This entry is also available in: Английский

Гениальный немецкий инженер Феликс Ванкель (13.08.1902 – 09.10.1988) как-то признался журналистам, что принцип работы роторного двигателя он увидел во сне, когда ему было 17 лет. И, хотя идеи подобной конструкции волновали ученые умы еще с XVI века, именно Ванкелю удалось создать рабочий мотор.

Рамки классического образования оказались слишком тесными для изобретателя. Феликс не смог ни поступить в университет, ни получить рабочей специальности. Несмотря на это, в 1924 г. Ванкелю удалось организовать небольшую мастерскую и спустя 10 лет кропотливой работы, инженер представил первый работающий прототип мотора, получивший индекс DkM 32 (Drehkolbenmaschine 1932). 

Двигатель Ванкеля – двигатель внутреннего сгорания, который использует вращательные движения для создания напряжения вместо привычной поршневой системы.  Особенность двигателя – применение трехгранного ротора (поршня), имеющего вид треугольника Рело, вращающегося внутри цилиндра специального профиля, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде. Эпитрохоида — плоская кривая, образуемая точкой, жёстко связанной с окружностью, катящейся по другой окружности.

В 1936 г. разработками Ванкеля заинтересовалась компания BMW, и Феликсу выделили техническую лабораторию в Линдау. Тогда же началось сотрудничество инженера с DVL (Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt) – авиационным опытно-конструкторским производством, расположенным в Берлине.

Во второй половине 30-х гг. Ванкель занимался лепестковыми клапанами и уплотнителем элементов двигателей для BMW, DVL, Junker, Daimler-Benz. Во время войны Ванкель продолжал работу над лепестковыми клапанами, разрабатывая авиационные моторы и двигатели для быстроходных военных катеров.

После поражения гитлеровской Германии оборудование из лаборатории в Линдау реквизировали Французские власти, а Ванкель попал в тюрьму за связи с нацистами. Его освободили только в 1947 году.

Возобновить работу над роторно-поршневым двигателем получилось только в 1951 году, когда Феликс Ванкель поступил на работу в компанию NSU в должности инженера-конструктора, где продолжил свои разработки вместе с ведущим инженером Вальтером Фройде.
В 1957 г. инженерам впервые удалось установить модернизированный роторно-поршневой двигатель на автомобиль NSU Prinz.

NSU Prinz ’57

Новый двигатель стал сенсацией, страницы популярных журналов запестрели заголовками: «Двигатель Ванкеля — революция в моторостроении». Феликс, однако, остался недоволен двигателем и продолжал совершенствовать конструкцию.

Изучали двигатель и в СССР. Первый рабочий образец — РД-250 — был создан уже в 1961 г. во ВНИИ Мотопром. Корпус мотора был изготовлен из чугуна, применялось воздушное охлаждение. Серпуховским инженерам удалось добиться устойчивой работы РПД на частотах до 6000 об/мин при мощности 8,5 л.с, однако при форсировке мотора до 17 л.с. на 9000 об/мин появились проблемы, связанные с малой эффективностью уплотнений и большими механическими потерями. Постепенное решение этих проблем и накопленный опыт позволили в 1964 г. приступить к разработке РПД для установки непосредственно на мотоцикл.

Техническое задание предусматривало создание мотоциклетного мотора мощностью 30-35 л.с. для замены агрегата в киевских и ирбитских мотоциклах с коляской. В 1970 г. начались дорожные испытания двигателя РД-350В в шасси мотоцикла К-650. Машина демонстрировала удовлетворительную динамику (двигатель развивал мощность 30,5 л.с.), но долговечность мотора (100 моточасов) оказалась явно недостаточной.

Днепр МТ-9 с поторно-поршневым двигателем РД-500В

Поэтому в 1972 г. создается новый вариант мотора — РД-500В. Его корпус был выполнен из алюминиевого сплава, с хромовым покрытием рабочей поверхности. Двигатель развивал мощность 40 л.с. при 6000 об/мин, дорожные испытания мотора проводились в шасси мотоцикла МТ-9. Развитием РД-500В стал созданный в 1973 г. РД-501, в котором применили никасиловое покрытие корпуса, ротор из спеченного алюминиевого сплава и электронную бесконтактную систему зажигания.

Тем временем в Германии, в 1964 году, компания NSU выпустила первый в мире серийный автомобиль с РПД – NSU Spider с 54-сильным двигателем и максимальной скоростью в 153 км/ч. Модель оказалась удачной и на Франкфуртском автосалоне 1967 года состоялась официальная презентация очередной новинки – NSU Ro80. К предстоящему автосалону 1969 года компания NSU подготовила уже три преемника Ro80, однако в том же году была выкуплена немецкой Volkswagen Group и объединена с также принадлежащей Volkswagen бывшей DKW. Объединенное предприятие получило название Audi NSU Auto-Union A.G., а совместная продукция выпускалась под маркой Audi. Несмотря на то, что производство собственных моделей NSU продолжалось параллельно, все работы над роторно-поршневыми двигателями приостановились.

Эстафету переняли французский Citroen, японская Toyo Kogyo (современная Mazda) и немецкий Daimler-Benz, не говоря о множестве мелких производителей и конструкторских бюро. Повальное увлечение идеей использования двигателя Ванкеля привело к тому, что в середине 70-х гг. выпуском автомобилей и мотоциклов с РПД занималось полтора десятка фирм, как вдруг, ажиотаж закончился. Из-за различных недостатков большинство серийных автомобилей оснащенных РПД терпели крах на рынке, что грозило некоторым компаниям потерей самостоятельности и даже банкротством. Изменить конструктивные особенности первых серийных роторно-поршневых двигателей удалось только инженерам японской Toyo Kogyo.

Основная проблема первых моделей РПД заключалась в неравномерном износе внутренней поверхности рабочей камеры, в результате чего появлялись поперечные борозды. В ходе исследований, проведённых в Mazda, выяснилось, что при вращении треугольного ротора заглушки на его вершинах начинают вибрировать, в результате чего образуются борозды на рабочей поверхности.

Повышенная токсичность выхлопа РПД Ванкеля являлась ещё одной серьёзной проблемой. За счёт неполного сгорания топлива роторный двигатель выделяет в атмосферу меньше окислов азота, но гораздо больше углеводородов. Инженеры Mazda нашли простое и эффективное решение этой проблемы – в конструкцию двигателя был добавлен термальный реактор, в котором сжигаются остатки углеводородов в выхлопных газах. Первым автомобилем, реализовавшим такую схему, стал Mazda R100, также называемый Familia Presto Rotary, выпущенный в 1968 г.
Это была одна из немногих машин сразу прошедших весьма жёсткие экологические требования выдвинутые США в 1970 г. для импортируемых автомобилей. К 1973 г. из 104 960 автомашин Mazda, проданных в США, более 92% оснащались роторно-поршневым двигателем.

Mazda R100 Rotary Coupe ‘1968–70

Расход топлива первых серийных образцов РПД значительно превышал расход топлива стандартного ДВС, но инженеры Mazda смогли решить эту проблему. Был переработан термореактор и карбюратор, добавлен теплообменник в выхлопную систему, разработан каталитический конвертер, установлена новая система зажигания. В результате этих усовершенствований Mazda добилась снижения потребления топлива на 40% и в 1978 выпустила знаменитую Mazda RX-7.

23 ноября 1973 г., во время глобального снижения интереса к РПД, вышел приказ министра автомобильной промышленности СССР № 228 от 23 ноября 1973 г. «О развитии и ускорении работ по созданию роторно-поршневых двигателей для автомобилей и мотоциклов». В марте 1974 г. группа специалистов во главе с Виктором Николаевичем Поляковым (первым генеральным директором ВАЗа, позже – заместителем министра автомобильной промышленности СССР) отправилась в Японию. Они побывали на автомобильных комплексах Toyo Kogyo, Toyota, Nissan и др. Далее последовал приказ В.Н. Полякова от 18 апреля 1974 г.: «Создать на Волжском объединении по производству легковых автомобилей (без включения в штаты Волжского автомобильного завода) специальное конструкторское бюро по роторно-поршневым двигателям».

Японскую командировку ВАЗовцев тогдашний начальник технического бюро цеха Волжского завода Николай Максимович Головко вспоминает так: ” В Японии нам постарались показать максимально мало. Все издалека, с каких-то подвесных галерей, лишь в самых общих чертах. Поляков нервничал: командировка срывается, информации по самому минимуму. Но и в этих условиях мы старались выжать все возможное, особенно от посещения станкостроительных и автомобильных заводов. Это же была первая вазовская поездка в Японию. Вкалывали как звери. Вставали в шесть утра, ложились в час-два ночи, и то, если не расшифровывали записи или не составляли тезисы — по просьбе Полякова, чтобы уже утром вручить всем членам делегации. После каждого осмотра Поляков заставлял нас еще в автобусе высказаться, — по горячим следам, пока ничего не забыто. И даже когда домой летели, в самолете, это часов 8-10, набрасывали предварительный отчет”.

Первым руководителем СКБ РПД стал Борис Сидорович Поспелов. Под его началом в 1976 г. заработал первый волжский односекционный двигатель ВАЗ-311 мощностью 65 л.с. Пять лет ушло на доводку конструкции, после чего была выпущена опытная партия в 50 штук ВАЗ-21018, мгновенно разошедшихся среди работников ВАЗа. Мотор оказался очень ненадежным, всего за шесть месяцев 49 двигателей Ванкеля пришли в негодность и их заменили обычными двигателями внутреннего сгорания.

Такой провал положил конец работе над односекционным вариантом РПД и конструкторы направили усилия на разработку двухсекционного. Уже через год появились двигатели ВАЗ-411 мощностью 110-120 л.с. и ВАЗ-413 мощностью 140 л.с., в то время как серийные двигатели внутреннего сгорания показывали стендовую мощность не более 80 л.с. 

В розничную продажу машины с РПД так и не пошли, зато нашли свое пристанище в гаражах МВД и Спецслужб СССР. Например, Эскортной службе Гаража особого назначения (далее – ГОН) требовался быстрый мотоцикл, способный сопровождать автомобиль Генерального Секретацря ЦК КПСС.

Первый мотоцикл с РПД был изготовлен на ВАЗе в 1980 г. Темпы разработки роторных мотоциклов, разумеется, отставали от автомобилей. К тому же тольяттинские конструкторы получили заказ на разработку РПД для легкой авиации и вертолетов, поэтому даже автомобильные роторные двигатели периодически отходили на второй план.

С 1986 г. разрабатывался опытный образец роторного мотоцикла специально для ГОНа. Прототип эскортного мотоцикла с роторным двигателем был создан на базе ходовой части мотоцикла ИЖ, на которую устанавливались и другие двигатели (экспериментальный V-образный мотор собственной конструкции ИЖмаша и РПД разработки ВНИИ Мотопрома). Об этих машинах сохранилось крайне мало информации.

Иж 8.201 из собрания “Мотомира Вячеслава Шеянова” – один из немногих сохранившихся прототипов. Мотоцикл оснащен двухсекционным роторно-поршневым двигателем с алюминиевым корпусом, общим объемом 736 куб. см и мощностью 87 л.с.

Несмотря на трудности, результаты работы СКБ РПД были впечатляющими. Правительством рассматривался вопрос о создании на базе СКБ РПД самостоятельной организации – Всесоюзного конструкторско-технологического центра по роторно-поршневым двигателям. Однако из-за осложнения политической и экономической ситуации в стране, также из-за смерти Б.С. Поспелова в январе 1988 года, реализация проекта отложилась на неопределенный срок. В начале 90-х СКБ РПД практически полностью перешло на моторы для самолетов, а в 2004 г. вышел приказ № 342 президента-генерального директора ОАО «АВТОВАЗ» о закрытии СКБ РПД.

Использованные материалы:

  • Р.А. Киселева “Борис Поспелов”
  • Александр Воронцов “Rock’n’roll внутри мотора”
  • Иван Пятов  “РПД изнутри и снаружи”
  • Статья ” История роторного двигателя: от Ванкеля до АВТОВАЗ ” с сайта mazdaworld.info
  • В.А. Шнякин ” На земле, на небесах и на море “
  • Андрей Ломанов “Двигатель Ванкеля — пока экзотика. Но ненадолго”
 
Производитель ВАЗ/ИЖ, СССР
Годы выпуска 1986
Количество, шт 5
Стоимость
Стоимость в современных ценах
ДВИГАТЕЛЬ И ТРАНСМИССИЯ
Тип Роторно-поршневой двигатель
Объем двигателя, см3 736
Диаметр и ход поршня, мм
Мощность 87 л.с.
Зажигание
Карбюратор
Аккумулятор
Сцепление
Коробка передач
РАМА И КОЛЕСНАЯ БАЗА
Тип рамы
Передняя подвеска
Задняя подвеска
Тормоза
Размеры колес
РАЗМЕРЫ
Длина, мм
Ширина, мм
Высота, мм
Колесная база, мм
Клиренс, мм
Высота сидения, мм
Масса, кг
Грузоподъемность, кг
Емкость бензобака, л
Максимальная скорость, км/ч
Дальность, км

* – Данные по результатам замера на экспонате “Мотомира Вячеслава Шеянова”.