Роторный двигатель Mazda

Роторные двигателиMazda(на основедвигателя Ванкеля) — семейство автомобильных двигателей, полученных в результате экспериментов, проводившихся в начале 1960-х годов немецким инженеромФеликсом Ванкелем. На протяжении многих лет объем двигателей увеличивался, появился турбонаддув.
Двигатели Ванкеля могут быть классифицированы по геометрическим размерам с точки зрения радиуса (ротор от центра до наконечника, а также средний радиус статора) и глубины (толщина ротора), а также смещение (кривошип, эксцентриситет, также 1/4 разницы между большой и малой осями статора). Эти показатели действуют аналогично измерениям диаметра цилиндра и хода поршня для поршневого двигателя. Объём считается по формуле 3√3 радиуса · смещение · глубина, и умножается на число роторов. Почти все двигатели Ванкеля производства Mazda используют один радиус ротора, 105 мм, со смещением коленчатого вала 15 мм. Единственный двигатель, отошедший от этой формулы, это редкий13A, в котором используется 120 мм радиус ротора и 17,5 мм смещение коленчатого вала.
Роторные двигатели Mazda имели репутацию относительно небольшого и мощного двигателя c низко-эффективным расходом топлива. Двигатели стали популярными среди строителейавтомобильных наборов,хот-родови легкой авиации из-за малого веса, компактных размеров, потенциалом настройки и, по существу, вытекающим высоким соотношением мощности к весу — что является характерным для всех двигателей Ванкеля. Mazda поставила двигатель в серийное производство, в рамках совместного предприятия Comotor SA с компаниямиNSU(Ro80) иCitroën(GS Birotor), между 1967 и 1977 годами.
Первым прототипом двигателя Ванкеля от Mazda был40A, однороторный двигатель очень похожий наNSUKKM400. Хотя двигатель и не производился в полном объёме, 40A был ценным стендовым двигателем для инженеров Mazda, и быстро продемонстрировал две серьезные проблемы относительно проектирования: дребезг в корпусе, и большое потребление масла. Дребезг вызывался вибрациями уплотнения на концах ротора. Проблема потребления масла была связана с использованием термостойких резиновых уплотнений по бокам роторов. Этот ранний двигатель имеет производящий радиус 90 мм, эксцентриситет 14 мм и толщину ротора 59 мм.
Первый прототипMazda Cosmoимел 798-кубовыйL8Aдвухроторный двигатель Ванкеля. Автомобиль с двигателем был показан наТокийском автосалоне1963 года. Полые чугунные литые уплотнения апекса понижали вибрацию путём изменения их резонансной частоты, что устраняло дребезг. Он использовал систему смазки с сухим картером. Радиус ротора вырос по сравнению с 40A до 98 мм, а толщина уменьшилась до 56 мм.
Для экспериментов были также созданы одно-, трёх- и четырёхроторные варианты L8A.
Появившись в 1965 году, серия10Aдвигателей Mazda стала первым массовым двигателем Ванкеля. Это был двухроторный двигатель объёмом 2х491=982 куб.см. Этот двигатель получил распространённую толщину ротора в 60 мм.
Корпус ротора изготовлен из алюминия с покрытием из хрома, при этом алюминий опрыскивался расплавленной углеродистой сталью для увеличения прочности. Чугун использовался для самих роторов, а их эксцентрические валы были из дорогой хром-молибденовой стали. Добавление уплотнений апекса решило проблему дребезга.
Первым двигателем 10A был0810, устанавливавшийся наСерии ICosmoс мая 1965 года по июль 1968 года. Эти автомобили, и их революционный двигатель, часто называли моделямиL10A. Мощность двигателя 110 л.с. (82 кВт) при 7000 об/мин и крутящий момент 130 Нм при 3500 об/мин.
10A имел двойные порты со стороны впуска на ротор, каждый порт на одну из четырёхкарбюраторныхкамер. При низких нагрузках для дополнительной экономии топлива использовался только один порт на ротор. Один выпускной канал направляет горячий газ через холодные части корпуса и поток охлаждающей жидкости двигателя в осевом направлении, а не радиальном, используемом в NSU. Небольшое количество масла смешивалось с топливом для смазки.
Двигатель 0810 был доработанным под гоночныеCosmo, использовавшиеся наНюрбургринге. На них были использованы периферийные боковые порты впуска: клапан переключается со стороны к периферийному порту, что способствует увеличению числа оборотов.
Двигатель устанавливался наMazda CosmoSeries I/L10A1965—1968 годов.
Улучшенный двигатель0813появился в июле 1968 году на автомобилеSeries II/L10BCosmo. По конструкции он очень похож на0810.
Японские версии имели мощность 100 л.с. (75 кВт) при 7000 об/мин и крутящий момент 133 Нм при 3500 об/мин. Использование менее дорогих компонентов подняло вес двигателя от 102 кг до 122 кг.
Двигатель устанавливался наMazda R100/Familia Rotary1968—1973 годов.
Последним двигателем серии 10A был0866, появившийся в 1971 году. Этот вариант получил чугунный тепловой дроссель для снижения уровня выбросов выхлопных газов и перенастройки выпуска. Новый подход к сокращению выбросов отчасти является результатом введения японских правил в 1968 году, касающихся контроля выбросов, с началом реализации в 1975 году. Mazda назвала эту технологию REAPS (RotaryEngineAntiPollutionSystem). Литой корпус ротора теперь покрывался новым методом: новое покрытие Transplant Coating Process (TCP) обрабатывалось напыленной сталью, которую затем покрывали хромом. Мощность двигателя 105 л.с. (78 кВт) при 7000 об/мин и крутящий момент 135 Нм при 3500 об/мин.
Двигатель устанавливался на японских версияхMazda RX-31972—1974 годов.
Двигатель13Aбыл разработан для переднеприводных автомобилей. Объём двухроторного двигателя составляет 2х655=1310 куб.см. Это был единственным роторным двигателем Mazda с отличающимися параметрами ротора: радиус 120 мм, эксцентриситет 17,5 мм, но толщина ротора как и у10Aсоставляла 60 мм. Ещё одним важным отличием от предыдущих двигателей было интегрированное с водяным охлаждением масла.
13A применялся только наR130 Luce1969—1972 годов, где показывал мощность 126 л.с. (94 кВт) и крутящий момент 172 Нм. Это был последний двигатель в своей конструкции: следующий Luce был заднеприводным и Mazda более никогда не делала переднеприводные роторные автомобили.
Двигатель12Aэто «вытянутая» версия 10A — радиус ротора оставался прежним, а толщина была увеличена с 60 до 70 мм. Объём двухроторного двигателя составил 2х573=1146 куб.см. Серия 12A производилась в течение 15 лет, с мая 1970 года по 1985 год. В 1974 году, 12A стал первым двигателем построенным за пределами Западной Европы или США, прошедший24 часа Ле-Мана.
В 1974 году новый метод был использован для упрочнения корпуса ротора — вставка листового металла (SIP), аналогичного гильзам цилиндров на обычном поршневом двигателе, с хромированной поверхностью. Также использовалось боковое покрытие корпуса. Новый метод «REST» позволил создать достаточно прочный корпус, было решено отказаться от старых карбоновых уплотнений в пользу обычного чугуна.
Ранние двигатели 12A также использовали термодроссель, схожий с использованном на 10A 0866, и на некоторых также имелась вставка в выпуске для снижения шума выхлопа. Версия с обедненной смесью появилась 1979 году (в Японии) и в 1980 году (в Америке), заменившая обычныйкатализатор. Основным отличием двигателей 12A стала система6PI.
Двигатель устанавливался на:
Конечный двигатель 12A имел электронный впрыск топлива и использовался на японских серии HB автомобиляCosmo,Luce,и серии SA автомобиляRX-7.На 1982 год, купе Cosmo с турбодвигателем 12A был официально самым быстрым серийным автомобилем в Японии. Он использовал «полупрямой впрыск» в обоих роторах сразу. Пассивный датчик детонации был использован для устранения стука.Двигатель использовался до 1989 года на HB серии Cosmo.
Двигатель устанавливался наMazda Cosmo(1982—1989),Mazda Luce(1982—1985),Mazda RX-7(1984—1985).
12B был малосерийным двигателем, производившимся для Mazda RX-2 и RX-3. По сравнению с предыдущими двигателями увеличена надежность, и появился единый распределитель зажигания. Улучшенный12Bпоявился в 1974 году и устанавливался наMazda RX-2(1974—1978) иMazda RX-3(1974—1978).
13Bбыл наиболее массовым двигателем. Он стал основой для всех будущих роторных двигателей Mazda, и производился более 30 лет. 13B не имеет никакого отношения к 13A. Это «вытянутая» версия 12А, имеющая толщину ротора в 80 мм. Объём двигателя 2х654=1308 куб.см.
В США двигатель 13B был доступен с 1974 по 1978 годы, затем перестал устанавливаться на седаны, но продолжал идти с RX-7 GSL-SE 1984—1985 годов. Он исчез с рынка США снова в 1995 году, когда были проданы последние американские версии RX-7. Двигатель постоянно используется в Японии с 1972 (наMazda Luce/RX-4) по 2002 годы (на RX-7).
13B был разработан как мощный двигатель с низким уровнем выбросов. Первые автомобили с этим двигателем использовали названиеAP.
Устанавливался наMazda CosmoAP(1975—1980),Mazda Rotary Pickup(1974—1977),Mazda Roadpacer(1975—1977),Mazda RX-4(1973—1978),RX-5(1975—1980)
На двигателе13B-RESIвпервые был использован настроенный впускной коллектор. RESI = Rotary Engine Super Injection. Так называемый динамический эффект впуска имел двухуровневый впускной объём, который производил эффект нагнетателя отрезонанса Гельмгольцапри открытии и закрытии впускных каналов. Двигатель RESI также имеет систему впрыскаBoschL-Jetronic. Мощность двигателя выросла до 135 л.с. (101 кВт), крутящий момент 180 Нм.
Устанавливался наMazda HB Luce(1984—1985),Mazda HB Cosmo(1984—1985),Mazda FB RX-7GSL-SE(1984—1985).
Как и 12A-SIP, на втором поколении RX-7 имелась система переменного впуска. ДублированныйDEI, двигатель оснащен системами 6PI и DEI, а также электронной системой впрыска топлива с четырьмя инжекторами. Мощность выросла до 146 л.с. (109 кВт) при 6500 об/мин, крутящий момент составил 187 Нм при 3500 об/мин.
На 13B-T устанавливался нагнетатель в 1986 году. Он имеет новые четыре инжектора впрыска топлива от двигателя 6PI. Mazda вернулась к четырём портам конструкции, схожей с использовавшейся на 13B 1974—1978 годов. На двигателях 1986—1988 годовтвинскрольныйнагнетатель использовал двухступенчатый механический привод клапанов, однако, на двигателях 1989—1991 годов лучшая конструкция использовала разделенный коллектор, питающий твинскролл. Для двигателей, собранных между 1986—1988 годами мощность составляла 185 л.с. (138 кВт) при 6500 об/мин и момент 248 Нм при 3500 об/мин.
Атмосферные двигатели устанавливались наMazda FC3S S4 RX-7(1986—1988, 146 л.с., 108 кВт) иMazda FC3S S5 RX-7(1989—1991, 160 л.с., 119 кВт). Турбодвигатели наMazda HC Luce(Turbo-II, 1986—1991, 185 л.с., 138 кВт),Mazda FC3S S4 Turbo RX-7(Turbo-II, 1986—1988, 185 л.с., 138 кВт),Mazda FC3S S5 Turbo RX-7(Turbo-II, 1989—1991, 200 л.с., 147 кВт).
13B-RE с автомобиля JC Cosmo похож на двигатель 13B-REW, но имел несколько ключевых отличий, а именно крупные боковыми отверстиями, присущие любой последующей модели роторных двигателей.
По сравнению с двумя турбинами, установленных на 13B-REW (FD RX-7), это были последовательные большая первичная (HT-15) и малая вторичная (HT-10) турбины. Размер инжектора = 550 см³ PRI + SEC.
Около 5000 единиц 13B-RE было продано с автомобилями JC Cosmo. Устанавливался в 1990—1995 годах наEunos Cosmo(235 л.с., 176 кВт).
Двух-турбинная версия 13B, двигатель13B-REW, стал известен своей высокой мощностью и малым весом. Две турбины Hitachi HT-12 устанавливались последовательно. Это был первый в мире двигатель по объёму производства с последовательной двойной системой турбонаддува. По оценкам мощность двигателя составила 280 л.с. (206 кВт) на автомобиле Mazda RX-7.
Устанавливался наMazda RX-7:1992—1995 (255 л.с., 190 кВт), 1996—1998 (265 л.с., 197 кВт), 1999—2002 (280 л.с., 206 кВт).
В гонках24 часа Ле-Мана, первый трёхроторный двигатель, используемый на757был назван13G.
Основное различие между 13G и 20B было то, что 13G использует заводской периферийный впуск (используемый для гонок), а 20B использует боковые порты.
Он был переименован в20Bпосле соглашения Mazda об именовании для767в ноябре 1987 года.
Трёх-роторный20B-REWустанавливался только на Eunos Cosmo 1990—1995 годов. Он был первым в мире по объёму производства двигателем с твин-турбо. Двигатель был предложен в двух вариантах:13B-REWи 20B-REW. Объём 1962  см³ (три 654-кубовых ротора) и имел буст 0,7 бар, мощность 300 л.с. (224 кВт) и крутящий момент 407 Нм.
Версия 20B известна как «R20B RENESIS 3 Rotor Engine», строившийся Racing Beat в США для концепт-караFurai, представленного 27 декабря 2007 года. Двигатель был разработан под топливо E100.
Первым гоночным четырёх-роторным двигателем Mazda был13J-M(13J-MM), использовавшийся в 1988 и 1989 годах на автомобиле767в группе CЛе-Мана.Этот мотор сменил 26B.
Наиболее заметный 4-роторный двигатель Mazda, 26B, был использован только в различных спортивных прототипах Mazda, включая767и787Bв замену старым13J. В 1991 году Mazda 787B с двигателем 26B стала первым японским автомобилем, и первым автомобилем с не-поршневым двигателем, победившая в гонке 24 часа Ле-Мана. Двигатель 26B имеет объём 2622 см³ и мощность 700 л.с. (522 кВт) при 9000 об/мин. Конструкция двигателя использует периферийные впускные порты, бесступенчатую геометрию воздухозаборников, и дополнительную (третью) свечу зажигания на ротор.
Двигатель Renesis (13B-MSP Multi-Side Port) впервые появился наMazda RX-8в 2003 году, является развитием предыдущего мотора 13B. Он был разработан как экологичный и экономичный двигатель, что всегда было основными недостатками роторных двигателей. Это атмосферный, в отличие от своих предшественников из серии 13B, и следовательно, чуть менее мощный, чем устанавливаемый наMazda RX-7твин-турбовый 13B-REW (255—280 л.с.).
Конструкция Renesis включает в себя два основных изменения по сравнению с его предшественниками. Первое, выпускные отверстия не на периферии, а расположены на боковой стороне корпуса, что исключило перекрытие и позволило обновить впуск. Это произвело заметно больше мощности благодаря увеличению степени сжатия; однако, инженеры Mazda обнаружили, что при изменении выпускного отверстия на стороне корпуса, происходит накопление углерода на выпуске, что останавливает работу двигателя. Чтобы решить эту проблему, инженеры Mazda добавили водяную рубашку в боковой корпус. Второе изменение, роторы уплотнены по-разному, путём использования модернизированных боковых уплотнений: тонкий апекс и добавленное второе светотеневое кольцо. Инженеры Mazda первоначально использовали уплотнения, идентичные старым. Новое уплотнение призвано уменьшить трение.
Эти и другие инновационные технологии позволили Renesis достичь на 49 % более высокую мощность и уменьшить расход топлива и выбросы (RX-8 соответствовал LEV-II). Renesis сталДвигателем годаи Лучшим новым двигателем 2003 года, и получил другие награды
Renesis также был адаптирован для использования на двух видах топлива, что позволяет ему работать на бензине или водороде.
Все роторные двигатели Mazda получили высокую оценку из-за своего легкого веса. Двигатель 13B-MSP Renesis имел массу 122 кг, включая всё навесное оборудование (за исключением фильтра), но без жидкостей двигателя (таких как охлаждающей жидкости, масла, и др.).
Также известный как Renesis II, был представлен на концепт-кареMazda TaikiнаТокийском автосалоне2007 года. Мощность двигателя 300 л.с., уменьшена ширина корпуса ротора, появился непосредственный впрыск и алюминиевые боковые корпуса.
Mazda в полной мере стала привержена к роторным двигателям после энергетического кризиса 1970-х годов. Компания чуть было не ушла полностью от поршневых двигателей в 1974 году, что едва не привело к её краху. Переход на трехсторонний подход (поршневые бензиновые и дизельные, и роторные двигатели) с 1980-х годов отнёс роторные двигатели для использования на спортивных автомобилях (наRX-7иCosmo), строго ограниченного объёма производства. Но компания непрерывно продолжала производство с середины 1960-х годов, и был единственным производителем роторных двигателей (RX-8) до прекращения производства в июне 2012 года модели RX-8 Spirit R 2000 года, выпускаемого для внутреннего японского рынка.
Хотя это и не отражено в графике слева, автомобилей RX-8 было больше, чем его предшественников. Пик продаж RX-8 пришелся на 2004 год с 23690 единицами, но продолжал снижаться до 2011 года, когда было произведено менее 1000 единиц.
16 ноября 2011 года, Mazda CEO, Такаси Ямагути, объявила о том, что компания по-прежнему стремится производить роторные двигатели, сказав, «До тех пор пока я по-прежнему связан с этой компанией… будет предложен роторный двигатель или несколько в линейке.»
В данный момент, двигатели производятся для SCCAFormula Mazda, и профессиональнойIndy Racing League.