Роторный двигатель: между прошлым и будущим
Феликс был бы доволен
Сегодня обычный двигатель внутреннего сгорания только немцы, да и то лишь иногда, величают мотором Отто. А Феликсу Ванкелю наряду с Рудольфом Дизелем повезло куда больше: в рассказах о роторно-поршневых моторах обязательно хоть раз упоминается его фамилия.
Правда, злые языки говорили, что Ванкель так и не получил автомобильных прав. Но в историю-то автомобильную он вошел, да и история эта еще не кончилась.
Конструкция роторного двигателя описана множество раз, в том числе в журнале «За рулем» (см., например, ЗР, 2001, № 7). Вкратце: такой мотор – воплощенное торжество геометрии. Блок цилиндров – это статор, который имеет хитрую внутреннюю поверхность, представляющую собой эпитрохоиду. Ротор со специальными уплотнениями движется внутри, выполняя функции поршня и шатуна. В одной камере две свечи – основная и дожигательная. Газообмен происходит через впускные и выпускные окна. Такие секции можно компоновать практически в любых количествах.
Роторный двигатель примерно в полтора раза компактнее и легче аналогичного по характеристикам поршневого. Но есть у него и существенные недостатки. Для смазки уплотнений на роторе масло поступает в топливо. А это означает дополнительный расход масла и сложности с экологией. Для роторного двигателя характерен повышенный расход бензина и относительно низкий ресурс из-за износа тех самых коварных уплотнений. Над решением этих вопросов конструкторы работают много лет, и не без успеха.
| | | |
Пьедестал почета
Первый патент Ванкель получил еще в 1930‑е годы. Изобретением заинтересовалась фирма BMW, но до дела не дошло. В 1950‑х инженер построил-таки несколько небольших моторов с прицелом на автомобили и легкие самолеты и, что не менее важно, сумел заразить своим энтузиазмом компанию NSU.
Осенью 1963 года на выставке во Франкфурте представили компактный родстер NSU Wankel Spider, снаряженный односекционным «ротором» с приведенным объемом 0,5 л (для роторного двигателя приведенный объем вдвое больше геометрического). Двигатель развивал 50 л.с. при 6000 об/мин (позже – даже 54 л.с.). Для сравнения: мотор 408‑го Москвича выдавал ту же мощность с 1,4 л рабочего объема. Максималка 152 км/ч тоже была очень высокой для родстера такого класса. Но… У немцев еще много лет была в ходу шутка: мол, в объявлениях о продаже подержанных спайдеров пишут: «Продаю NSU Wankel Spider и четырнадцать запасных двигателей». Помимо низкого ресурса мотор славился расходом масла и топлива, шокирующим расчетливых немцев. До 1967 года покупателей нашли всего 2375 спайдеров.
| |
Но энтузиасты из NSU не угомонились и выпустили элегантный и даже авангардный по дизайну седан Ro 80 с двухсекционным двигателем мощностью 115 л.с. Машина развивала скорость 180 км/ч! Седанов с такой максималкой в мире тогда было немного. В 1968‑м в Европе NSU Ro 80 признали даже автомобилем года. Его производили десять лет, постоянно модернизируя, но продали лишь 37 204 экземпляра. Компания NSU потеряла самостоятельность, влилась в Audi, и о роторном двигателе немцы больше не вспоминали.
Тем временем упорные и усидчивые японцы купили лицензию Ванкеля еще в 1961 году. И в 1963‑м на Токийском автосалоне показали прототип купе Mazda Cosmo Sport с двухсекционным двигателем, выдававшим 110 л.с. при 7000 об/мин. Годом позже начали серийное производство. До 1972‑го продали всего-то 1176 автомобилей. Но компания с завидным терпением продолжала совершенствовать роторные автомобили – вплоть до модели RX‑8 2004 года с 280‑сильным двигателем, обеспечивающим разгон до 100 км/ч за 8,4 с. Эту машину продавали и в России, она была у нас на тесте (ЗР, 2005, № 8). Ездить на ней очень интересно, но, чтобы получить от двигателя всё, на что он способен, приходилось держать обороты не ниже 4000. Компания Mazda вошла в историю еще и благодаря тому, что в 1990‑м выиграла гонку в Ле-Мане с прототипом Mazda 787B. Ее роторный мотор (700 л.с. при 5000 об/мин) выдержал 24‑часовой марафон, «привезя» два круга грозному Ягуару.
ОТ ПЕРВОГО ЛИЦА
– В 1968 году в книжном магазине в родном Иркутске я купил книгу В. Бениовича, Г. Апазиди и А. Бойко «Роторно-поршневые двигатели». С помощью создателя первого в Иркутске самодельного автомобиля, моего друга Бориса Демьянóвича, разобрался в кинематике и загорелся идеей постройки односекционного мотора для гоночного мотоцикла. В феврале 1971 года начальник вазовского КБ двигателей Михаил Коржов принял меня на работу с условием получить высшее образование, забыть о мотоспорте… и о роторных двигателях. Оказалось, Коржова незадолго до этого заставили изучить чертежи явно неработоспособного роторного мотора какого-то изобретателя-любителя. Кому хочется заниматься мартышкиным трудом? А тут еще я со своими роторными мечтами. Третьего сентября 1973 года я впервые наблюдал за бесшумной работой двухсекционного роторного двигателя Мазды RX‑2, купленной для ВАЗа. Через неделю получил задание снять этот мотор и установить его под капотом ВАЗ‑2103. Так через две недели появился первый вазовский автомобиль с 120‑сильным роторным мотором и стандартной коробкой передач от Жигулей. Синюю машину с обозначением «00-34 Проба» на номерах я прозвал Вазда-Т‑34. Тогда же, в 1973‑м, было создано СКБ роторно-поршневых двигателей, руководителем назначили Бориса Поспелова. Задачу нам поставили серьезную: создать обширное семейство моторов с воздушным и жидкостным охлаждением, а первым делом – односекционный двигатель мощностью 80 л.с. Надежность первых двигателей из-за низкого качества производства была не ахти. К 1978 году мы заметно улучшили газовые уплотнения, однако технологические проблемы остались нерешенными. Позднее удалось кое-что сделать, но с 1980 года я занимался уже дизелями. Интересно, что моим первым служебным автомобилем на ВАЗе был именно роторный. Наездил я на нем без проблем 40 000 км. |
Роторными двигателями занимались многие компании, даже американские. Но до серии дело дошло не у всех. Помимо немцев и японцев в этом вопросе относительно преуспели французы. Они тоже отметились мелкосерийными роторными автомобилями. Сначала делали 50‑сильное купе М35 на базе модели Ami 8, потом – Citroen GS Birotor с 106‑сильным двигателем. Суммарный их выпуск едва перевалил за тысячу.
А четвертый завод, который мелкосерийно выпускал роторные автомобили, – ВАЗ! Кстати, российский след в этой истории весьма интересен.
Родная кровь
Всё началось еще в шестидесятые годы прошлого века. История не сохранила сведений о попытке купить лицензию на роторный двигатель у NSU, но работы над такими моторами без особой шумихи вели – в том числе в Серпухове, во ВНИИмотопроме. Главный вклад в советское роторное моторостроение сделал ВАЗ. В Тольятти КБ роторных двигателей появилось в 1973 году, и вскоре был готов односекционный мотор ВАЗ‑311 мощностью 70 л.с. Этот мотор поставили на «копейку», присвоив ей имя ВАЗ‑21018. Собрали даже небольшую партию таких машин для силовых структур. Внешне они абсолютно ничем не отличались от серийных – таково было одно из требований заказчика. Следом появился ВАЗ‑21019 с двухсекционным двигателем ВАЗ‑411 мощностью 120 л.с. В модернизированном виде под именем ВАЗ‑411М этот мотор ставили на «пятерку» ВАЗ‑21059. Машины с «одиннадцатым» и «пятым» кузовами делали мелкосерийно с конца 1970‑х по 1980‑е годы. Дальнейшим развитием двухсекционного двигателя стал вариант со впрыском топлива вместо карбюратора – ВАЗ‑411-01. Такой мотор мощностью 130–140 л.с. ставили на партии «семерок» ВАЗ‑21079 уже в начале 1990‑х.
Активную деятельность по созданию и испытанию роторных моторов Волжский автозавод вел и по программе Минавтопрома. Привлекала возможность соединять секции практически в любых количествах, получая агрегаты разной мощности. Поэтому и рассматривали целую линейку роторных автомобилей – от Оки до Чайки и РАФа. На опытных образцах Волги ГАЗ‑31028 (1989–1990-й) стоял 140‑сильный мотор, а самые мощные агрегаты – трехсекционный ВАЗ‑431 и четырехсекционный ВАЗ‑441, предназначенные для Волги и Чайки, – развивали 210 и 280 л.с. соответственно.
На базе двухсекционного двигателя ВАЗ‑411 сделали ВАЗ‑415 – универсальный мотор для задне- и переднеприводных машин. С конца 1997 года такие 135‑сильные двигатели ставили на Самары – ВАЗ‑2109-91, -21099-91 и -2115-91. Выпускали небольшие партии таких автомобилей, и они поступали в свободную продажу. Покупали их лишь большие оригиналы. И вскоре роторные Самары исчезли из продажи – навсегда.
В 2012 году, изготовив около 200 тысяч машин, японцы прекратили производство купе Mazda RX‑8. Выходит, история самого молодого двигателя внутреннего сгорания закончилась? Не будем торопиться. Есть, конечно, те, кто считает путь по эпитрохоиде тупиковым. Но немало инженеров видят в роторном направлении большие перспективы.
После дебюта в Токио в 2015 году концепт-кара RX-Vision фирму Mazda забросали вопросами. Серьезно ли? Когда? Я тоже спрашивал. Официальных ответов японцы не давали. Но вид у них при этом был довольно хитрый.
ОТ ПЕРВОГО ЛИЦА– Первые Жигули с односекционным 70‑сильным роторным мотором появились у нас в Риге в начале восьмидесятых. Тогда все заводы передавали друг другу опытные образцы для эксплуатационных испытаний. Вот и нам достались необычные «копейки». На машине с кузовом ВАЗ‑21011 ездил мой предшественник – начальник КБ испытаний Валдис Либерт. Вскоре мы сдали эту машину на ВАЗ и получили ВАЗ‑2103 уже с двухсекционным 120‑сильным роторным двигателем. На нем я ездил несколько лет. Мотору требовалось масло М‑12ГИ с импортными присадками и четырехэлектродные свечи А23ДВ. На машине стояла штатная четырехступенчатая коробка передач, сцепление Sachs и два длинных карданных вала. Двигатель-то был короткий – всего около 500 мм. Поэтому и рычаг коробки передач сместился вперед примерно на 70 мм. Мотор раскручивался до 8500 об/мин! Стрелки спидометра и тахометра упирались в положение «дальше некуда». Среди серийных советских машин ни одна не могла составить конкуренцию по динамике таким Жигулям. Поскольку двигатель был очень горячий, пробку расширительного бачка рассчитали на большее давление, а температура кипения охлаждающей жидкости поднялась до 120–130 ºС. Выпускная система стояла штатная, но звук выхлопа на разгоне оказался более высоким. Поначалу был непривычен стремительный и ровный, «троллейбусный» разгон. На первой передаче, быстро раскрутив мотор, удавалось развить скорость 90 км/ч! Еще одна характерная черта «ротора» – невозможность тормозить двигателем, переключая передачи вниз. Из-за этого при энергичной езде (а как еще ездить на такой машине?) страдали синхронизаторы коробки. Помню забавный случай. Устроил в Москве светофорные гонки с обычной на вид «трешкой» и никак не мог ее «сделать». А потом на очередном светофоре услышал характерный звук выхлопа и понял: на ней такой же мотор, роторный! Поскольку для смазки торцевых уплотнителей ротора масло капало в карбюратор, его расход составлял не менее 200 г/1000 км. Поэтому масло не меняли, только фильтры – замена масла обеспечивалась периодическим доливом. Расход топлива составлял в среднем около 12 л/100 км, поэтому для дальних поездок поставил в багажник второй бак. Первый признак умирания мотора – плохой пуск из-за износа уплотнений ротора и, как следствие, снижения компрессии. На моей «трешке» двигатель отходил 91 000 км. В Тольятти на нее поставили такой же, но новый мотор. На нем я проехал всего 63 000 км… В это время СССР уже лихорадило, и машину просто сдали на ВАЗ.
В 1985 году, в соответствии с министерской программой внедрения роторных двигателей на автомобили разных заводов, мы привезли из Тольятти два двухсекционных 140‑сильных агрегата для РАФов. Поставили их на стандартный микроавтобус и на санитарку. Первый предполагали выпускать для девятого управления КГБ, занимавшегося охраной первых лиц государства, а вторую – для четвертого управления Минздрава, обслуживающего этих самых лиц. Собирали машины в Риге: сделали новые кронштейны крепления мотора, установили радиатор от ГАЗ‑53. В салоне исчез высокий капот между сиденьями, и министерские начальники предложили поставить там еще одно сиденье. Бред, конечно, ведь передняя ось РАФа и так была перегружена. Первые же испытания показали, что стандартная коробка ГАЗ‑24 для такого двигателя абсолютно не годится, поэтому мы изменили передаточные числа на те, что были у вазовской коробки. Помнится, испытатель Юрис Сникерис после первой поездки прорычал: «На третьей – 140, быстрее просто страшно!». Немудрено, ведь РАФ остался РАФом – и по управляемости, и по тормозам. При замерах динамики на Дмитровском автополигоне приходилось стягивать веревкой передние двери – на скорости 160 км/ч они начинали оттопыриваться, как уши! Потом двери усилили. Масла машина поедала около 800 г на 1000–1200 км, бензина – от 12 л/100 км до… какого угодно количества, в зависимости от скорости. Зато обгоны – одно удовольствие! Тему роторного мотора на РАФ‑22038 вскоре закрыли, но одна из машин еще некоторое время бегала на заводе, а потом и в руках того самого испытателя – Сникериса. Окончательно двигатель износился к 120 тысячам километров. |