Сорок лет одиночества

Летом 1967 года в Японии начались продажи модели Cosmo Sport — первого автомобиля марки Mazda с роторно-поршневым двигателем. В контексте того времени это было заурядное событие. Лицензии на производство РПД в ту пору приобретались не только Mazda, но и многими другими компаниями. Более того, тогда же модель RО80 немецкой фирмы NSU, оснащенная опять-таки роторно-поршневым двигателем, удостоилась титула «Лучший автомобиль года».

РПД, называемые также двигателями Ванкеля по имени изобретателя, считались моторами будущего, и если бы проблема состояла лишь в том, как при минимальных габаритных размерах получить максимальную мощность и крутящий момент, то они, пожалуй, давно вытеснили бы из производства традиционные бензиновые силовые агрегаты. Однако минуло 40 лет, и только Mazda в гордом одиночестве отмечает маленький корпоративный юбилей.

Все могло бы быть совсем не так

Кроме уникального соотношения рабочего объема и вырабатываемой мощности двигатель Ванкеля привлекателен простотой конструкции. В нем отсутствуют кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы. Функции первого выполняют эксцентриковый вал и трехгранный ротор, связанные друг с другом шестернями внутреннего зацепления. А газораспределение осуществляется через окна на боковой поверхности корпуса РПД, которые периодически перекрываются ребрами вращающегося ротора.

Что в двигателе Ванкеля сложного, так это траектория, которую описывают ребра ротора, скользящие по стенкам рабочей камеры корпуса. При этом образуются границы трех замкнутых полостей, в которых протекает рабочий процесс РПД. Если рассматривать только одну полость, то впуск в нее продолжается до тех пор, пока ребро ротора не перекроет впускное окно. Далее, как и полагается, следует сжатие горючей смеси, и как только сжатие станет максимальным, подается искра на свечу зажигания. Рабочий ход протекает, пока ребро ротора не пройдет мимо выпускного окна, после чего происходит выпуск отработавших газов.

Если в обычном четырехтактном моторе один полный рабочий цикл совершается за два оборота коленчатого вала, то во внутренних полостях двигателя Ванкеля всего за один оборот ротора успевает произойти три таких рабочих цикла. Это исток эффективности РПД в плане получения мощности и крутящего момента, открывающий путь к уменьшению габаритов и массы мотора и обусловивший интерес к этой конструкции во второй половине 1960-х годов.

Корень зла

Все вернул на круги своя нефтяной кризис 1973 года. Двигатель Ванкеля стал трагедией для автомобильных компаний, сделавших на него ставку. Мелкие фирмы разорилась, та же NSU, например. Компании с крепким финансовым положением выстояли, но сочли за благо свернуть все работы по РПД. Остались лишь Mazda да Волжский автозавод, оснащавший мощными РПД обычные на вид Жигули, которые в продажу не поступали, а предназначались для использования спецслужбами.

А сгубил большинство роторных программ неумеренный «аппетит» моторов Ванкеля. Нефтяной кризис привел к росту цен на бензин, и модели с РПД просто перестали покупать. Роторно-поршневые Mazda и ВАЗ остались на плаву только потому, что адресованы были лицам, для которых высокий расход топлива машинами не имел первостепенного значения.

Проблема же эта была врожденной, а значит, непреодолимой. Из-за того, что камера сгорания в РПД представляет собой полумесяц со слишком большими линейными размерами, высоки потери тепла через стенки камеры. Отсюда низкий термический КПД и то самое повышенное потребление бензина. С ним можно было мириться, пока роторная Mazda RX-7 оставалась уникальным рыночным предложением, и если судить по уровню продаж этой модели, то в желающих стать ее владельцем недостатка не наблюдалось и после 1973 года. Но по мере ужесточения экологических стандартов дал о себе знать другой врожденный недостаток РПД — высокое содержание токсичных веществ в выхлопных газах. Виновной в этом вновь оказалась длинная камера сгорания.

Чтобы хоть как-то обеспечить полное сгорание горючей смеси в удаленных от свечи участках камеры, двигатели Ванкеля приходилось оснащать двумя свечами зажигания, каждая из которых поджигала смесь в своей зоне. Тем не менее во второй половине 1990-х РПД перестали соответствовать американским экологическим стандартам ULEV по выбросам оксида углерода, окислов азота и особенно недогоревших углеводородов. Европа тем временем готовилась к переходу на не менее строгие нормы Euro.

Все шло к тому, что продажи Mazda RX-7 могли и вовсе запретить. В таких условиях в 1996 году японская компания приостановила импорт модели RX-7, что было воспринято как сигнал к началу полного прекращения изготовления автомобилей с роторно-поршневыми двигателями. Но время показало, что, потратив на совершенствование двигателя Ванкеля три десятилетия, просто так Mazda сдаваться не собиралась.

Судьбе наперекор

На Токийском автосалоне 1999 года дебютировал концепт-кар RX-Evolv, который Mazda представила в качестве прототипа преемника RX-7, а еще через три года в продаже появился и сам преемник — Mazda RX-8.

Нет смысла сейчас подробно останавливаться на том, как японским инженерам удалось победить токсичность выхлопа РПД. Скажу только, что была разработана новая система питания с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания при помощи сразу трех управляемых электроникой форсунок — двух основных и одной дополнительной, что позволило подбирать оптимальный для каждого режима работы состав горючей смеси. Кроме того, выпускных окон стало два, а не одно, как прежде, и изменилось место их расположения. Из-за этого увеличилось время, отведенное на сгорание, что не могло не сказаться на полноте последнего. К тому же часть углеводородов перестала выбрасываться в выхлопной коллектор, а оставалась в камере сгорания, чтобы полностью сгореть в следующем рабочем цикле. Пришлось отказаться от турбонаддува как системы, способствующей эмиссии окислов азота. Наконец, были предприняты меры, обеспечивающие быстрый разогрев и вступление в работу каталитического нейтрализатора отработавших газов.

В результате японцам удалось сделать, казалось бы, невозможное, а именно: «втиснуть» новый РПД в существующие экологические нормы, в том числе Euro 4. Причем, даже расставшись с турбонаддувом, этот мотор не только не стал слабее, чем РПД, которым комплектовалась Mazda RX-7, а, напротив, превзошел своего предшественника по мощностным параметрам. При рабочем объеме 1,3 литра двигатель RX-8 развивает максимальную мощность 250 л.с. и крутящий момент 211 Нм. Для получения таких же характеристик обычному поршневому мотору понадобится рабочий объем не меньше 2,5 л. Только подобному двигателю вряд ли хватит места в моторном отделении размером 40х40х40 см, в котором двигатель Ванкеля помещается свободно.

А есть ли будущее?

И все же перспективы двигателей Ванкеля туманны. На горизонте уже маячат нормы Euro 5, и на них дело тоже не остановится. А конструктивные особенности РПД заставляют сомневаться, что возможности этих моторов в плане совершенствования экологических показателей беспредельны. Если только…

Если только не случится то, о чем сейчас говорится повсеместно: вместо топливных баков на автомобилях появятся резервуары для хранения водорода. Первый элемент таблицы Менделеева вовсе не обязательно использовать для электрохимического разложения в топливных ячейках. Водород может быть и обычным газовым топливом, сгорающим в двигателе. При этом на выходе образуется водяной пар и незначительное количество окислов азота, легко обезвреживаемых в каталитическом нейтрализаторе. Примечательно, что из всех существующих ныне двигателей внутреннего сгорания именно мотор Ванкеля требует минимальной доработки для перевода на водородное топливо. Двигатели Отто и Дизеля нуждаются в куда более серьезной модернизации, поскольку в них высока вероятность преждевременного, еще на такте впуска, самовоспламенения водородно-воздушной смеси, способной гореть при содержании в ней лишь 4% водорода.

Если пристально присмотреться к концепт-карам, которые Mazda выводила на подмостки главных мировых автошоу начиная с Токийского автосалона 2003 года, то выяснится, что многие из них были оснащены роторно-поршневыми двигателями, работающими на водороде. Судя по всему, ставить крест на моторах Ванкеля японцы не намерены.

Вердикт «АБw»

Водород водородом, но пока отсутствует разветвленная сеть заправочных станций и, главное, инфрастуктура по его промышленному производству в объемах, достаточных, чтобы обеспечить потребности мирового автопарка, судьба РПД остается под вопросом. Одной Mazda развязать узел проблем, связанных с переходом на водородное топливо, не по силам. Остаются надежды.

Сергей БОЯРСКИХ

Газета «АВТОБИЗНЕС»

Метки: Mazda NSU RX-7 RX-8 RX-Evolv RО80 ULEV РПД

Похожие

Яндекс.Метрика