Поршень или ротор?

[eXline]

Пожалуй, в среде стрит-рейсеров не найдется такого человека, кто не слышал про РПД (роторно-поршневой двигатель), или же "Ванкеля", как еще называют этот агрегат. Слышать-то, конечно, слышали, но объяснить, что же такое РПД могут немногие.
А действительно, что же это? Чем РПД отличается от обычного ДВС? Что же породило такое количество легенд о "Ванкеле" и почему он не нашел до сих пор широкого применения?


Конструкция роторно-поршневого двигателя была разработана в 1957 году в ФРГ, инженером Феликсом Ванкелем. Особенность двигателя - вращающийся ротор (он же - поршень), размещенный внутри цилиндра, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде. Грани ротора при вращении скользят по поверхности цилиндра, отсекая переменные объемы камер. При такой конструкции можно отказаться от механизма газораспределения, кривошипно-шатунного механизма и многих других подвижных деталей. Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.
В том же 1957 году Ванкель установил РПД на серийный автомобиль, однако этот опыт оказался не совсем удачным - свечи зажигания были расположены так, что для их замены потребовалось бы разобрать весь мотор!
Но уже летом 1958 года инженер предложил новую модификацию РПД - двигатель с трехгранным ротором и соотношением радиуса шестерни и зубчатого колеса 2:3. Именно в таком виде "Ванкель" получил наибольшее распространение и дожил до наших дней. Функцию поршня в этом двигателе выполняет трехвершинный ротор, преобразующий силу давления газов во вращательное движение эксцентрикового вала. Основная изюминка в том, что впрыск топлива, воспламенение и последующий выпуск отработавших газов осуществляется в трех различных камерах переменного объема!

Бочка меда...

Вне всяких сомнений, с первого взгляда роторно-поршневой двигатель имеет массу преимуществ перед традиционными двигателями внутреннего сгорания:
- Меньшим на 30-40% количеством деталей;
- Меньшими в 2-3 раза габаритами и массой, по сравнению с соответствующим по мощности стандартным ДВС;
- Плавная характеристика крутящего момента во всем диапазоне оборотов;
- Отсутствие кривошипно-шатунного механизма, а, следовательно, гораздо меньший уровень вибрации и шума;
- Высокий уровень оборотов (до 15000 об/мин!).

Ложка дегтя...

Казалось бы, если "Ванкель" имеет такие превосходства над поршневым двигателем, то кому нужны эти громоздкие, тяжелые, гремящие и вибрирующие поршневые двигатели? Но, как это часто бывает, на практике все далеко не так шоколадно. Ни одно гениальное изобретение, выйдя за порог лаборатории, отправлялось в корзину с пометкой "для мусора". Серийное производство нашло не на один камень, а на целую россыпь гранита:
- Отработка процесса сгорания в камере неблагоприятной формы;
- Обеспечение герметичности уплотнений;
- Обеспечение работы без коробления корпуса в условиях неравномерного нагрева;
- Низкий термический КПД ввиду того, что камера сгорания РПД намного больше, чем у традиционного ДВС;
- Высокий расход топлива;
- Высокая токсичность газообразных продуктов сгорания;
- Узкая зона температур для работы РПД: при низких температурах мощность двигателя резко падает, при высоких - быстрый износ уплотнений ротора.

И чего же больше? Плюсов, или минусов? Стоит ли овчинка выделки? Имеет ли смысл (если не больше - возможность) осваивать серийное производство РПД? В начале 1960х годов одиннадцать крупнейших компаний-производителей автомобилей пришли к выводу, что стоит, и приобрели лицензии на разработку и установку "Ванкеля".

Mercedes Benz C-111.

Есть машины, а есть Mercedes, и первыми на рисковый эксперимент решились немцы. В 1969 году был представлен... не автомобиль, нет! Революция! Спортивный автомобиль клиновидной формы ярко-оранжевого цвета с дверями типа "крылья чайки". Но революционным был даже не дизайн автомобиля, а то, что скрывалось под капотом: трехпоршневый "Ванкель" объемом 3,6 литра, мощностью 280 л.с., разгоняющий С-111 до 260 км/ч (!). Нет, это сегодня "ого", а тридцать пят лет назад 260 км/ч - это "о-го-го".
Но есть машины, а есть Mercedes, и С-111 отправился не в мусорную корзину, а в музей. Технические сложности, не позволившие довести до серийного производства этот РПД, до сих пор не решены.
Все же есть машины, а есть Mercedes, и весной 1970 года концерн представил новый "апельсин" - концепт-кар С-111-II. О-го-го переросло в немое восхищение. На новой версии был установлен четырехоршневой "Ванкель" объемом 4,6 литра, мощностью 350 л.с. и максимальной скоростью в 300 км/ч!
Богатые клиенты посылали в концерн чеки, чтобы гарантировать себе получение одного из первых экземпляров. Энцо Феррари нервно курил в стороне, а Феруччио Ламборгини, возможно, так никогда и не построил бы свой 350GTV, если бы не одно "но": те же трудности, что и с двигателем предыдущей модели, не позволили продвинуться дальше опытного образца.

Mazda RX-7.

Спустя десять лет, в марте 1978 года, в стране восходящего солнца созрела своя разработка на тему автомобиля с РПД - Mazda RX-7 - первый в мире успешный серийный автомобиль с роторно-поршневым двигателем Ванкеля. "Семерка" комплектовалась двухсекционным РПД суммарной мощностью 100 л.с. и развивала скорость до 200 км/ч. Большей частью оттого, что японцы смогли решить упомянутые выше проблемы, и оттого, что аналогичных автомобилей попросту не существовало, до 1980 года было продано... более 1000000 (одного миллиона!) автомобилей с РПД!
За время своего существования RX-7 пережила три глубоких модернизации, последняя - Mazda RX-7 1999 года - уже четвертое поколение. Но с 1996 года Toyo Kogyo Co.Ltd. (владелица марки Mazda) выпускает автомобили с РПД только для внутреннего рынка. В Европе доступна лишь модификация 1995 года с "Ванкелем" с двойным наддувом, объемом 1,3 литра, мощностью 225 л.с. и разгоном до 100 км/ч за 5,4 с. Здесь стоит заметить, что цена на RX-7 намного ниже, чем у большинства европейских спорт-купе с аналогичными характеристиками. И немного соли на рану: гарантированный ресурс РПД японского производства... 300 тысяч километров!

ВАЗ - как много в этом звуке...

Такая супердержава как СССР просто не могла пропустить такую разработку, как "Ванкель" мимо своих "лабораторий" и в 1974 году на Волжском автозаводе было создано специальное конструкторское бюро. Вскоре был рожден отечественный РПД - ВАЗ-311 мощностью 70 л.с. Несмотря на "сырость" конструкции с конвейера сошла опытная партия автомобилей ВАЗ-21018. Однако здравствуйте. Массовые отказы и дефекты породили такой резонанс, что завод был вынужден заменить РПД на серийные двигатели. Первый блин, как это зачастую бывает, не удался. В результате с ВАЗа были уволены многие специалисты, а финансирование КБ сильно сократилось.
В начале 1980х годов разработкой заинтересовались спецслужбы. Еще бы! 140 "лошадей" под капотом обычной с виду "копейки" - отличный козырь! К тому же ресурс двигателя и расход топлива ребят в погонах волновал мало - для КБ это был идеальный вариант! Новый двигатель ВАЗ-4132 имел мощность 120 л.с., но устанавливался на ту же "копейку", получившую индекс 21019.
Следующий виток история сделала уже в конце 1980х годов, когда КБ получило заказ на разработку роторно-поршневого двигателя для автомобиля специального назначения "Таврия". Было принято решение спроектировать двигатель, который встал бы в ВАЗ-2108 без доработки кузова и трансмиссии, что и было сделано. Но если легкую "Таврию" двухсекционный РПД мощностью 105 л.с. разгоняет до 200 км/ч, то на более тяжелой "восьмерке" этот показатель поскромнее - 190 км/ч.
С 1994 года Волжский автозавод выпускает ВАЗ-2108-91 с "Ванкелем" ВАЗ-415 объемом 1,3 литра, мощностью 140 л.с. при 6500 об/мин, но, конечно - ограниченными партиями. Двигатель ВАЗ-4132 тоже до сих пор жив, и устанавливается на ВАЗ-21079.

Подводя итоги.

Конечно, высокий расход топлива (до 16 литров на 100 км) и масла (до 500 грамм на 1000 км) может, кого-то и отпугнет, но стрит-рейсеры и профессиональные спортсмены давно привыкли к "прожорливости" своих стальных коней. А невысокий ресурс РПД - очередная сказка. Например, того же ВАЗ-415 хватает на 80-100 тысяч километров. Да и ремонт во много раз проще - подвижных частей меньше.
Во всяком случае, турбиной или нагнетателем уже никого не удивишь, а "Ванкель" - и сегодня экзотика.