Are rotary engines fuel injected?

De Wankelmotor, of rotatiemotor, onderscheidt zich fundamenteel van de traditionele zuigermotor door zijn unieke ontwerp. Waar een zuigermotor lineaire beweging omzet in rotatie, produceert de driehoekige rotor in een Wankel directe rotatiekracht binnen een epitrochoïde kamer. Dit verschil in architectuur roept een cruciale vraag op over zijn voedingssysteem: hoe komt de brandstof-luchtmengsel in de verbrandingskamer?

De evolutie van de Wankelmotor loopt parallel met de ontwikkelingen in brandstofinspuiting. Vroege productiemodellen, zoals de NSU Spider en de eerste generatie Mazda's, waren uitgerust met carburateurs. Deze mechanische systemen waren echter niet optimaal voor de specifieke eisen van de rotatiemotor, wat leidde tot uitdagingen in efficiëntie, emissies en betrouwbaarheid.

De doorbraak kwam met de introductie van elektronische brandstofinspuiting (EFI). Dit systeem, waarbij brandstof onder druk rechtstreeks in de inlaatpoort of de verbrandingskamer wordt gespoten, betekende een revolutie voor de Wankel. Het stelde ingenieurs in staat om het brandstofmengsel veel preciezer te doseren en te timen, wat de prestaties aanzienlijk verbeterde, het brandstofverbruik optimaliseerde en de schadelijke uitstoot drastisch verminderde. Vanaf de jaren '80 werd EFI de standaard voor alle serieproductie Wankelmotoren.

Het verschil tussen carburatie en injectie in Wankelmotoren

De ontwikkeling van de brandstofvoorziening in Wankelmotoren volgt dezelfde lijn als bij zuigermotoren, maar met unieke technische uitdagingen door de roterende verbrandingskamer. Vroege productiemodellen, zoals de NSU Spider en de eerste Mazda's, maakten gebruik van carburatie. Een of meerdere carburateurs mengden lucht en brandstof buiten de motor, waarna dit mengsel via de inlaatpoort de roterende kamer binnenstroomde.

Dit systeem had echter belangrijke nadelen voor de Wankel. De lange, vlakke inlaatmanifold bevorderde condensatie van brandstof, wat leidde tot een ongelijkmatig mengsel per rotorhuis en een inefficiënte verbranding. Bovendien was een precieze controle van het lucht-brandstofmengsel, cruciaal voor emissies en prestaties, bijna onmogelijk. De overgang naar brandstofinjectie was een revolutionaire verbetering.

Eerst werd mechanische of elektronische indirecte injectie toegepast. Hierbij spoot een injector het brandstof in de inlaatpoort, vlak voor deze openging. Dit loste het condensatieprobleem op en zorgde voor een gelijkmatiger verdeling. De echte doorbraak kwam met directe injectie, zoals in de Mazda Renesis motor. Hierbij wordt de brandstof rechtstreeks in de verbrandingskamer geïnjecterd, op het allerlaatste moment.

Dit biedt cruciale voordelen: een betere controle over de mengselvorming, een hogere compressieverhouding zonder riskante vroegtijdige ontsteking, en de mogelijkheid tot een extreem mager mengsel tijdens deelbelasting. Directe injectie is essentieel gebleken voor het verbeteren van de thermische efficiëntie, het verlagen van de uitstoot en het tegengaan van olieverbruik – traditionele zwaktes van de carburateur-Wankel. Het is de technologische sleutel die de roterende motor geschikt maakte voor moderne emissienormen.

Hoe de directe brandstofinspuiting in de Mazda Renesis motor functioneert

De Mazda Renesis-motor, de wankelmotor uit de RX-8, is inderdaad brandstof ingespoten. Een geavanceerde versie hiervan, het directe injectiesysteem (DISI), werd specifiek in de high-performance Mazda RX-8 SP (Series II) toegepast. Dit systeem verschilt fundamenteel van de conventionele port injectie.

Bij directe injectie spuiten de injectoren de brandstof rechtstreeks in de verbrandingskamer, niet in de inlaatpoort. Elke rotorholte heeft zijn eigen elektromagnetische injector, gemonteerd in het zijdelings. Deze injector spuit onder extreem hoge druk, tot wel 110 bar, een fijne vernevelde brandstofwolk de kamer in.

De timing van de injectie is cruciaal. Het systeem werkt typisch volgens een "tweefasen-inspuitstrategie". Tijdens het inlaatslag spuit de injector een eerste, kleine hoeveelheid brandstof in. Dit helpt de luchttemperatuur te verlagen, wat de volumetrische efficiëntie verbetert en de kans op detonatie vermindert.

De hoofdhoeveelheid brandstof wordt vlak voor de ontsteking ingespoten tijdens de compressieslag. Deze late injectie creëert een gelaagd mengsel: een perfect ontvlambare brandstof-lucht concentratie rond de bougie, omgeven door een magerder mengsel. Dit bevordert een efficiëntere en schonere verbranding.

Een grote technische uitdaging was de plaatsing van de injector in de compacte zijdelings. Ingenieurs ontwikkelden een compacte, hoekige injector die in het beperkte ruimte paste zonder de structuur te verzwakken. De injector is ook voorzien van speciale koelkanalen om oververhitting door de nabijheid van de verbranding te voorkomen.

Het resultaat van dit systeem is een aanzienlijk prestatievoordeel. Het levert meer vermogen en koppel, vooral bij lage en midden toerentallen, door een efficiëntere vulling en verbranding. Tegelijkertijd verbetert het de brandstofefficiëntie en reduceert het de uitstoot van onverbrande koolwaterstoffen, een traditionele uitdaging bij wankelmotoren.