Двигатель Ванкеля

Классические двигатели внутреннего сгорания (ДВС) принципиально не изменилисьза полтора столетия своего существования. Конструкция кривошипно-шатунного ДВСотработана поколениями инженеров: это цилиндры с клапанами, поршни, шатуны, валы...Конструкторы не переставали размышлять: как бы обойтись без поршней, шатунов, клапанов и других ходящих взад-вперёд деталей?




Решением стал роторно-поршневой двигатель. Разнообразных роторных двигателей было предложено немало, но до серийного производства "дорос" пока лишь один. В 1957 году конструкторы Феликс Хайнрих Ванкель, Вальтер Фройде и Ханс-Дитер Пашке, работавшие на немецком автомобильном заводе NSU (Neckar Sulm Union) Motorenwerke, запатентовали двигатель, который ныне известен всемумиру как двигатель Ванкеля, роторно-поршневой двигатель (РПД), роторный двигатель или же просто - "ванкель". Поначалу он назывался на немецком скромно и не очень понятно - "крайсколбенмотор" (Kreiskolbenmotor), что буквально означает "кругопоршневой двигатель". 

Роторный двигатель, в самом простом варианте, состоит всего из трёх основных деталей - корпус, ротор, вал. РПД получился очень лёгким и в полтора-два раза компактнее, чем его поршневой сородич, в нём примерно на треть меньше деталей. Ротор и эксцентриковый вал вращаются равномерно, без остановок, ускорений и замедлений, поэтому частота вращения может быть повышена на 2000-3000 об/мин, что даёт более высокую удельную мощность. Потери на трение невелики, механический КПД высок. При желании на общем эксцентриковом валу можно расположить друг за другом шесть и даже больше роторов. Такой двигатель будет называться многосекционным, или многороторным. С поршневым  ДВС подобное проделать невозможно.

Проблемы с РПД начинаются, когда речь заходит об экономичности, ресурсе и экологичности ·   Устройство роторного двигателя обуславливает высокий расход топлива и недостаточную экологичность по сравнению с поршневыми моторами. Всё потому, что в процессе работы высокооборотного роторного двигателя топливо часто не успевает полностью сгореть.·   Роторный двигатель - это ещё и значительный расход масла. Для смазки уплотнений определённое количество моторного масла попадает в рабочую полость и смешивается с топливо-воздушной смесью, сгорая вместе с ней.·   Роторные двигатели склонны к перегреву - они намного сильнее и неравномернее нагреваются по сравнению с поршневыми.Но все эти проблемы казались несущественными, а тогда, в конце 1950-х, появление "чудо-двигателя" вызвало настоящий роторный бум. Компактность, эффективность и простота нового мотора покорили всех, а на токсичность и расход топлива ещё большого внимания не обращали. "Он прост как электромотор!" - восклицали восторженные энтузиасты. Считалось, что дни классических поршневых двигателей сочтены, даже на грузовиках и тепловозах вскоре будет ротор и только он!



Уже в 1963-м завод NSU выпускает первый в мире однороторный заднемоторный двухместный купе-родстер NSU Spider, а через четыре года появляется  полноразмерный элегантный седан NSU Ro 80 c двухроторным двигателем KKM-612.Объём этого двигателя был чуть меньше одного литра - всего 995 кубических сантиметров, однако он выдавал мощность 115 л. с., тогда как обычный четырёх- цилиндровый двигатель того времениобъёмом 1,6 литра развивал в среднем не больше 80 л. с. Машина сразу завоевала титул "Автомобиль 1968 года". Но когда отгремели салюты, оказалось, что двигателя хватает всего на 30-40 тыс. кмпробега. Мировые авто-мотогранды постепенно и без особого шума стали отказываться от необычного двигателя, который обманул их ожидания.







Все, кроме японской Mazda Мotor!  За почти полвека упорной работы группе инженеров под началом Такаси Ямагути практически удалось свести  к минимуму недостатки роторных двигателей первых  поколений.



Успеху способствовало использование  микропроцессорного впрыска, двойного зажигания, переменных фаз газораспределения с несколькими впускными окнами в крышках, а также покрытие зеркала корпуса и крышек пористым хромом с пропиткой из тефлона. Стальной ротор двигателя был максимально облегчён. Трёхкомпонентный термонейтрализатор дожигал несгоревшие углеводородыпутём добавления в выхлоп чистого воздуха. Не будем забывать, что параллельно улучшилось качество топлива и появились беззольные масла, не образующие твёрдых абразивных частиц при сгорании. Двухроторный двигатель 13В-MSP Renesis автомобиля Mazda RX-8 (выпускался с 2002 по 2012 год), рабочим  объёмом всего 1308 куб. см и массой 122 кг, развивал в зависимости от модификации мощность от 192 до 250 л. с. при 8500 об/мин.  В 2003-м Renesis был признан"Двигателем года" на международной выставке International Engine. Токсичность выбросов двигателя соответствовала нормам Euro-IV (кстати, именно то, что Renesis не смог дотянуть до более жёсткихнорм Euro-V, послужило причиной прекращения его производства). Ресурс, при ответственном отношении и правильном обслуживании, почти не уступал ресурсу поршневого двигателя близкого объёма.  За период с 1967 по 2012 год компания Mazda Motor выпустила 1,9 млн автомобилей с роторными двигателями.

Судьба у двигателя Ванкеля сложилась очень непростая. Интерес к нему то вспыхивает на новом этапе развития материалов и технологий, то снова угасает. Есть ли будущее у этой идеи? Но оказалось, что роторно-поршневые двигатели идеально подходят для современных беспилотников,сочетая в себе лёгкость, минимальные габариты, высокую удельную мощность и отсутствие вибраций. И на этом фоне все классические недостатки "ванкелей" могут отойти на второй план, открываяроторно-поршневым двигателям дорогу в воздушное будущее.