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).
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.
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.
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, 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.
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.
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.