Tässä juttusarjassa avataan eri autonvalmistajien moottorityyppejä aina merkki kerrallaan. Tarkoituksena on kertoa moottoreista perustiedot yhteen tiiviiseen pakettiin kasattuna! Tällä kertaa keskitytään Mazdan Wankel-moottoreihin.
Artikkeli julkaistu GTi-Magazinen numerossa 01 / 2020.
Wankel lienee suurimmalle osalle tuttu nimenomaan takavuosien Mazdan RX-mallien voimanlähteenä. Mazda onkin ollut pitkän aikaa ainoa autonvalmistaja, joka on kiertomäntämoottoreita käyttänyt.
Pieni paketti
Tavanomaisessa moottorissa pyörittävät edestakaisin liikkuvat männät kampiakselia kiertokankien välityksellä. Wankelmoottorissa myös mäntä pyörii, joten rakenne on hyvin yksinkertainen, kun kiertokankia ei tarvita. Lisäksi mäntä sulkee kanavat ilman venttiileitä, joten nelitahtimoottorin venttiili- ja nokkakoneistoa ei myöskään tarvita. Wankelmoottori onkin kaasunvaihdoltaan läheistä sukua kaksitahtimoottorille.
Kiertomäntämoottorissa kolmion muotoinen mäntä pyörii kahdeksikkoa muistuttavassa kammiossa. Männän kulmissa olevat apex seal -tiivisteet erottavat männän kolmella sivulla olevat kammiot toisistaan. Imu-, puristus-, työ- ja pakotahteja tapahtuu siis kolme jokaisella männän kierroksella. Kampiakseli pyörii kolme kertaa mäntää nopeammin.
Yksinkertaisen rakenteensa ansiosta wankelmoottori on tyypillisesti hyvin pieni ja kevyt. Koska edestakaisin liikkuvia mäntiä ei ole, moottori käy hyvin värinättömästi verrattuna tavalliseen mäntämoottoriin. Wankelmoottorille on myös ominaista, että fyysisesti pienestä ja kevyestä moottorista saadaan suuri teho.
Wankelmoottorin iskutilavuus on seikka, joka kannattaa sivuuttaa tarpeettomana triviana. Iskutilavuuden vertailu mäntämoottoriin on ongelmallinen eikä oikeastaan millään muotoa tärkeä tieto. Autourheilun teknisten sääntöjen ja lainsäätäjien vaatimuksesta wankelillekin on kuitenkin ollut pakko määritellä iskutilavuus. Useimmiten on päädytty laskutapaan, jonka ansiosta wankelmoottoreissa on erinomainen litrateho.
Tämän takia 1,3-litraisena kohdeltu Mazdan kaksikammioinen 13b-moottori on suosittu juuri niissä kilpa-autoluokissa, joissa maksimi iskutilavuus on 1,3 litraa, sillä tällaisesta moottorista saadaan melko yksinkertaisilla virityksillä vapaastihengittävänä reippaasti yli 300 hevosvoiman tehot. Tällaiset lukemat ovat lähes tekemätön paikka, jos aihiona on 1,3-litrainen nelitahtinen mäntämoottori
Paukku joka kierroksella
Wankelmoottori kuulostaa ärhäkältä. Ääni muistuttaa mäntäohjatun pakokanavan ansiosta kaksitahtimoottoria. Erityisen kirpakka äänimaailma on kolme- ja nelikammioisissa moottoreissa, jotka myös tyypillisesti kiertävät korkealle.
Osittain tämä johtuu siitä, että jokainen kiertomäntämoottorin männän kylki käy täyden työkierron jokaisella kampiakselin kierroksella. Niinpä kampiakselin jokaisella kierroksella jokaisesta pakokanavasta poksahtaa ulos pakotahti, toisin kuin nelitahtisessa mäntämoottorissa, jossa jokaisen sylinterin pakotahti tapahtuu joka toisella kierroksella. Niinpä yhdeksän tonnia kiertävä kolmikammioinen wankel pärähtää pakoputkeen 27 000 kertaa minuutissa, kun taas yhdeksän tonnia kiertävä nelisylinterinen moottori päästää pakotahdin vain 18 000 kertaa minuutissa.
Osittain ääni taas johtuu venttiilikoneiston puutteesta. Pakokaasu pääsee virtaamaan pakokanavaan, eikä pakoventtiili ole tiellä. Näiden samojen ominaisuuksien takia kiertomäntämoottorin tehon tuotto on hyvin lineaarinen. Mitä korkeammalle moottori pyörii, sitä enemmän siitä tulee tehoa, kun mäntämoottorin tehokas kierrosalue rajautuu venttiilikoneiston mukaan.
Kiertomäntämoottorin kierroslukua rajaavat männän ja kampiakselin välisen voimansiirron hammastuksen kesto sekä apex seal -tiivisteiden kammion seiniin kohdistava keskipakovoima.
Voitelu kuin kaksitahdissa
Kiertomäntämoottorin apex-tiivisteet siis laahaavat kahdeksikon muotoisen kammion seiniä pitkin. Jos tiivisteitä ei voidella, ne ylikuumenevat ja hajoavat. Niinpä wankelmoottorissa palotilaan syötetään voiteluöljyä, kuten kaksitahtimoottoreissa.
Vielä muutamia vuosia sitten wankelmoottoria pidettiin erittäin hauraana ja vikaherkkänä virityskohteena sen johdosta, että alkuperäiset apex-tiivisteet hajosivat helposti murusiksi, jos moottori pääsi nakuttamaan tai voitelu häiriintyi edes hetkeksi. Erittäin kovasta mutta samalla hauraasta metallista valmistettu apex-tiiviste rikkoi hajotessaan sekä männän että kammion, joten pikku nakutuksen aiheuttama tuho oli yleensä sen verran perusteellinen, että koko moottorin sai polkaista metallikeräykseen.
Vajaa parikymmentä vuotta sitten markkinoille ilmestyi kuitenkin uudentyyppisiä tiivistesarjoja, joissa oli pinnoite- ja pulverimetalliteknologialla saavutettu rakenne, joka kesti kulutusta kuten alkuperäinen tiiviste. Samalla materiaali on kuitenkin riittävän joustavaa, eikä nakutuksen tai ylikuumenemisen takia enää murskaudukaan tuhanneksi pirstaleeksi.
Niinpä wankel-moottori koki eräänlaisen renessanssin harrastemoottorina. Erityisen suosittuja nämä moottorit ovat Australiassa ja Uudessa Seelannissa, johon wankelilla varustettuja automalleja myytiin takavuosikymmeninä runsaasti.
Juttu jatkuu kuvan jälkeen.
Peripheral port, side port vai bridge port
Peripheral port tarkoittaa sitä, että imu- ja pakokanavat sijaitsevat kammion seinämillä, ja apex-tiiviste kulkee kanavan yli. Alkuperäisessä Felix Wankelin rakenteessa imu- ja pakokanavat sijaitsevat kammion seinämässä juuri tällä tavalla. Imukanavat sijaitsivat pakokanavien yläpuolella. Tuoreemmissa versioissa tätä rakennetta on nähty pääasiassa kilpamoottoreissa.
Vanhemmissa moottorimalleissa on tavattu runsaasti myös rakenteita, joissa imukanava sijaitsee sylinterikammioiden välisessä seinässä kammion ulkoseinämän sijaan. Näissä männän sivu ohjaa imutahdin kaasunvaihtoa.
Bridge port puolestaan kuvaa sivuseinässä sijaitsevaa kanavaa, joka on jaettu välikannaksella. Kanavia avaamalla ja sulkemalla saavutetaan parempi polttoainetalous ja suurempi teho.
Mazdan RX8-mallissa 2003 esitelty 13b Renesis -moottori edustaa uusinta sukupolvea, jossa myös pakokanavat on sijoitettu kammioiden väliseen seinään. Tällä saavutetaan parempi polttoainetalous ja pienemmät pakokaasupäästöt.
RX8-mallin valmistuksen loppumisen myötä myös Mazda luopui – ainakin toistaiseksi – kiertomäntämoottoreista tuotantoautoissa vuonna 2012.
Tunnetuimmat wankel – moottorityypit
13B
13B on maailman eniten valmistettu kiertomäntämoottori, joka oli tuotannossa Mazdalla vuosina 1972–2002. Näiden kolmen vuosikymmenen aikana tästä kaksikammioisesta moottorista valmistettiin useita eri variaatioita, joiden tehot vaihtelevat 110 hevosvoimasta yli 280 hevosvoimaan. 13b-moottorilla varustettuja autoja valmistettiin kokonaisuudessaan yli 300 000 kappaletta.
20B
Kolmekammioinen 20b on käyntiäänestään tunnettu moottoriversio, joka turboahdettuna tuotti jo vakiona yli 300 hevosvoiman tehot. Kolmekammioisia moottoreita ovat harrastajat tehneet myös yhdistämällä kaksi pienempää moottoria, mutta nämä eivät välttämättä ole edes sukua 20b-moottorille.
13J ja 26B
Nelikammioiset Le Mans -prototyyppeihin rakennetut kilpamoottorit tulivat suuren kansan tietoisuuteen kasarin loppupuolella, kun Mazda osallistui C-ryhmän MM-sarjaan, ja lopulta voitti 787B-kilpa-autolla, ainoana ei-mäntämoottoriajoneuvona Le Mans 24h kilpailun. Yli 700 hevosvoimaa vapaastihengittävänä tuottanut, jopa 10 000 kiertävä, kirkuva 26b ja koko 787B-auto saivat lopullisen legendastatuksensa esiinnyttyään Gran Turismo -Playstation pelissä vuonna 1997.
Nelikammioisia kiertomäntämoottoreita ei ole valmistettu tieliikennekäyttöön, vaan kaikki tehdasvalmisteiset nelikammioiset ovat siis kilpamoottoreita. Harrastelijat ovat rakentaneet nelikammioisia moottoreita yhdistämällä kaksi- tai kolmekammioisia moottoreita toisiinsa, ja näihin on saatavilla erilaisia muunnos- ja rakennussarjoja.
13B Renesis
RX8-mallissa 2003 esitelty Renesis-moottori on ensimmäinen wankel-moottori, jossa myös pakokanava on sylinterikammion sivussa. Päästö- ja polttoainetaloudellisista syistä tehty muutos oli kuitenkin kompromissi tehon ja ajettavuuden suhteen. Mazdaa arvosteltiinkin melko rajulla kädellä RX8-mallin julkaisun aikoihin, sillä moottori ei US-spekseissään tuottanut läheskään luvattua 250 hevosvoimaa.
Muista seurata GTi-Magazinea myös somessa!
- Facebook: https://www.facebook.com/GTiMagazine/
- Instagram: https://www.instagram.com/gtimagazine/
