Линия жизни — эпитрохоида

ЛИНИЯ ЖИЗНИ — ЭПИТРОХОИДА

ТЕХНИКА

/ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ КУРСОМ

ЛИНИЯ ЖИЗНИ — ЭПИТРОХОИДА

НЕОБЫЧНЫЕ? ЗАБЫТЫЕ? СКОРЕЕ, ВНОВЬ АКТУАЛЬНЫЕ РОТОРНО-ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ

ТЕКСТ / МАКСИМ САЧКОВ

Что такое роторно-поршневой двигатель (сокращенно — РПД)? Это бензиновый мотор с искровым зажиганием, работающий по четырехтактному циклу (рис. 1). В блоке цилиндров — статоре, внутренняя поверхность которого представляет сложную кривую — эпитрохоиду, вращается ротор (рис. 2). 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.

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 ДКМ-54. В доводке двигателя участвовала немецкая фирма НСУ. 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 НСУ.

В 1961 году японская фирма «Мазда» купила у Ванкеля лицензию на конструкцию и производство РПД. Через шесть лет появилась первая машина — «Космо Спорт». 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 «Мазда» последовательно доказывает обратное.

НАЗАД В ЯПОНИЮ

Кроме ВАЗа, во всем мире остался лишь один производитель серийных машин с РПД. Спортивные модели «Мазда» 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 «Мазду-RX8» представили в этом году, и она наверняка не будет последней! Ее 280-сильный двигатель «Ренезис» вобрал в себя все лучшее, что наработали конструкторы, и доказал, что сдаваться перед поршневыми соперниками еще рано.

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.

«Ренезис» 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 «Мазды-RX7» не убавилось. Факт примечательный, ведь тот мотор по праву носил титул «турбо», а «Ренезис» — 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 «Ренезис» 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 «Ренезис» 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?

Такт 1. Топливно-воздушная смесь через впускное окно попадает в камеру мотора.

Такт 2. Ротор поворачивается, объем камеры уменьшается, смесь сжимается.

Такт 3. Смесь воспламеняется основной и дожигательной свечами. Ротор выполняет рабочий ход.

Такт 4. Отработавшие газы выводятся через выпускное окно.

Рис. 2. Роторно-поршневой двигатель «Ренезис»: 1 — блок управления открывает те или иные впускные трубопроводы в зависимости от оборотов двигателя; 2 — на каждую секцию приходится по три впускных трубопровода разной длины; 3 — специальная форсунка подает масло к рабочим поверхностям; 4 — смесь в камеру сгорания попадает через боковые окна; 5 — выпускные каналы покрыты термостойкой керамикой; 6 — из-за бокового расположения выпускных окон несгоревшие выхлопные газы не покидают камеру сгорания, а участвуют в следующем цикле; 7 — облегченный ротор развивает до 10 000 об/мин; 8 — ширина статора — 80 мм; 9 — основная и дожигающие свечи зажигания работают последовательно.

Ошибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

Читать комментарии

Самые новые