a karbonlerakodás. Számukra az előzőekben benne van a cáfolat. Ez a lerakódás volt a fő oka annak, hogy a Renesis megjelenéséig nem találkozhattunk más szériagyártású oldalsó kipufogóelhelyezéses Mazda bolygódugattyús motorral. Már a hetvenes években kiváló tapasztalatai voltak a Mazdának az oldalsó kipufogó nyílás elhelyezéssel, de a lerakódások miatti gyűrű leragadással és törésekkel nem tudtak mit kezdeni, így maradtak a periférikus elhelyezésnél, mivel a motorok károsanyagkibocsájtása így is meg tudott felelni sokáig a környezetvédelmi előírásoknak.

Szorosabban.

  A rotorok alakja szintén változott kis mértékben. A Mazda RX-7 13B motorjának forgódugattyúja "lekerekítettebb" alakú, míg a Mazda RX-8 motor hasonló alkatrésze közelebb áll egy igazi háromszöghöz. Más különbség, igaz nagyon kis mértékben, de a Renesis rotorja szélesebb. Igen, szélesebb! Mielőtt bárki felkiáltana, hogy de hát a kamratérfogat nem változott, szögezzük le, maga a rotorház mérete nem növekedett, csak kisebb lett a távolság a rotor és a ház fala között. A 18%-os távolságcsökkentéssel tovább redukálták a forró kipufogógázok bejutását a rotor oldala és a ház fala közé. A 13B esetében nagyobbak az alkatrészek közötti hézagok. A versenymotorokban még ennél is lazábbak az illesztések. Itt egy újabb problémával találkozhattak a Mazda mérnökök. Korábban örökös gond volt, hogy 8000-res percenkénti főtengelyfordulat felett a rotorok oldala esetenként érintkezésbe kerülhetett a rotorházak oldalfalaival. Mazda RX-8 -unkban most van egy magasabb fordulatszámú motor, kisebb illesztésekkel. Hogyan? A Renesis rotorok könnyebbek és jobban kiegyensúlyozottak, jobbak a csapágyazások, és az excentrikus tengely (főtengely) is könnyebb és merevebb.

Első a környezetvédelem! 

 Térjünk rá a kompresszióra!  Valószínűleg sokan tudják, hogy az utolsó Mazda RX-7 turbós motorja 9,0:1 értékkel rendelkezett, a Renesis előtti utolsó szívó Mazda wankel pedig 9,7:1-el. A Mazda RX-8 motorja esetében ez 10,0:1-re változott. Évekkel ezelőtt a Mazda kísérletei kimutatták, hogy egy szívó wankelmotor esetében nincs befolyással a teljesítményre, hogy a motor 9,0:1, vagy akár 11,0:1 kompresszióval rendelkezik! Akkor  miért növelték azt 10,0:1-re a Renesis-ben. A válasz: a kipufogó károsanyag kibocsájtás csökkentése!  Emlékezzünk rá, hogy bár a Renesis -ben nincs átfedés a csatornák között, azért egy kis mennyiségű elégetlen gáz mindig átkerül a következő szívóütembe. A kompresszió növelésével csökkenteni lehetett ezt az átkerülő mennyiséget. Az eredmények annyira jók lettek, hogy a kipufogógáz visszavezetés igénye is minimálisra csökkent. A kompressziónövelés járulékos hatásaként stabilabb gázcserét és töltést kapunk szinte a teljes fordulatszám tartományban. Akik Mazda RX-8 gépük motorjának turbósításán, feltöltésén gondolkodnak, valószínűleg jobban örülnének alacsonyabb kompressziós értéknek, de meg kell érteniük, hogy a Mazda számára a környezetvédelem az első. Ettől függetlenül a feltöltés kivitelezése utólag megoldható. TURBÓSÍTÁS

Hosszabb életű tömítések.

  Folytassuk az éltömítésekkel (apex)! A régi eredeti gyári 13B apex tömítések 3 darabból álltak, de lehetett ( lehet )  utángyártott egy és két darabból álló  tömítéseket is találni a piacon, sőt korábbi Mazda wankelmotorok éltömítéseire emlékeztető darabokat is. Ezeknek a tömítéseknek 8 mm-es magasságuk volt. A Mazda RX-8 Renesis nevű motorjában ugyanezek a tömítések csak 4,5 mm magasak és két darabból állnak. Ezzel elérkeztünk az újabb nagy dobáshoz. A könnyebb éltömítések a tömítések alatti gyengébb erővel feszítő rugókkal is stabilan  tömítenek, amely hatásfoknöveléssel és kopáscsökkenéssel is jár. A kopáscsökkenés következményeként a Renesis -ben nincs szükség annyi kenőolaj befecskendezésére a kamrákba ( az apexek kenésére és a tömítettség biztosítására), mint korábban a Mazda RX-7 motorokban. Az RX-8 motorjában alkalmazott rotorházankénti két olajbefecskendező az olaj optimálisabb eloszlását garantálja a kamrák falán. A könnyebb tömítések alkalmazásának egyetlen hátránya, a floodingra, azaz a benzin túldúsulása miatti nem beindulásra való nagyobb hajlandóság. A tömítés lekerekített széle lehetővé teszi, hogy a tömítés alá benzin kerüljön. Ahogy a rotor forog és a tömítés segítségével megpróbálja összesűríteni a benzin levegő keveréket, az ekkor keletkező nyomás azzal hogy az éltömítést is megpróbálja visszanyomni a fészkébe segítve a benzin tömítés alatti átjutását. Ha ez így történik, akkor munkaütemről-munkaütemre csökkenhet a kompresszió. Ennek valószínűségét növeli, hogy az oldalsó kipufogónyíláson még kisebb az esélye a felesleges benzin távozásának, mint a korábban alkalmazott periférikus elhelyezés esetében. Az alábbiakat vehetjük az ún. "flooding" kialakulási okának egyik magyarázataként is.

 Mint a gyémánt.

 A rotorok éleinek a sarkán található saroktömítések szintén megérdemlik, hogy megálljunk esetükben egy rövid időre. Ezeknek a felülete a Mazda szóhasználatával élve, gyémánt keménységű szénnel van bevonva. Ez nagyon keménnyé teszi azokat. Beszámolók szerint amikor valaki RX-8 Renesis rotorokat akart használni régebbi 13B motorban, ezek a tömítések szó szerint összekarmolták a rotoházak falát. Ez azt is jelenti, hogy a Renesis oldalfalainak felülete szintén keményebb a korábbi motorokénál. Lépjünk tovább a Renesis -ben alkalmazott Jet Air/üzemanyag keverési rendszerre. A megoldás elsődleges célja az alapjárati üzemanyagfogyasztás és a káros kipufogógáz emisszió csökkentése. A rendszer kicsi vákumcsövekből áll a szívócsonk alsó részében. Ezek a csövek nem érnek véget a szívóöntvényben, beérnek a motorházba is és egyfajta megkerülő ágként működnek a szívócsőben. A kis vákumcsövekben gyorsabban áramlik a levegő, mint a szívócsőben ahol nagyobb a nyomáscsökkenés. Ez a gyorsabb légáramlás turbulenciát okoz a beömlők alsó felében, mielőtt az itt áramló levegő beérne a "motorba". Az üzemanyag  a turbulencia helyének közelében kerül befecskendezésre és tökéletes porlasztódik,  szinte atomizálódik. Összességében ezeket hívjuk anti-wet (száraz) beömlóknek. A megoldás eredményeképpen 30 százalékkal csökkent a HC mennyisége alapjáraton a kipufogógázban, illetve 7%-kal esett az alapjárati fogyasztás.

Evolúció.

 Összegezve mindenki elképzelheti mennyivel lassabb, szomjasabb és környezetszennyezőbb lenne a Mazda RX-8 a megjelenése előtti utolsó, 160 lóerős Mazda wankel szívómotorral a motorházteteje alatt. A fentiek alapján mindenki láthatja mennyit fejlődött a Mazda wankelmotorok technikája az utóbbi években, míg eljutottunk a Renesis-ig. Hamarosan az összes eddigi szériában gyártott forgó- dugattyús Mazda erőforrás történelmi áttekintését is elolvashatják honlapunkon, természetesen képekkel bőségesen illusztrálva. A Mazda RX-8 szinte krimibe illően fordulatos megszületési történetét a következő linkünkön olvashatják: RÖGÖS EVOLÚCIÓ               -források alapján: Varga István