В этом году отмечается полувековой юбилей сразу двух знаковых для истории автомобилестроения моделей. Немецкий NSU Ro 80 и «японка» Mazda Cosmo стали первыми автомобилями с роторным двигателем, подходившими под определение «массовые». Но, увы, изобретенному инженерами фирмы NSU Ванкелем и Фройде новому типу двигателя внутреннего сгорания так и не удалось завоевать мир.
После создания в конце XIX столетия поршневого двигателя внутреннего сгорания прогресс в этой области пошел по пути разработки уже имеющейся концепции. Инженеры создавали все более мощные и совершенные двигатели, но суть оставалась все той же — в цилиндрическую камеру тем или иным способом попадало топливо, образовывавшиеся после сгорания топлива газы толкали поршень. И только в конце 1950-х два немецких инженера, работавшие в известной тогда своими мотоциклами фирме NSU Феликс Ванкель и Вальтер Фройде, предложили принципиально новую конструкцию.
В их двигателе цилиндры отсутствовали как класс: установленный на валу трехгранный ротор был жестко соединен с зубчатым колесом, входившим в зацепление с неподвижной шестерней — статором. По сравнению с обычным поршневым мотором внутреннего сгорания, двигатель Ванкеля (как он стал известен по имени одного из создателей) имел меньшие в 1,5-2 раза габариты, большую удельную мощность, меньшее число деталей (два-три десятка вместо нескольких сотен), а также — за счет отсутствия коленвала и шатунов — более высокие динамические показатели. Впрочем, были и недостатки, с которыми так и не удалось справиться за все время выпуска автомобилей с роторными двигателями: довольно высокий расход топлива на низких оборотах, повышенное потребление масла и сложность в производстве (из-за необходимости точности геометрических форм деталей).
NSU Spider
Фото: Science Museum / Globallookpress.com
Любопытно, что сам Ванкель не умел водить автомобиль и не имел водительских прав — поскольку с раннего детства страдал сильной близорукостью. Это, впрочем, не помешало ему доработать первоначально мотоциклетный движок под нужды автопрома, и в 1964 году NSU выпустила первый в мире серийный роторный автомобиль — кабриолет NSU Spider на базе заднеприводной модели Sport Prinz. Машина выпускалась ограниченной серией (за три года было собрано 2375 экземпляров) и была довольно дорога, в пересчете на нынешние деньги — около 22 тысяч долларов за двухместную малолитражку длиной 3,6 метра.
В 1967 году на рынок вышли сразу две модели с роторными двигателями, ставшие действительно массовыми. NSU представила топовый седан Ro 80, а японская фирма Mazda — спортивное купе Cosmo, первое в полувековой череде машин с двигателем Ванкеля в своей линейке. Немецкая машина, увы, оказалась довольно капризной и «сырой», хотя и была признана «автомобилем года-1968» в Европе. Постоянные рекламации и необходимость дорогостоящего ремонта уже проданных авто привели компанию практически к банкротству — в 1969 году она была куплена концерном Volkswagen и слита в одно подразделение с маркой Audi. Производство Ro 80 тем не менее продолжалось до 1977 года; всего было выпущено более 37 тысяч автомобилей. Передовой для конца 1960-х дизайн кузова, сперва не оцененный потребителями, оказал впоследствии влияние, в частности, на популярную модель Audi 100.
NSU Ro 80
Фото: CPC Collection / Alamy / DiomediaКстати, лицензию на «ванкель» купил и СССР. 140-сильным роторным двигателем оборудовались версии вазовских «пятерок» и «семерок» для милиции и КГБ. Внешне они не отличались от серийных машин, но на дороге демонстрировали необходимую резвость. В 1990-е малой серией выпускались и «гражданские» 2108 и 21099 с роторным мотором ВАЗ-415, также абсолютно идентичные по дизайну кузова с «нормальными». Обманчивая внешность породила множество шоферских легенд: неприметная «девятка» вдруг срывалась с места и обгоняла солидный BMW (разгон до сотни у роторной версии занимал 9 секунд, а максимальная скорость достигала 190 километров в час).
Экспериментировали с двигателем Ванкеля и французы из Citroen. Однако модель GS Birotor с двухроторным двигателем вышла на рынок в октябре 1973 года — точно в месяц начала крупнейшего нефтяного кризиса. Машина стоила на 70 процентов дороже стандартной модели GS с четырехцилиндровым мотором, а топлива потребляла больше, чем представительская DS. В результате удалось с большим трудом продать 847 экземпляров, после чего производство было свернуто.
В конечном счете на рынке «ванкелей» осталась только Mazda, продолжавшая совершенствовать двигатель и выпустившая около 20 моделей с роторным двигателем. Инженерам японской компании удалось повысить экономичность и снизить объем токсичных выхлопов (еще одна «врожденная болезнь» роторных двигателей), но даже со всеми усовершенствованиями последняя выпускавшаяся роторная модель, RX-8, не соответствовала нормам Евросоюза. В 2010 году ее прекратили продавать в Европе, а в 2012-м было свернуто производство и для других рынков. Спортивные роторные модели Mazda, однако, за почти полвека производства успели завоевать поклонников во многих странах, включая нашу. Вот что рассказывает о своей RX-8 москвич Олег, автолюбитель со стажем:
«Приобрести RX-8 я решил вовсе не из-за роторного двигателя, а скорее вопреки ему. Но ничего похожего на рынке тогда не было: полноценное четырехместное купе с дверями, которые по старой памяти именуют suicide doors — разве что Rolls-Royce. А еще эти "надбровные дуги" над передними колесами... Однако все, с кем я делился идеей, крутили пальцем у виска: "больше 30 тысяч ротор не ходит", "масла жрет столько же, сколько и бензина", "а бензина — как американский грузовик", "ниже нуля не заводится" и так далее. "Зато не угонят", — решил я. Машина пришла зимой, и первые же недели показали, что перемещение по заснеженной Москве не то что бы совсем невозможно, но требует очень крепких нервов — машина норовила уйти в занос в каждом повороте или забуксовать там, где легко проезжала любая переднеприводная малолитражка. Но, как назло, даже в лютый мороз заводилась исправно. Да и сколько той зимы.
Mazda RX-8
Фото: National Motor Museum / Heritage Images / Getty Images
Снег сошел, и Mazda, наконец, оказалась в своей стихии. Да, масло (каждую тысячу приходилось открывать капот и доливать до рисочки), да, расход (в особенно хорошие дни бывало и больше 20 литров на сотню), но все это компенсировалось возможностью обмануть слух окружающих и, раскрутив двигатель до 9000 оборотов, прикинуться гоночным мотоциклом. Точный руль, задний привод и 230 лошадиных сил превращали любую, еще не изобиловавшую тогда камерами дорогу, в гоночный трек практически без моего участия. Даже стоя под окном, машина, казалось, куда-то ехала. Из-под этого окна, разоблачив тем самым еще один миф, ее и угнали. К тому времени, несмотря на то, что роторного двигателя побаивались даже "официалы", машина прошла 70 тысяч километров без намеков на какие-либо неполадки.
Audi A1 E-Tron Concept
Фото: Adrian Moser / Bloomberg / Getty Images
Хотя производство серийных автомобилей с роторным двигателем прекратилось еще пять лет назад, разработчики, похоже, не собираются навсегда расставаться с «ванкелем». Перспективными в этом смысле представляются гибридные силовые установки — благодаря малому размеру роторно-поршневого двигателя. Так, Audi в 2010 году продемонстрировала в Женеве гибридный прототип A1 e-tron concept с 60-сильным электромотором и двигателем Ванкеля рабочим объемом всего 250 кубических сантиметров, развивающим мощность 20 лошадиных сил и выполняющим фактически функцию генераторной установки.
lenta.ru
Обычно «сердце» машины представляет собой цилидро-поршневую систему, то есть основано на возвратно-поступательном движении, однако есть и другой вариант – автомобили с роторным двигателем.
1Основная сложность в работе ДВС с классическими цилиндрами – преобразование возвратно-поступательного движения поршней в крутящий момент, без которого колеса не будут вращаться. Именно поэтому с того момента, как был создан первый двигатель внутреннего сгорания, ученые и механики-самоучки ломали головы над тем, как сделать мотор с исключительно вращающимися узлами. Удалось это германскому технику-самородку Ванкелю.
Первые эскизы были им разработаны в 1927 году, по окончании высшей школы. В дальнейшем механик купил небольшую мастерскую и вплотную занялся своей идеей. Итогом многолетней работы стала рабочая модель роторного ДВС, созданная совместно с инженером Вальтером Фройде. Механизм оказался похожим на электромотор, то есть основой его стал вал с трехгранным ротором, очень похожим на треугольник Рело, который был заключен в камеру овальной формы. Углы упираются в стенки, создавая с ними герметичный подвижный контакт.
Полость статора (корпуса) делится сердечником на соответствующее числу его сторон количество камер, причем за один оборот ротора отрабатываются три основных такта: впрыск топлива, воспламенение, выброс отработанных газов. На деле их, конечно, 5, но два промежуточных, сжатие топлива и расширение газов, можно не принимать во внимание. За один полный цикл происходит 3 оборота вала, а если учесть, что обычно устанавливаются два ротора в противофазе, автомобили с роторным двигателем имеют мощность в 3 раза больше, чем классические цилиндро-поршневые системы.
2Первыми машинами, на которых был установлен ДВС Ванкеля, стали легковушки NSU Spider 1964 года выпуска, мощностью в 54 л.с., что позволяло разгонять транспортные средства до 150 км/ч. Далее, в 1967 году, был создан стендовый вариант седана NSU Ro-80, красивый и даже элегантный, с суженым капотом и несколько более высоким багажником. В серийное производство он так и не вышел. Впрочем, именно этот автомобиль подтолкнул многие компании покупать лицензии на роторный дизельный двигатель. В их число вошли Toyota, Citroen, GM, Mazda. Нигде новинка не прижилась. Почему? Тому причиной были серьезные ее недостатки.
Образуемая стенками статора и ротора камера значительно превышает объем классического цилиндра, топливно-воздушная смесь получается неравномерной. Из-за чего даже с применением синхронного разряда двух свечей не обеспечивается полное сгорание топлива. Как следствие – ДВС неэкономичен и неэкологичен. Именно поэтому, когда разразился топливный кризис, NSU, сделавшая ставку на роторные двигатели, была вынуждена слиться с Volkswagen, где от дискредитировавших себя «ванкелей» отказались.
Компанией Mercedes-Benz было выпущено лишь два автомобиля с ротором – С111 первого (280 л.с., 257.5 км/ч, 100 км/ч за 5 сек) и второго (350 л.с., 300 км/ч, 100 км/ч за 4.8 сек) поколения. Компанией Chevrolet также были выпущены две пробные машины Corvette, с двухсекционным двигателем на 266 л.с. и с четырехсекционным на 390 л.с., но все ограничилось их демонстрацией. За 2 года, начиная с 1974, компанией Citroen были выпущены с конвейера 874 автомобиля Citroen GS Birotor мощностью в 107 л.с., затем их отозвали для ликвидации, однако около 200 так и остались у автолюбителей. А значит, есть вероятность встретить их сегодня на дорогах Германии, Дании или Швейцарии, если, конечно, их владельцам дался капитальный ремонт роторного двигателя.
Наиболее стабильное производство смогла наладить компания Mazda, с 1967 по 1972 годы было выпущено 1519 автомобилей марки Cosmo, воплощенные в двух сериях по 343 и 1176 машин. За тот же период было выпущено в массовое производство купе Luce R130. «Ванкели» начали ставить на все без исключения модели Mazda с 1970 года, в том числе и на автобус Parkway Rotary 26, развивающий скорость до 120 км/ч при массе 2835 кг. Приблизительно в то же время началось производство роторных двигателей в СССР, правда, без лицензии, а, следовательно, до всего доходили своим умом на примере разобранного «ванкеля» с NSU Ro-80.
Разработка осуществлялась на заводе ВАЗ. В 1976 году был качественно изменен двигатель Ваз-311, а через шесть лет массово стала выпускаться марка Ваз-21018 с ротором мощностью 70 л.с. Правда, на всей серии вскоре был установлен поршневой ДВС, поскольку все «ванкели» сломались при обкатке, и потребовалась замена роторного двигателя. С 1983 года с конвейера стали съезжать модели Ваз-411 и Ваз-413 на 120 и 140 л.с. соответственно. Ими были оснащены отряды ГАИ, МВД и КГБ. В настоящее время роторами занимается исключительно компания Mazda.
Самостоятельно что-либо сделать с ДВС Ванкеля довольно сложно. Наиболее доступное действие – замена свечей. На первых моделях они были вмонтированы непосредственно в неподвижный вал, вокруг которого вращался не только ротор, но и сам корпус. В дальнейшем, наоборот, статор сделали неподвижным, установив в его стенке 2 свечи напротив клапанов впрыска топлива и выпуска отработанных газов. Любые другие ремонтные работы, если вы привыкли к классическим поршневым ДВС, практически невозможны.
В двигателе Ванкеля деталей на 40 % меньше, чем в стандартном ДВС, работа которого основана на ЦПГ (цилиндро-поршневой группе).
Опорные вкладыши вала меняются в том случае, если начала проглядывать медь, для этого снимаем шестерни, осуществляем замену и снова напрессовываем зубчатые колеса. Затем осматриваем сальники и, если необходимо, меняем их тоже. Осуществляя ремонт роторного двигателя своими руками, будьте внимательны при снятии и установке пружин маслосъемных колец, передние и задние различаются по форме. Торцевые пластины тоже при необходимости подвергаются замене, причем устанавливать их нужно согласно буквенной маркировке.
Угловые уплотнения в первую очередь монтируются с передней стороны ротора, желательно их сажать на зеленую кастроловскую смазку, чтобы зафиксировать на время сборки механизма. После установки вала ставятся тыльные угловые уплотнения. Накладывая на статор прокладки, смажьте их герметиком. Апексы с пружинами в угловые уплотнители вставляются уже после того, как ротор помещен в корпус статора. В последнюю очередь смазываются герметиком прокладки передней и задней секций перед крепежом крышек.
// carnovato.ru
www.remzo.com.ua
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?”.
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.
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.
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.
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.
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.
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!
veddro.com
