Wankelmoottorien markkinoita on jo vuosikymmenet hallinnut lähes yksinoikeudella Mazda, joka on valmistanut miljoonia kiertomäntämoottorisia autoja.
Kiertomäntämoottorissa on edestakaisin liikkuvien mäntien sijaan akselinsa ympäri pyörivä kolmion muotoinen mäntä. Yhden kierroksen aikana moottori suorittaa nelitahtimoottorin kaikki työvaiheet.
Saksalainen NSU esitteli ensimmäisen wankelmoottorisen auton, mutta kiertomäntämoottorin tarina on monipolvisempi kuin moni tietää, kertoo Motortrend.
Vuonna 1588 italialainen insinööri Agostino Ramelli julkaisi Le diverse et artificiose machine del Capitano Agostino Ramelli -kirjan, jossa oli 195 erilaista keksintöä. Satakunta niistä liittyi veden nostoon ja pumppaamiseen. Yksi vesipumpuista perustui pyörivään mäntään. Tätä voi pitää wankelmoottorin ensiaskeleena.
Lähes kaksi vuosisataa myöhemmin skotlantilainen keksijä ja koneinsinööri James Watt esitteli vuonna 1769 ensimmäisen höyrykoneen, joka tuotti edestakaisen liikkeen sijaan pyörivää liikettä, mikä vauhditti teollista vallankumousta.
James Wattin höyrykone muutti männän edestakaisen liikkeen pyöriväksi liikkeeksi.
Nicolás Pérez / Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)
Kiertomäntämoottorin varsinainen keksijä oli saksalainen Felix Wankel (1902–1988). Hänen pakkomielteensä pyörivää moottoria kohtaan sai alkunsa jo vuonna 1919, vain 17 vuoden iässä. Wankel näki tuolloin unta moottorista, joka oli puoliksi turbiini ja puoliksi edestakaisin liikkuva.
Ensimmäistä patenttiaan hän haki moottorille vuonna 1924, ja se myönnettiin 1929, kertoo Automotive News. Vaikka mies teki yhden 1900-luvun merkittävimmistä moottorikeksinnöistä, hän ei koskaan opiskellut insinööriksi, eikä hänellä myöskään ollut ajokorttia, kertoo Britannica.
22-vuotiaana Wankel perusti oman tutkimuslaboratorionsa ja ryhtyi järjestelmällisesti kehittämään moottoria.
Felix Wankelilla oli muitakin unelmia kuin kiertomäntämoottori. Hän oli liittynyt Kansallissosialistisen työväenpuolueen jäseneksi 1922, ja oli jo sitä ennen ollut mukana antisemitistisessä Deutschvölkischer Schutz- und Trutzbund (DSTB) -yhdistyksessä.
Poliittisesta vakaumuksesta oli hänelle myöhemmin niin hyötyä kuin haittaakin. Tie natsipuolueessa oli kuitenkin kivinen. Hänet erotettiin puolueesta kahdesti.
Vuonna 1926 hänet oli nimitetty Badenin alueen Hitlerjugendin johtoon, mutta hänellä meni sukset ristiin Badenin aluejohtaja Robert Wagnerin kanssa, kertoo Jalopnik. Wankel olisi halunnut puolueen olevan militaristisempi.
Wankel syytti Wagneria korruptiosta 1931 ja sai potkut natsipuolueesta ja Hitlerjugendin johdosta. Syytökset jatkuivat, ja Wagner pidätytti hänet lopulta vuonna 1933.
Wankel ei tästä lannistunut, ja hänellä oli hyvät suhteet korkea-arvoisempiin puolueen jäseniin. Hänet auttoi pois vankilasta Hitlerin taloudellinen neuvonantaja Wilhelm Kepler, minkä jälkeen Wankel perusti oman vaihtoehtoisen natsipuolueensa.
Vuonna 1937 Wankel sai liittovaltion tukemana tehtaan Lindauhun. Ovet takaisin Kansallissosialistiseen työväenpuolueeseen eivät auenneet vielä tuolloin, mutta Hitlerin taloudellinen neuvonantaja nimitti hänet SS-upseeriksi vuonna 1940. Hänen arvonimensä oli kutakuinkin everstiluutnanttia vastaava Obersturmbannführer.
Toisen maailmansodan aikana Wankel jatkoi työtään natsipuolueen jäsenenä Saksan ilmailuministeriön tuella sekä yksityisen teollisuuden rahoituksella. Sota-aikana Wankel kehitteli venttiilejä myös Daimler-Benzille ja BMW:lle. Uudenlaisen moottorin ounasteltiin tuovan Hitlerin Saksalle ja sen teollisuudelle etulyöntiaseman sodan aikana. Tuntemattomista syistä Wankel erotettiin jälleen puolueesta vuonna 1942.
Sodan jälkeen liittoutuneet vangitsivat Wankelin lyhyeksi aikaa, sulkivat hänen laboratorionsa ja takavarikoivat tutkimusmateriaalin. Hän onnistui myöhemmin jatkamaan kehitystyötään ja perusti Lindauhun teknisen kehitystoimiston eli Technische Entwicklungsstellen (TES).
Felix Wankelin Technische Entwicklunsstelle (TES) -suunnittelutoimisto Lindaussa.
Rainer J. Wagner / Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)
Vuonna 1951 Wankel aloitti työskentelyn moottoripyöriä ja autoja valmistaneen saksalaisvalmistaja NSU Motorenwerk AG:n tutkimusosastolla. Ensimmäinen kiertomäntämoottorin suunnitelma valmistui NSU:n palveluksessa vuonna 1954.
Wankel oli työskennellyt tarmokkaasti unelmamoottorinsa parissa jo 38 vuotta, kun läpimurto alkoi viimein tapahtua. 1. helmikuuta 1957 valmistui ensimmäinen toimiva prototyyppi, Drehkolbenmotor (DKM 54) joka tarkoitti kiertomäntämoottoria. Tässä ratkaisussa sekä roottori että roottorin sisempi kotelo pyörivät, ja mäntä oli kolmion muotoinen.
Felix Wankelin DKM 54 -kiertomäntämoottori oli ensimmäinen toimiva prototyyppi. Kuvattu Bonnin saksalaisessa museossa.
Ralf Pfeifer / Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)
Vuotta myöhemmin, vuonna 1958 valmistunut KKM 57 -malli (Kreiskolbenmotor, ’ympyrämäntämoottori’) luopui pyörivästä kotelosta ja käytti kiinteää roottorikoteloa. Tätä rakennetta pidetään nykyaikaisen wankelmoottorin varsinaisena esikuvana.
Ensimmäinen sarjatuotantoon päätynyt kiertomäntämoottoriauto tuli markkinoille vuonna 1963, kun NSU esitteli mallivuodelle 1964 Wankel Spiderin.
Ensimmäinen sarjavalmisteinen wankelmoottorinen auto oli NSU Wankel Spider.
Alexander Migl / Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)
Seuraava merkittävä askel oli vuonna 1967 julkaistu NSU Ro-80, jossa käytettiin kaksiroottorista 113-hevosvoimaista wankelmoottoria. Auto valittiin Vuoden autoksi Euroopassa vuonna 1968, mutta menestys jäi lyhytaikaiseksi.
Edistyksellinen NSU Ro-80 valittiin Vuoden autoksi Euroopassa, mutta pian sen tekniikka ajoi valmistajansa ongelmiin.
Lothar Spurzem / Wikimedia Commons (CC BY-SA 2.0 de)
Wankelmoottorin kehitystyö oli kallista, ja lisäksi männän kulmissa sijaitsevien apex-tiivisteiden luotettavuusongelmat heikensivät NSU:n mainetta merkittävästi. Talousvaikeudet kaatoivat NSU:n Volkswagen-konsernin syliin. VW yhdisti sen Mercedes-Benziltä ostamaansa Auto Unioniin, jolloin syntyi Audi.
Ennen sulautumista NSU ja Wankel olivat yhteisinä patentinhaltijoina ehtineet myydä moottorin lisenssejä useille muille autovalmistajille. Mazda hankki lisenssin jo vuonna 1961 ja esitteli ensimmäisen kiertomäntämoottorisen mallinsa, Mazda Cosmon Tokion autonäyttelyssä 1964.
Ensimmäisten joukossa kiertomäntämoottorin lisensoinut Mazda kiiruhti esittelemään oman Cosmo-mallinsa Tokion autonäyttelyssä 1964, seuraavana vuonna NSU:n jälkeen.
Morio / Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)
Pyörivän moottorin etuina pidettiin sen pientä kokoa, hiljaisuutta ja vähäistä liikkuvien osien määrää. 1960-luvulla lähes kaikki suuret autovalmistajat hankkivat lisenssin ja käynnistivät omia kehitysohjelmiaan. Mercedes-Benz kehitti wankelmoottoriaan näkyvästi ja vakavasti. Myös Atlantin toisella puolella General Motors uskoi wankeliin.
Yksi kerrallaan valmistajat luopuivat wankelmoottorin kehitysprojekteistaan 1970-luvulla. Syynä oli energiakriisi ja Yhdysvalloissa kiristyneet päästövaatimukset. Citroën ehti valmistaa alle tuhannen kappaleen erän GS Birotor -malliaan, mutta kehitystyö tyssäsi energiakriisiin. Yhtiö ajautui konkurssiin ja Peugeotin haltuun vuonna 1974, osin wankelmoottorin kehityksenkin vuoksi.
Mazda kuitenkin jatkoi kehitystyötä samankaltaisella sitkeydellä kuin itse Wankel aikanaan. Myös Wankel itse jatkoi suunnittelutyötä useiden yritysten kanssa kiertomäntämoottorin ongelmien ratkaisemiseksi.
Mazda RX-7 on maailman eniten valmistettu kiertomäntämoottorinen automalli. Kuvassa on ensimmäinen korimalli.
Alf van Beem / Wikimedia Commons (CC0)
Vuosina 1978-2002 valmistettu Mazda RX-7 on kaikkein eniten valmistettu kiertomäntämoottorinen auto. Motortrendin haastatteleman Jim Medererin mukaan Mazdan wankelmoottorit paranivat vuosi vuodelta. Mederer on vuodesta 1971 kiertomäntämoottoreilla kilpailleen Racing Beatin perustaja ja pääinsinööri.
Luotettavuuden lisäksi toinen kiertomäntämoottorin ongelmista oli perinteistä ottomoottoria suurempi polttoaineenkulutus, joka oli etenkin öljykriisin puhjettua 1973 ei-toivottava ominaisuus. Kolmas ongelma olivat päästöt.
Yksi syy wankelmoottorien suurempaan polttoaineenkulutukseen ja myös päästöihin on moottorin huono termodynaaminen hyötysuhde eli kyky muuttaa lämpöenergiaa työksi. Moottorin muoto aiheuttaa sen, että pakokaasujen mukana poistuu palamatonta polttoainetta.
Toinen syy suurempiin päästöihin on se, että apex-venttiilit tarvitsevat voitelua. Sen vuoksi imusarjaan ja palotilaan suihkutetaan öljyä. Päästöt olivatkin ratkaiseva isku wankelmoottoreille, sillä RX-7:n seuraaja Mazda RX-8 ei läpäissyt Euro 5 -päästönormeja vuonna 2010.
Seuraavana vuonna Mazda kuoppasi kiertomäntämoottorit sarjatuotantoautoistaan – kunnes toi MX-30-mallissa ne takaisin vuonna 2023, sillä kertaa toimintamatkan pidentäjänä. Nähtäväksi jää, saako RX-sarja vielä joskus jatkoa.
Vaikka Wankel ei ollut koulutukseltaan insinööri, hän sai useita kunnianosoituksia niin kotimaassa kuin ulkomaillakin. Vuonna 1969 Münchenin teknillinen yliopisto nimitti hänet tekniikan kunniatohtoriksi.
Oli vielä yksi asia, jossa Wankel osoitti sitkeää peräänantamattomuutta. Hän vastusti koko elämänsä eläinkokeita ja perusti vuonna 1972 eläinten hyvinvointia koskevan tutkimuspalkinnon.
Tilaa Tekniikan Maailman uutiskirjeet
Tilaa TM-uutiskirje, niin pysyt ajan tasalla autoalan, teknologian ja tieteen uutisista!