Двигатель Ванкеля: прошлая технология будущего⁠⁠

У парового двигателя и появившегося следом ДВС имелся общий недостаток – низкий КПД и высокий износ основных элементов в процессе преобразования действия поршней во вращательные движения колес. Улучшить этот показатель пытались многие именитые инженеры, но получилось лишь у механика-самоучки Феликса Ванкеля, создавшего в 1957 году особый тип мотора.

Сегодня поговорим о роторно-поршневом двигателе и разберемся, почему он так и не прижился в массовом производстве.

Происхождение

Как уже было сказано, в 1957 году никому не известный механик-изобретатель спроектировал двигатель нетипичной конструкции: трехгранный ротор в форме треугольника Рёло вращался внутри цилиндра специального профиля. Сам ротор установлен на приводном валу и жестко соединен с зубчатым колесом, которое входит в «зацеп» с неподвижной шестерней, называемой статором. Диаметр ротора намного превышает диаметр статора, при этом тот обкатывается вокруг шестерни.

Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Вместо прокладок и вкладышей герметизация камеры обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Отсутствие механизма газораспределения делает РПД значительно проще четырехтактного поршневого мотора, а отсутствие сопряжения (картерное пространство, коленвал и шатуны) между отдельными рабочими камерами обеспечивает необычайную компактность и высокую удельную мощность.

Когда Ванкель принес свои разработки ведущему инженеру NSU Вальтеру Фреде, тот пришел в восторг и предложил тут же испытать инновационный двигатель, установив его на автомобиль NSU Prinz. Ясное дело, что опытный образец был далек от совершенства, поэтому, чтобы заменить те же свечи, приходилось почти полностью разбирать агрегат. Увы, ни надежностью, ни тем более экономичностью двигатель Ванкеля тогда не отличался.

После множества испытаний бренд NSU все же занялся выпуском машин с традиционным ДВС. Однако первый роторно-поршневой серийный двигатель DKM-54 получил применение на спорткаре NSU Spider и продемонстрировал большой потенциал.

Массовое применение

Двигателем Ванкеля оборудовался седан бизнес-класса NSU Ro 80, в 1967-1977 годах было выпущено 37.204 экземпляра. Помимо этого, данный автомобиль имел множество других инноваций, например, кузов с рекордно низким аэродинамическим сопротивлением, полуавтоматическую коробку передач с гидротрансформатором, блок-фары.

Отметим, что Ro 80 отличался не только уникальными техническими решениями, но и передовым дизайном, который, впрочем, оказался для современников слишком вычурным. Впоследствии такой экстерьер лег в основу стиля моделей Audi 100 и 200 поколения C2.

К сожалению, рабочий ресурс роторно-поршневого двигателя оказался до крайности ограниченным. Агрегат нуждался в ремонте спустя 50 тысяч км пробега, из-за чего седан Ro 80 пользовался плохой репутацией и служил объектом насмешек для автомобильной прессы. На многих сохранившихся моделях оригинальный двигатель был впоследствии заменен на поршневой L4 Essex от Ford.

К 1980-м годам роторные двигатели Ванкеля исследовались лишь японской компанией Mazda. Правда, технология точечно применялась еще на спецтранспорте Волжского автозавода. В СССР бензин стоил достаточно дешево, а данный агрегат имел большую мощность, однако к 2004 году производство машин с таким двигателем было прекращено. Япония осталась единственной страной, в которой продолжается разработка роторного двигателя, но это тема для отдельной статьи.

В начале1980-х роторный мотор использовали для оснащения мотоциклов Norton. Инженеры Norton успешно внедрили РПД в спорт, и к концу 1980-х байкам фирмы не было равных.

Сегодня компания производит 588-кубовую модель с двумя роторами NRV588. Также инженерами Norton ведется разработка версии на 700 куб.см, которая называется NRV700. Она представляет собой мощный спортбайк, оснащенный инжекторным 170-сильным двигателем Ванкеля.

Особенности РПД

Двигатель Ванкеля с момента своего появления получил ряд значительных преимуществ перед поршневыми моторами. А учитывая, что агрегат постоянно дорабатывался, со временем удалось повысить его экономичность и производительность. Из явных достоинств двигателя Ванкеля в первую очередь выделяют:

• небольшие габариты и вес. РПД практически вдвое меньше поршневого ДВС, что положительно сказывается на управляемости машины, способствует оптимальному монтажу коробки передач, позволяет сделать салон намного просторнее;

• в сравнении с двухтактным мотором двигатель Ванкеля имеет гораздо меньше деталей, что более выгодно в плане ремонта;

• мощность вдвое больше, чем у стандартных ДВС;

• большая плавность работы, так как отсутствие поступательно-возвратных движений делает езду более комфортной;

• возможность заправки низкооктановым бензином;

• все элементы мотора вращаются в одну сторону, что улучшает внутренний баланс агрегата и снижает вибрации.

Двигатель Ванкеля развивает мощность плавно и равномерно. За время, пока ротор оборачивается 1 раз, выходной вал совершает 3 рабочих цикла.

Увы, недостатки у роторно-поршневого мотора тоже имеются, причем перевешивают достоинства.

Во-первых, конструкция герра Ванкеля крайне непривычна для автомехаников.

Во-вторых, такой агрегат требует от автовладельцев изменить многие привычки вождения. Так, тормозить двигателем попросту не получится, а движение в гору в «натяг» становится невыполнимым. Кроме того, компактный мотор обладает малой инерцией, чего не скажешь о массивных поршневых ДВС. При частом цикле включения-выключения, запусках-выключениях на свечах появляется нагар. Кроме того, специфический звук мотора некоторые автолюбители причисляют к недостаткам.

Отдельно отметим органические изъяны роторно-поршневого агрегата. Данный мотор обладает увеличенным расходом горючего из-за неоптимальной формой камеры, которая теряет тепло через стенки. К тому же мотор потребляет много масла. Как было сказано выше, срок эксплуатации двигателя Ванкеля ниже, чем у стандартного ДВС, поскольку роторные уплотнения регулярно изнашиваются.

Недостатки РПД схожи с недостатками двухтактных поршневых агрегатов. Отметим, что исправить это можно схожими способами: увеличенное потребление топлива сбивается непосредственным впрыском, нехватка эластичности – установкой изменяемых фаз. Это повышает экономичность и управляемость. Также для повышения эластичности меняется конфигурация трубопроводов.

***

Практика показывает, что эпоха роторных моторов еще не наступила. В массовом производстве поршневые системы были и остаются лидирующими. Одной из причин, по которым роторно-поршневой двигатель не производится массово, является необходимость предельно точной сборки агрегата – малейший брак станет причиной скорого выхода мотора из строя. Однако само наличие РПД является неплохой альтернативой традиционным силовым агрегатам. Не исключено, что в будущем данная технология найдет более глубокое применение.