РПД

Роторно-поршневой двигатель

Разработчик: Феликс Ванкель

Что такое роторно-поршневой двигатель (сокращенно — РПД)? Это бензиновый мотор с искровым зажиганием, работающий по четырехтактному циклу. В блоке цилиндров — статоре, внутренняя поверхность которого представляет сложную кривую — эпитрохоиду, вращается ротор. Его функция аналогична той, что выполняют поршень с шатуном в обычном моторе. Крутящий момент передается на эксцентриковый вал. Газообмен происходит через впускные и выпускные окна, а смесь в вытянутой камере сгорания последовательно поджигают две свечи. Две свечи необходимы, чтобы «прожечь» длинную камеру сгорания, и срабатывают последовательно. Полный четырехтактный цикл происходит за 120° поворота ротора, и за это время эксцентриковый вал делает один оборот, а не два, как на обычных поршневых «четырехтактниках». Поэтому двухсекционный РПД объемом 2х654 куб. см эквивалентен поршневой «шестерке» объемом 2,6 л.


РПД меньше и легче поршневого двигателя, равного по мощности, в полтора-два раза. Да и по конструкции «ротор» проще и надежнее, к тому же не требует частого обслуживания. Но коль есть плюсы, найдутся и минусы. Например, повышенный расход масла и бензина. Считается, что РПД трудно загнать в жесткие экологические рамки. Мощностные характеристики таковы, что требуется изменять трансмиссию автомобиля (например, максимум момента достигается на очень высоких оборотах — до 8000 об/мин!). В какой-то степени это болезни роста, ведь РПД моложе традиционных моторов на полвека…

ОНИ БЫЛИ ПЕРВЫМИ

Еще до войны молодой инженер Феликс Ванкель получил в Германии патент на двигатель, который был абсолютно не похож на поршневые агрегаты. Тогда же появился первый опытный образец, превратившийся в начале 50-х в модернизированный мотор DKM-54. В доводке двигателя участвовала немецкая фирма NSU. Однако, к сожалению или к счастью, эта конструкция прижилась под крышей музея, а не под капотами машин.

Первый автомобильный РПД родился в 1958-м, и звали его KKM-125 (от немецкого Kreiskolbenmotor — роторно-поршневой двигатель). Вслед за 125-кубовым появились более мощные версии — «250», «400», «500», которые устанавливали на автомобили NSU.

В 1961 году японская фирма Mazda купила у Ванкеля лицензию на конструкцию и производство РПД. Через шесть лет появилась первая машина — Cosmo Sport. Двигатели совершенствовались, и один из них — карбюраторный 12А — послужил прообразом первого отечественного мотора.

СДЕЛАНО В СССР

В 1974 году на ВАЗе организовали специальное конструкторское бюро для разработки отечественного РПД. Уже в 1978-м родился первый серийный «ротор» ВАЗ-311. Односекционный мотор объемом 1,3 л мощностью 51,5 кВт был в полтора раза компактнее и легче поршневого собрата. Кстати, обычно для РПД указывают приведенный рабочий объем, который вдвое больше «геометрического». Система зажигания — бесконтактная: датчики положения коленвала, коммутаторы на транзисторах, «жигулевские» катушки, оригинальные двухэлектродные свечи; за работой всех элементов следил блок управления.

Первые «роторы» были довольно прожорливыми — в охотку шел не только бензин, но и масло. Поэтому уровень смазки в картере регулировал оригинальный клапан с поплавком, перепускающий необходимое количество масла из резервного бачка в двигатель. Позже масляный аппетит двигателей умерили модификацией уплотнений. На первых РПД существовала система холодного пуска. Наледь на свечах смывал антифриз: водитель накачивал его в карбюратор резиновой грушей.

ОДИН ПЛЮС ОДИН

Время шло, поршневые моторы матерели, угрожая в любой момент превзойти по силам РПД. Кроме того, на производителей давили основные заказчики — спецслужбы, которым был нужен мощный и в то же время компактный двигатель. Прелесть РПД в том, что его легко «умножить на два» — добавить еще один статор и ротор.

Первым двухсекционным мотором, сделанным у нас, стал 120-сильный ВАЗ-411. Мотор получился удачным — 15 лет его устанавливали под капот «жигулей». Первые две машины передали спецслужбам летом 80-го, а всего выпустили более 200 автомобилей. Позже родился преемник с широкими секциями и увеличенной мощностью (99,3 кВт/135 л. с.).

С появлением переднеприводных моделей вазовское КБ начало активно работать над новым мотором. Опытный двухлитровый ВАЗ-414 немного отличался от предшественника. Статор — самый ответственный и дорогой элемент — был уже не открытого, а коробчатого типа. Подобная конструкция надежнее — деталь меньше страдает от перегрева и имеет большую жесткость. Правда, отливать заготовку и обрабатывать внутренние каналы такого корпуса сложнее.

Окончательным вариантом для переднеприводных моделей стал карбюраторный ВАЗ-415 приведенным объемом 2,6 л. Электронный впрыск, как обязательный атрибут всех будущих моторов, уже разработан, но применяется только на авиационных «ванкелях». Когда он спустится с небес на землю — одному Богу известно.

К сожалению, развитие автомобильных РПД на ВАЗе приостановилось. Все же эти моторы требуют… собственных автомобилей. А в условиях массового производства держать на конвейере специальную модель «под РПД» не всегда удобно. Впрочем, японская Mazda последовательно доказывает обратное.

НАЗАД В ЯПОНИЮ

Кроме ВАЗа, во всем мире остался лишь один производитель серийных машин с РПД. Спортивные модели Mazda с индексом RX делают не один десяток лет, тогда как другие компании (а с РПД экспериментировал даже Мерседес) отказались от подобных конструкций. За 35 лет фирма выпустила около 1,8 миллиона машин с двигателем Ванкеля. Новую роторную Mazda RX8 представили в 2001 году, и она наверняка не будет последней! Ее 280-сильный двигатель Renesis вобрал в себя все лучшее, что наработали конструкторы, и доказал, что сдаваться перед поршневыми соперниками еще рано. На всех предыдущих РПД фирмы Mazda впуск происходил через боковые окна (1), а выпуск — через торцевое окно (2). Такая конструкция позволяла решить проблему образования нагара на выпускном окне, но обусловливала очень широкую фазу перекрытия окон — слишком много выхлопных газов попадало на впуск, что повышало токсичность и увеличивало расход топлива. На двигателе Renesis выпускное окно (4) тоже перенесено на боковую поверхность статора, что свело перекрытие окон к минимуму. Правда, боковое выпускное окно открывается до максимума гораздо медленнее, нежели торцевое. Но Mazda попыталась компенсировать это, спрямив выпускной тракт.

При одинаковом рабочем объеме разница в мощностях нашего ВАЗ-415 и восточного собрата составляет около 100 кВт. Впрочем, сравнивать моторы впрямую не совсем корректно — они относятся к разным поколениям. За питанием «японца» следит электронная система, впрыскивающая необходимую дозу топлива и поджигающая его в нужный момент.

Renesis без труда укладывается в строгие экологические нормы и экономно расходует бензин. Ресурс — на уровне поршневых двигателей. При этом силенок у новичка по сравнению с предшественником от Mazda RX7 не убавилось. Факт примечательный, ведь тот мотор по праву носил титул «турбо», а Renesis — атмосферный! Специалисты изменили количество, расположение и размеры выпускных и впускных окон, кроме этого, открытием впускных каналов разной длины управляет специальная система. Нововведения позволили значительно обеднить рабочую смесь и обеспечить ее полное сгорание. В результате на холостом ходу Renesis потребляет примерно на 40% меньше топлива. Свою лепту в экономию внес и полегчавший на 14% ротор.

ЖИТЬ БУДЕТ?

Роторные двигатели относительно молоды и у них все еще впереди. Однако, взрослея, дети Ванкеля постепенно доказывают, что ничуть не хуже, а порой даже лучше своих поршневых родственников. Юный японец Renesis служит тому подтверждением. Может, движение по эпитрохоиде и есть правильный путь — если не к полной победе над другими двигателями, то, по крайней мере, к завоеванию значительной ниши автомобильного рынка?

НА ГРАНИ ФАНТАСТИКИ

Не так давно в нашей стране всерьез рассматривали роторно-поршневой мотор как замену ныне господствующих в автомобильном мире двигателей Отто и Дизеля. Казалось бы — собирай секции в длиннющую «колбасу» и получишь ряд унифицированных (!) моторов мощностью до 1000 л.с.! Увы, стыковать больше двух секций очень сложно технологически. Впрочем, модульный принцип мог быть реализован с помощью угловых редукторов: секции РПД располагались вертикально, как цилиндры обычного мотора, а редукторы передавали крутящий момент на общий горизонтальный выходной вал! Относительно маломощные РПД предполагали устанавливать на легковые автомобили и небольшие самолеты, посильнее — на грузовики, пассажирский и железнодорожный транспорт. Красивая идея так и не воплотилась в жизнь… Пока?

Схема работы РПД

Схема работы РПД

Схема работы РПД

Схема работы РПД

РПД Renesis (Mazda)

РПД Renesis (Mazda)

АвтоОбоз © 1999-2017. Версия 4.0. Идея и создание: Александр Флегентов

Яндекс.Метрика