Привычная всем нам схема устройства двигателя внутреннего сгорания "цилиндр-поршень" есть, оказывается, не во всех агрегатах. Точнее, кое-где встречается их некое подобие, но в такой форме, что сразу и не подумаешь.
Например, в ДВИГАТЕЛЕ ВАНКЕЛЯ вместо поршня установлен ротор, имеющий в профиль форму ТРЕУГОЛЬНИКА РЁЛО. Цилиндр же, в котором он вращается, тоже можно назвать таковым весьма условно, ибо он имеет условно овальную форму.
Ротор установлен на валу и жёстко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестернёй - статором. При вращении сам ротор вместе с этим колесом обкатывается вокруг шестерни. И если в классической схеме движение поршня относительно цилиндра исключительно возвратно-поступательное, то здесь все три вершины ротора перемещаются по эпитрохоидальной поверхности цилиндра, отсека переменные объёмы камер в цилиндре с помощью трёх радиальных уплотнений.
Конструкция роторно-поршневого ДВС позволяет реализовать любой четырехтактный цикл без применения специального механизма газораспределения. Благодаря этому факту он оказывается значительно проще классического четырёхтактного поршневого двигателя, в котором в среднем почти на тысячу деталей больше.
Герметизация рабочих камер в роторно-поршневом ДВС обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к «цилиндру» ленточными пружинами, а также центробежными силами и давлением газа.
ДВИГАТЕЛЬ ВАНКЕЛЯ имеет высокую удельную мощность - за один полный оборот ротора («впрыск-сжатие-воспламенение-выхлоп») выходной вал совершает три полных оборота. В обычном поршневом двигателе таких результатов можно добиться только используя шестицилиндровый ДВС.
Честно говоря, я преклоняюсь перед тем, кому пришла в голову эта идея, потому что она ломает все представления о том, как вообще можно организовать движение поршня-ротора внутри ДВС.
А дело было так. Почти сто лет назад, в 1924 году, немецкий инженер Феликс Ванкель начал разработку оригинального роторно-поршневого двигателя и в 1936 году получил на него патент, однако долгое время ему никак не удавалось подобрать оптимальное сочетание формы ротора и камеры сгорания. Из-за этого двигатель либо вовсе не работал, либо работал плохо.
Лишь в 1957 году его соотечественник, коллега и подчинённый, конструктор компании NSU Motorenwerke AG Вальтер Фройде, нашёл то самое идеальное сочетание, и это позволило, наконец, реализовать на практике все те плюсы, которые до того были "теоретически очевидны".
Для начала Ванкель создал небольшой моторчик для лёгкого мотоцикла. Его опытный образец имел рабочий объем всего 50 см3 и выдавал мощность в 14 л.с. Но, будучи установленным на раму спортивного мотоцикла, этот двигатель позволил установить мировой рекорд скорости - 193 км/ч.
Вполне ожидаемо, первые экземпляры нуждались в доработке, ибо отличались ненадёжностью. Но по мере исправления недостатков ДВИГАТЕЛИ ВАНКЕЛЯ становились всё более и более интересными для производителей и автопромышленников. Любопытно, что сначала они питались не бензином, а смесью древесного спирта (метанола) и КАСТОРОВОГО МАСЛА.
Очень скоро к изобретению Ванкеля стали проявлять интерес крупнейшие автогиганты. Сначала лицензию на двигатель купила корпорация Curtiss-Wright, через год, Daimler-Benz, MAN, Friedrich Krupp, Mazda, потом Rolls-Royce, Porsche, BMW, Ford - всего около ста компаний. Их соблазнили перспективы сэкономить на деталях, которых в роторно-поршневом двигателе на 40% меньше, чем в обычном ДВС, к тому же, он проще в ремонте и производстве, почти в два раза компактней и легче традиционного поршневого двигателя.
Ещё он развивает высокую мощность при довольно скромном расходе топлива, имеет низкий уровень шумов и вибраций, отлично уравновешен механически, а поскольку масса движущихся частей (и их количество) в нём значительно меньше.
Конструкция ДВИГАТЕЛЯ ВАНКЕЛЯ за счёт отсутствия механизма преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное способна выдержать большие обороты, чем традиционный ДВС, поэтому на низкой передаче можно без особой нагрузки на движок разогнать автомобиль до 100 км/ч на высоких оборотах двигателя.
Вот только есть у него один недостаток, который, как в той самой БОЧКЕ ЛИБИХА, является тем самым слабым звеном, перечеркнувшим всё остальное - неэкономичность. То есть ДВИГАТЕЛЬ ВАНКЕЛЯ, грубо говоря, очень много кушает. Именно поэтому, когда в развитых странах не было проблем с бензином и соляркой, об этом даже не задумывались, однако когда в 1973 году разразился нефтяной кризис, вдруг всем стало ясно: лучше всё-таки делать те двигатели, которые потребляют мало топлива.
И последним гвоздём в крышку гроба этого проекта стала его неэкологичность - то есть повышенная токсичность выхлопа. Если до поры это мало кого волновало, то с какого-то момента проблема "парникового эффекта" и защиты окружающей среды вышла на первый план, поэтому коптящие и чадящие машины оказались в заведомо невыгодном положении. По сравнению же с обычным поршневым ДВС «роторник» выделяет в атмосферу меньше окислов азота, но гораздо больше углеводородов, за счёт неполного сгорания топлива.
Тему "ванкеля" стали сворачивать. На сегодняшний день, кажется, единственным массовым производителем машин с таким двигателем является МАЗДА. Японцы решили не бросать начатое, а добросовестно довести его до конца, исправляя выявленные недостатки. Они создали так называемый термальный реактор, в котором остатки углеводородов в выхлопных газах просто «дожигались». Кроме того, инженеры из Страны восходящего солнца радикально переработали карбюратор, добавили теплообменник в выхлопную систему, разработали каталитический конвертер и внедрили новую систему зажигания. Это позволило снизить потребление топлива на 40%.
Мало кто знает, что помимо японцев мы тоже выпускали машины с ДВИГАТЕЛЯМИ ВАНКЕЛЯ. В 1974 году советское правительство создало на Волжском автозаводе специальное конструкторское бюро РПД, а в Тольятти начались работы по строительству цехов для серийного производства таких агрегатов. Правда, наши инженеры выбрали самый простой путь и начали тупо копировать двигатели МАЗДЫ.
Так был создан первый волжский односекционный двигатель ВАЗ-311 мощностью 65 л.с., затем, через пят лет, ВАЗ-21018. Но копия японского мотора вовсе не гарантирует японское же качество, в итоге двигатели стали очень быстро ломаться. И в итоге от них было решено отказаться в пользу старых-добрых ДВС.
Впрочем - не совсем. По заказу "органов" был специально разработан двигатель для ВАЗ-311 мощностью 120 л.с. Его устанавливали на автомобиль ВАЗ-21019, на котором ездили сотрудники КГБ. Внешне неприметный, он был способен легко обставить на дороге большинство из имевшихся у нас машин.
Также на АвтоВАЗе выпускаются малые партии автомобилей ВАЗ-2105, -2107, -2108, -2109, -21099. До 100 км/ч они могли разгоняться всего за 8 секунд, в выжать можно было все 210 км/ч (хотя я совсем не представляю это на наших советских дорогах).
И всё могло бы развиваться дальше, однако в 1987 году новый руководитель СКБ РПД Владимир Шнякин, пришедший в автомобилестроение из авиации и недолюбливающий наземный транспорт, принял решение начать разрабатывать РПД для летающих аппаратов. Это значительно уменьшило объёмы продукции. Некоторое время ДВИГАТЕЛИ ВАНКЕЛЯ продолжали ставить на гражданские автомобили, однако в 90-е проект в РФ окончательно свернули.
Феликс Генрих Ванкель (13 августа 1902 - 9 октября 1988) - немецкий инженер-механик, изобретатель.
Родился в Ларе, Великое герцогство Баденское, в семье лесничего. Учился в школах Донауэшингена, Гейдельберга и Вайнхайма, но в 1921 году бросил учёбу, так и не получив аттестат зрелости.
Он пошёл работать закупщиком в издательство «Карл Винтер Пресс» в Гейдельберге и работал там до июня 1926 года, параллельно вместе с друзьями владея мастерской по ремонту машин в сарае на заднем дворе в Гейдельберге. Именно в этот период он заинтересовался новой схемой двигателя, которая, по легенде, пришла к нему во сне.
С 1924 года он решил уйти с официальной работы сосредоточился только на мастерской, где ремонтировали мотоциклы.
Высшего и даже среднего профессионального образования этот одарённый немец так и не получил, ибо в те времена за это надо было платить, а денег у него не было. Но это не помешало ему самостоятельно изучать технические предметы и придумать то, чего до него не придумывал никто.
Начиная с 20-х годов Ванкель был членом различных радикальных антисемитских организаций, вступил в Гейдельбергское отделение Немецкого союза защиты и борьбы, потом стал членом НСДАП, основал и возглавил молодёжные группы, связанные с этой партией. Вместе с соратниками они проводили военизированные тренировки, скаутские игры и ночные прогулки.
В 1931 году Ванкелю доверили руководство гитлеровской молодёжью в Бадене, однако он разочаровал начальство, ибо его больше интересовала не идеологическая, а именно военная подготовка. В результате конфликта с руководством Ванкеля в 1932 году лишили должности и исключили из НСДАП.
Чувствуя себя незаслуженно обиженным, он основал собственную национал-социалистическую группу в Ларе и продолжил бодаться со своим бывшим начальником. Но поскольку 30 января 1933 года нацисты захватили власть, Ванкеля причислили к неблагонадёжным и опасным элементам, после чего посадили в тюрьму.
Любопытно, что освободили его только после вмешательства экономического советника фюрера Вильгельма Кепплера - горячего сторонника технологических начинаний Ванкеля. Он же помог изобретателю получать государственные контракты.
Однако вернуться в НСДАП Ванкелю не разрешили. А вот в СС приняли без вопросов. Хотя через два года его членство аннулировали без объяснения причин.
Когда началась Вторая мировая война, Ванкель работал над улучшением клапанов для самолётов Люфтваффе, делал торпеды для Кригсмарине, а таже трудился на заводах BMW и Daimler-Benz.
Когда война закончилась, он оказался на территории, оккупированной французами, которые закрыли его лабораторию, а самого посадили в тюрьму. Но ненадолго, всего на несколько месяцев, после чего выпустили, запретив заниматься научной деятельностью.
А в 1951 году компания Goetze AG выделила ему финансирование на обустройство нового центра технических разработок в Линдау. Так была основана компания NSU Motorenwerke AG, в которой и был создан первый ДВИГАТЕЛЬ ВАНКЕЛЯ.
На автосалоне IAA во Франкфурте в 1963 году был представлен NSU Wankel-Spider - первый легковой автомобиль с роторным двигателем, который поступил в производство в 1964 году.
В августе 1967 года появился очень интересный седан NSU Ro 80 с двигателем мощностью 115 лошадиных сил и двумя роторами. В 1968 году он стал первым немецким автомобилем, получившим звание «Автомобиль года».
А потом за дело взялась МАЗДА.
Интересно, что специально для продажи двигателе была создана компания Wankel GmbH, которая обеспечивала Ванкелю долю прибыли от их продажи по всему миру. Причём среди тех, кто платил более высокую плату за права на RCE Ванкеля, была государственная инженерная фирма ГДР. А роялти, которые получала Wankel GmbH от лицензирования, сначала составляли 40%, а затем снизились до 36%.
В 1971 году Ванкель продал свою долю в лицензионных отчислениях за 50 миллионов немецких марок (сейчас это примерно 90 миллионов евро) английскому конгломерату Lonrho. С 1986 года Институт Феликса Ванкеля заключил соглашение о сотрудничестве с компанией Daimler Benz, которая покрывала операционные расходы института в обмен на права на исследования. Позже Ванкель продал институт компании Daimler Benz за 100 миллионов немецких марок.
Не имеющий законченного технического образования, под конец жизни Феликс Ванкель достиг мирового признания в области двигателестроения и уплотнительной техники, завоевав массу наград и титулов. Его именем названы улицы и площади немецких городов. Помимо двигателей, он разработал новую концепцию скоростных судов и самостоятельно построил несколько лодок.
Интересный факт: Ванкель очень хотел иметь роторный Mercedes С-111. Но фирма-производитель не пошла ему навстречу. Тогда изобретатель взял серийный 350 SL, выкинул оттуда «родной» двигатель и установил ротор от С-111, который был легче прежнего 8-цилиндрового на 60 кг, но развивал существенно большую мощность (320 л.с. при 6500 об/мин).
При этом водительских прав у Ванкеля никогда не было, как бы странно это ни звучало.
А ещё он был известен своей борьбой за права животных и против использования животных в экспериментах.
Вы можете поддержать канал, перечислив любую доступную вам сумму на кошелёк ЮMoney 4100 1102 6253 35 (или на карту Райффайзенбанка 2200 3005 3005 2776). И поучаствовать в создании книги по материалам этих статей. Заранее всем спасибо!