Роторные движки. Почему у твоей тачки не такой мотор?

Роторные двигатели по сей день будоражат умы инженеров. Простая и одновременно высокомощная конструкция по своей эффективности уступает только электромоторам. В этом материале мы окунемся почти в вековую историю данного типа двигателей и постараемся ответь на вопрос: “Почему под капотами наших тачек нет таких моторов?”.

Начало

Создание роторного двигателя прочно ассоциируется с фамилией одного известного инженера – Феликса Ванкеля. Сам Ванкель в интервью одному печатному изданию рассказал, что схему работы нового двигателя он увидел во сне, когда ему было всего 17 лет. К слову, часть современных последователей Ванкеля скептически относится к этому факту. Они убеждены, что изобретенный двигатель невозможно создать, досконально не зная недостатки обыкновенных двигателей.

Как всем нам известно, обычный двигатель внутреннего сгорания имеет четыре цикла работы – впрыск, сжатие, сгорание и выхлоп. Опираясь на эти данные, Ванкель пришел к выводу, что все эти операции можно осуществить при вращении. Первый эскиз будущего революционного двигателя Ванкель сделал в 1924 году, через пять лет после того, как ему приснился «вещий» сон. Спустя еще 3 года Феликс открывает собственную мастерскую в городе Гейдельберг, где, собственно, и появляются на свет чертежи уникального мотора с «вращающимися поршнями». В 1929 году Ванкель получает патент на свое изобретение. Спустя еще 7 лет была получена патентная заявка на двигатель типа DKM (вращающиеся поршни).

Перспективного и молодого инженера сразу заприметили власти фашисткой Германии, в связи с чем работы по воплощению «двигателя мечты» в жизнь были приостановлены. Во время войны Феликс успешно сотрудничал с такими компаниями, как BMW, Daimler и DVL, которые занимались постройкой авиадвигателей. Кстати, после окончания Второй Мировой войны Феликсу даже пришлось сидеть в тюрьме (около 1 года). Его обвинили в пособничестве фашистскому режиму.

В 1951 году талантливый инженер устраивается на работу в мотоциклетную фирму NSU, где его наработками сразу интересуется Вальтер Фройде – известный конструктор мотоциклетных двигателей. Под его патронатом работа над роторным двигателем заметно ускоряется, и первый рабочий прототип был собран в 1957 году. После обкатки первых образцов Фройде предложил изменить концепцию роторного двигателя, зафиксировав камеру сгорания. Изначально в двигателе Ванкеля ротор вращался вокруг неподвижного вала вместе с камерой сгорания, что обеспечивало практически полное отсутствие вибраций. Обновленный двигатель получил обозначение ККМ.

Несмотря на то, что Ванкелю не понравилась новая концепция, он прекрасно понимал, что такой вариант намного легче в обслуживании и такая банальная процедура, как замена свечей, не потребует полного разбора двигателя. Первый образец обновленного двигателя появился в июле 1958 года, и, по сути, эта конструкция принципиально не менялась до наших дней.

Как это работает?

Изюминкой такого типа двигателей, как ни странно, является сам ротор, который, по сути, и является поршнем. Цилиндром служит статор, имеющий форму эпитрохоиды, а когда ротор двигается по поверхности статора, образуются полости (по сути – традиционные камеры сгорания). В итоге за один оборот ротора весь процесс повторяется трижды, а общая геометрическая форма позволяет добиться аналогичного количества тактов – впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

Ещё один плюс в копилку роторного двигателя – полное отсутствие системы газораспределения, эту роль на себя берет сам ротор.

Серийное будущее

В конце 1950-х годов послевоенная Германия начала потихоньку процветать, и продажи автомобилей с каждым годом обновляли рекорды. Компания NSU делает ставку именно на роторные моторы, разработанные Ванкелем. Первым автомобилем, использующим новый двигатель, становится компактный родстер NSU Spider. Установленный под капотом небольшой мотор развивал всего 54 л.с., но тем не менее этого вполне хватало для разгона до 150 км/ч.

Чуть позже появляется еще одна модель – NSU Ro-80, именно этот автомобиль приносит инженеру всемирную известность. Роторная сущность автомобиля заложена уже названии модели. Ro – «ротор». Автомобиль получил мотор, развивающий 115 л.с., до 100 км/ч он мог разгонятся за 12,8 секунды. Не плохо как для конца 1960-х годов!

В разные годы автомобили с роторными моторами выпускали многие компании. Но нужно отметить, что большинство концептов так и не были воплощены в жизнь. Например, компании Mercedes и Chevrolet в 1970-х годах планировали выпуск собственных суперкаров, оснащенных именно роторными движками. Но настоящим оплотом роторного движения стала японская компания Mazda, которая выпускает автомобили с роторными двигателями до сих пор.

Недостатки

Несмотря на всю инновационность конструкции, данный двигатель имел ряд серьезных недостатков, которые проявились практически сразу. Чего только стоит тот факт, что первый рабочий прототип роторного мотора исчерпал заложенный ресурс всего за два часа работы!

Из-за сложной формы камеры сгорания и её сравнительно больших размеров роторные двигатели были склонны к перегреву, ведь в отличие от ДВС камера сгорания всего одна, и работает она постоянно. Это приводит к падению КПД работы двигателя, а также к низкой топливной экономичности. Последний фактор возникает из-за плохого смешивания воздушно-топливной смеси.

Чуть позже, с развитием технологий и появлением новых высокопрочных сплавов, инженерам удалось совладать с высокими температурами.

Еще одна проблема роторных двигателей – система уплотнений. В обычном поршневом двигателе компрессионные кольца двигаются в одном и том же направлении. В роторном моторе уплотнителям приходится постоянно работать под разными углами. Из-за этого возникает повышенный износ, который пытаются скомпенсировать, впрыскивая масло прямо в коллектор.

К еще одному недостатку роторных двигателей можно отнести сравнительно низкий крутящий момент. Для того чтобы снять вращение с ротора (который сам непрерывно крутится), применяются эксцентрично расположенные на главном валу диски, или другими словами – кривошипно-шатунный механизм. Именно из-за него классические двигатели имеют низкий КПД. Хотя, говоря по правде, в двигателе Ванкеля он имеет значительно упрощённую конструкцию.

Роторные моторы в СССР

Покорение диковинным двигателем Советского Союза началось в самом начале 1970-х годов. В 1974 году на базе завода в Тольятти создается специальное конструкторское бюро роторно-поршневых двигателей. Как это часто бывало, лицензию покупать не стали, а просто скопировали роторный мотор, используемый в серийной NSU Ro-80. Первым отечественным роторным двигателем стал ВАЗ-311, выпущенный в 1976 году, причем усовершенствование конструкции длилось еще 6 лет. Первым серийным автомобилем, оснащенным новым двигателем, стала обыкновенная «копейка», получившая индекс ВАЗ-21018. Всего было выпущено 50 автомобилей, мощность двигателя достигала 70 л.с.

Развивая идею и усовершенствовав конструкцию, в 1983 году появляется два новых двигателя – ВАЗ-411 и ВАЗ-413, отличающихся мощностью. Так, 411 развивал 120 л.с., тогда как 413 – все 140 «лошадок»! Эти двигатели устанавливались на милицейские автомобили ГАИ, а также использовались в спецслужбах Союза.

Последней советской итерацией роторного двигателя стала модель ВАЗ-415, основным отличием от предшественников была возможность устанавливать мотор как на заднеприводные, так и на переднеприводные автомобили. Например, обычная «девяносто девятая» с роторным двигателем могла разгонятся до 100 км/ч за 9 секунд.

Перспектива

На сегодняшний момент только компания Mazda официально ведет разработку роторных двигателей. Именно у этой японской компании накопился просто гигантский опыт в этой сфере. Кроме того, именно Mazda смогла адаптировать роторный мотор к эксплуатации на водороде, что, как мы с вами понимаем, полностью исключает вредные выбросы.

Как сообщили недавно представители компании Mazda, наследник легендарной RX-8 также будет оснащен роторным двигателем. Надеемся, ждать осталось недолго!