Новинки за сегодня

Товарищи сайта

  • Создать сайт
  • Статистика



    Онлайн всего: 1
    Гостей: 1
    Пользователей: 0

    Статья в журнале "Автоспорт" №11 (35) ноябрь 2002




    Наследство Феликса Ванкеля


    Двигатель Renesis

    Говорят, что идея роторного двигателя родилась у Феликса Ванкеля в 1919 году, во сне. Так ли было на самом деле, или это всего лишь очередной исторический анекдот, сказать трудно. Ведь Феликсу, талантливому пареньку из германского города Лар, было тогда всего 17 лет...



    История

        Более правдоподобными кажутся данные из других источников, по которым Ванкель сделал первые эскизы роторного двигателя в 1924 году. К этому времени за его плечами была уже высшая школа и работа в издательстве технической книги, где юный Феликс имел свободный доступ к необходимой ему литературе. Свой первый патент на двигатель внутреннего сгорания без поршней и клапанов Ванкель получил в 1929 году, и вполне возможно, уже несколько лет спустя появились бы первые "живые" моторы, но тут в дело вмешалась политика. Пришедшие к власти фашисты сначала посадили Ванкеля в тюрьму, а потом сделали его одним из ведущих конструкторов авиационных двигателей. В то время Германия жила предстоящей войной, до экспериментальных конструкций никому не было дела, поэтому мечту о создании необычного двигателя пришлось отложить на многие годы. Осуществить ее Ванкель смог только в конце 50-х годов, работая инженером в автомобильно-мотоциклетной фирме NSU. К тому времени он довел конструкцию роторного двигателя до того вида, в котором она известна нам сегодня, и сумел убедить руководство компании в перспективности своего детища. Роторный NSU Ro-80, представленный в 1967 году на Франкфуртском автосалоне, произвел настоящий фурор. Он сходу получил титул "Автомобиль года", а патент на производство роторных моторов купили автомобильные и моторостроительные фирмы, среди которых были такие гиганты, как Daimler Benz, General Motors, Alfa Romeo, Nissan, Toyota и Mazda.

    Однако у большинства из них дальше покупки лицензии дело не пошло. Лишь Mercedes изготовил скоростное концептуальное купе С-111, да американцы построили пару опытных Chevrolet Corvette с роторами. Кстати, прародитель необычного мотора тоже потерпел коммерческую неудачу. NSU Ro-80, выпускавшийся почти десять лет, смог завоевать только титул, но не популярность, став, по сути, виновником краха компании NSU и поглощения ее фирмой Audi.

    Так что мы могли бы сейчас рассказывать о двигателе Ванкеля как о техническом курьезе, если бы не японская Mazda и не наш АвтоВАЗ - единственные в мире фирмы, и по сей день серийно выпускающие автомобили с роторными двигателями.

    В чем же причина провала детища Феликса Ванкеля? И почему, несмотря на провал, его не похоронили совсем, как сотни других оригинальных технических решений? Чтобы разобраться, давайте сначала подробнее рассмотрим, как работает роторный двигатель.


    Техника

    Проектируя свой мотор, Ванкель стремился в первую очередь избавиться от главного недостатка традиционных поршневых двигателей: большого числа деталей, совершающих возвратно-поступательные движения. И в этом он преуспел: в роторном моторе нет ни кривошипно-шатунного механизма, ни поршней, ни клапанов, ни сложной системы привода. Цикл работы роторного двигателя

    Роль цилиндра в двигателе Ванкеля выполняет статор, имеющий в плане форму эпитрохоиды - математической кривой, напоминающей "раздавшуюся в талии" цифру 8. Аналогом поршня является трехгранный ротор, который скользит своими вершинами по поверхности статора, образуя внутри него три изолированные полости. В каждом из них при полном обороте ротора происходит тот же цикл, что и в 4-тактном поршневом двигателе - впуск, сжатие смеси, рабочий ход и выпуск.

    Сложную траекторию движения ротора обеспечивают две шестерни. Та, что с внутренни зацеплением, неподвижно закреплена на роторе и "обкатывает" внутреннюю, установленную на боковой крышке статора. Ротор, в свою очередь, "нанизан" на вал с эксцентриком, с которого и снимается крутящий момент. Попросту говоря, к этому валу крепятся маховик и ведущий диск сцепления.

    Конструктивно двигатель Ванкеля намного проще поршневого. При равной мощности он компактнее и легче, в нем значительно меньше деталей, особенно мелких. Механизм газораспределения отсутствует вовсе, его с успехом заменяет сам ротор, перекрывающий собой в нужный момент впускные и выпускные окна. Кроме того, роторный двигатель, особенно с двумя или тремя рабочими секциями, намного лучше уравновешен и обеспечивает уровень вибраций, доступный только многоцилиндровым поршневым моторам.


    Врожденные болезни

    Так почему же супермотор не получил распространения? Дело в том, что наряду с несомненными достоинствами у двигателя Ванкеля существуют и серьезные конструктивные недостатки, преодолеть которые сложно.

    Схема Камера сгорания роторного двигателя имеет в плане форму серпа. Поэтому при том же объеме, что и у цилиндрической камеры обычного мотора, площадь ее поверхности на много больше. Следствие - большая теплонагруженность двигателя и меньший тепловой КПД. Кроме того, серповидная форма не позволяет организовать вихревое наполнение камеры сгорания, чтобы добиться полного сгорания топливо-воздушной смеси. Отсюда худшая, по сравнению с поршневыми моторами, экономичность и проблемы с выбросом вредных веществ.

    Столь же обширен список технологических недостатков. На первом месте - сам процесс изготовления статора сложной формы с износостойкой поверхностью. Трудность еще и в том, что статор должен успешно противостоять температурным деформациям: в отличие от обычного мотора, где теплонагруженная камера сгорания частично охлаждается в фазе впуска и сжатия свежей рабочей смесью, здесь процесс сгорания всегда происходит в одной части двигателя, а впуск - в другой.

    Еще одна проблема - уплотнения ротора. Если в поршневом моторе кольца соприкасаются с зеркалом цилиндра только одной рабочей кромкой и под постоянным углом, то уплотнения на вершинах ротора касаются статора под постоянно изменяющимися углами, что приводит к большим нагурзкам на их грани. Кроме того, эти уплотнения работают в условиях ограниченной смазки и плохого теплоотвода - для их смазывания приходится дополнительно впрыскивать масло прямо на впускной коллектор. Нетрудно догадаться, что экологических показателей мотора это тоже не улучшает.



    Пациент будет жить!

    Все эти недостатки едва не подписали смертный приговор двигателю Ванкеля. Большинство фирм, купивших в 60-е годы лицензии на его производство, надеялись получить дешевый и экономичный в эксплуатации мотор и, столкнувшись с проблемами, раздосадованные, поспешили сделать заключение о его бесперспективности.

    И только инженеры фирмы Mazda продолжали упорно работать над совершенствованием конструкции Ванкеля. Они сразу поняли, где роторный мотор может оказаться при деле - под капотом спортивного автомобиля! Эксплутационные затраты для таких машин отходят на второй план, а вот то, что при равной мощности роторный двигатель почти вдвое легче и компактнее поршневого, крайне важно. Роторное купе Mazda RX-7, увидевшее свет в 1978 году, было одним из самых быстрых автомобилей своего времени и, пережив несколько модернизаций, выпускалось вплоть до 1999 года.

    Усилиями японских инженеров двигатель Ванкеля избавился от многих своих недостатков. Например, в алюминевом статоре современного роторного двигателя Mazda рабочей поверхностью является стальная лента, покрытая хромом. Уплотнения ротора тоже хромированные, что позволяет добиться ресурса мотора в 150-200 тыс.км. Проблемы оптимизации горения японцы решают применением турбонаддува, а представленный в в конце 1999 года новый двигатель Renesis (комбинация слов renaissance - "возрождение" и genesis - "начало") для лучшего наполнения цилиндров имеет несколько впускных каналов, сечение которых изменяется специальными клапанами в зависимости от оборотов двигателя. По сути, это то же, что системы изменения фаз газораспределения и длины впускного коллектора в поршневых двигателях. Благодаря этому Renesis не только имеет мощность 280 л.с. при рабочем объеме всего 1,3 литра (поскольку роторный двигатель осуществляет полный цикл за один оборот, при сравнении с поршневым мотором его рабочий объем умножают на два - 2,6 литра), но и отвечает экологическим нормам Euro 4!


    Отечественная история

    Однако для нас самым примечательным в истории существования двигателя Ванкеля является тот факт, что наряду с Японией его производят и в нашей стране. В России история ротора началась в 1974 году, когда на Волжском автозаводе было открыто Специальное конструкторское бюро роторно-поршневых двигателей (СКБ РПД). Первым двигателем, подготовленным в стенах СКБ стал односекционный ВАЗ-311 мощностью 70 л.с. Опытно-промышленная партия "копеек" с этим мотором оказалась и первым провалом молодого коллектива - массовые отказы двигателей заставили заменить их на всех автомобилях обыкновенными поршневыми.

    Проект спасли отечественные спецслужбы. Для установки на служебные машины им требовался мощный двигатель, а малым ресурсом и большим расходом топлива можно было принебречь. В результате были созданы "Жигули" с двухсекционным РПД мощностью 120 л.с., благодаря которым коллектив СКБ остался "на плаву". А милиции и КГБ роторные "Жигули" позволяли безраздельно господствовать на дорогах. Ротор Обычные с виду вазовские машины легко догоняли даже мощные иномарки, которых в СССР того времени были единицы.

    Только в конце 80-х конструкторы смогли вернуться к проекту автомобиля общего назначения. Сначала был создан двигатель ВАЗ-413 для вазовской "классики", а в 1994 году начат выпуск мотора ВАЗ-415, предназначенного для установки на автомобили "восьмого" семейства.

    Все эти годы машины с роторным двигателем выпускались только очень малыми партиями, в основном на заказ. При этом их цена вполне привлекательна - до недавнего времени ВАЗ-21099 с РПД в Москве можно было купить за $7200, в Тольятти - долларов на 500 дешевле. Две такие машины мы и решили протестировать на Дмитровском полигоне...


    Трудности быта

    По конструкции отечественный мотор, конечно, уступает японским роторам. О стальной хромированной ленте, образующей рабочую поверхность статора, нам остается только мечтать. Вазовский статор отлит из алюминия и имеет никасилевое покрытие, используемое в мотоциклетных моторах. Уплотнения ротора - стальные или чугуные. Как следствие - заявленный ресурс составляет всего 120 тыс.км, из которых 30 тыс. покрывает заводская гарантия. При этом случаи полной выработки ресурса практически неизвестны. Как правило, мотора хватает на 60-70 тыс. км, после чего требуется его переборка, которая производится только в Тольятти или в Москве - парой специализированных сервисов, имеющих тесные связи с СКБ РПД. С другой стороны, капитальный ремонт роторного двигателя проще и дешевле, чем поршневого, и многие владельцы делают его самостоятельно. Комплект необходимых для восставновления мотора деталей стоит около $300.

    Эксплуатация роторного ВАЗа имеет свои особенности. Во-первых, 500 граммов масла на 1000 км пробега - норма для этого двигателя, ведь часть масла специальным насосом впрыскивается прямо во впускной коллектор для дополнительной смазки трущихся поверхностей. С другой стороны, из-за постоянных доливов масло требуется менять не чаще, чем в 10-12 тыс. км, и обязательно после зимней эксплуатации. Строго рекомендуется применять только минеральное масло, так как "синтетика", сгорая в двигателе, закоксовывает уплотнения ротора.

    Еще одна беда отечественных двигателей Ванкеля - свечи, по две на каждую секцию. Они работают в жестких температурных условиях и стоят поэтому дороже обыкновенных. Отечественные А26ДВ1, устанавливаемые на заводе, редко ходят больше 5 тыс.км, хотя, по информации СКБ РПД, сейчас на заводе в городе Энгельс налажено производство более надежных свечей. В качестве альтернативы владельцы используют свечи фирмы NGK, которые выдерживают 15 и более тысяч километров, но стоят они при этом до $30 за комплект. Помимо свечей от более высокой температуры страдает выпускная система. Глушитель и резонатор от обыкновенной "восьмерки" не только "душат" мощный мотор, но и прогорают порой за полгода эксплуатации, после чего их обычно без жалости меняют на тюнинговые.

    Наконец, от большого крутящего момента двигателя страдает стандартная трансмиссия - сцепление, КПП и особенно ШРУСы. Дешевле будет не скупиться и вышедшие из строя детали сразу заменять на более надежные импортные аналоги.


    Быть или не быть?

    Так стоит ли роторно-поршневой двигатель внимания поклонников быстрой езды? С одной стороны, для автомобиля со 135-сильным мотором роторная "восьмерка" или "девяносто девятая" стоит совсем недорого. Но, как показал наш тест, это плата только за мощный двигатель. Все остальное - подвеска, трансмиссия, тормоза - требует соответствующих доработок, после которых роторная машина по стоимости приблизится к поршневой с аналогичным уровнем тюнинга. С другой стороны, дальнейшее увеличение мощности поршневого мотора, к примеру до 160 л.с., потребует уже очень крупных вложений. А от двигателя Ванкеля такой отдачи можно добиться сравнительно просто и дешево. Правда, вопрос ресурса остается открытым...

    А стандартный роторный двигатель мог бы подойти тем, кто, покупая мощный автомобиль, не стремиться кого-то поразить или победить во всех светофорных гонках. Ротор - прекрасный вариант для тех, кто хочет ездить быстро и комфортно - как говорилось в классическом фильме, "без шуму и пыли". Вот только перспективы выпуска вазовских машин с двигателями Ванкеля, к сожалению, не ясны. СКБ РПД все больше склоняется к выпуску моторов для легкой авиации и фактически сворачивает производство автомобильных двигателей. Последняя товарная машина была выпущена и продана в апреле этого года. Будут ли производится роторные автомобили в будущем - неизвестно.







    Роторные ВАЗы

    Полет по приборам

        К идее провести тест роторных машин нас склонили сами владельцы подобной техники. "Ротор - это нечто особенное, это ни на что не похоже", - утверждали они. И теперь, после нескольких сотен километров езды на роторных автомобилях, мы готовы подписаться по этим утверждением.

    Первым делом обращаешь внимание на необычный звук: двигатель Ванкеля работает почти одинаково тихо что на 2000, что на 6000 об/мин - приходится буквально заставлять себе переключаться на высшие передачи, глядя на тахометр. Тишина и отсутствие выбраций порождают обманчивое ощущение, что при разгоне ничего не происходит. Но взгляните на цифры замеров: они как утверждают обратное! При нажатии педали газа "в пол" возникает подхват, как будто включилась турбина, и машина ничинает ускоряться на все свои 135 лошадиных сил. На самом деле никакой турбины у вазовского ротора нет, просто водитель заставил открыться вторую камеру карбюратора, снабжающую двигатель дополнительной, и очень существенной, порцией топливной смеси. В этот момент и начинается "полет по приборам", поскольку ускорение и скорость становятся просто нереальными для стандартной с виду "девяносто девятой". Обе стрелки - и тахометра, и спидометра - легко упираются в ограничители.

    Хуже, что и во всем другом, кроме двигателя, эта машина, по сути стандартна. Обыкновенная коробка передач роторному мотору подходит не лучше, чем стандартному. Штатные 13-дюймовые колеса буксуют даже на 3-й передаче, да и вообще не рассчитаны на скорость, которую способен развить этот снаряд. Высокопрофильные шины и мягкая подвеска на скоростях за 150 км/ч создают ощущение, что машина не едет, а плывет. Не справляются и стандартные тормоза - начинать гасить скорость приходится задолго до входа в поворот. Честно говоря, "валить" так, как позволяет роторный мотор, на этой машине просто страшно.


    Роторный мотор
    Роторный мотор намного компактнее обычного и из-за особенностей конструкции установлен ниже. В "большой" кастрюле размещен воздушный фильтр, который на несколько миллиметров шире обычного "жигулевского". Слева на фото видны шланги подвода масла к масляному радиатору, установленному перед основным, который больше по площади, чем у обычной "девятки"
    Большинство покупателей экзотических роторных ВАЗов это прекрасно понимает. Вот и темно-зеленую "девяносто девятую", на которой нам удалось поездить, сразу после теста хозяин отдал в тюнинговую фирму на давно запланированную доработку. А мы пересели на вторую - серебристую - машину.

    Тут уже владелец при поддержке СТК "Билкон" все сделал по законам тюнингового жанра. 15-дюймовые колеса с низкопрофильными шинами, спортивные пружины и амортизаторы, "перетряска" КПП и мощные тормоза преобразили автомобиль. Еще одна доработка, совсем не лишняя для 135-сильной машины, - самоблокирующийся дифференциал. В результате получился намного более гармоничный автомобиль. На нем уже можно уверенно нестись как по трассе, так и по неровному, изобилующему поворотами шоссе. А что же мотор? Он тоже подвергся доработкам - на первый взгляд, не таким уж значительным.


    Чип
    Путем перепрошивки этой микросхемы ограничитель максимальных оборотов легко сдвигается на более высокие обороты, а то и убирается совсем
    Дело в том, что методы используемые при форсировке поршневых двигателей, к роторным неприменимы. Увеличение рабочего объема? Сделать это чрезвычайно непросто. Спортивные распредвалы? Но в двигателе Ванкеля вообще нет клапанов! Остается доработка впуска и выпуска. И если при тюнинге поршневого мотора это, как правило, дополнительные меры, то на роторном двигателе они дают великолепные результаты. В первую очередь изменяют выпускную систему. Штатная, частично унифицированная с серийной "девяточной", не может обеспечить мощному мотору свободное дыхание. Установка выпускных труб большего диаметра и прямоточного глушителя добавляют мотору до 25-30 л.с.! Кроме того, с прямоточным глушителем начинаешь слышать обороты двигателя, меньше внимания уделяя тахометру. Усилия выпускной системы способен поддержать грамотно доработанный карбюратор. Дайте ротору больше воздуха и бензина, и он выдаст еще дополнительных несколько сил. Результаты наших измерений это убедительно демонстрируют:



    Результаты измерений

    ВАЗ-21099-91ВАЗ-21099-91

    стандарттюнинг
    Максимальная скорость, км/ч184,0193,5
    Время разгона, с

    0-50 км/ч4,093,16
    0-100 км/ч10,438,88
    0-150 км/ч26,0619,90
    на пути 400 м17,5516,50
    на пути 1000м32,5830,22
    60-100 км/ч (III передача)6,295,19
    60-100 км/ч (IV передача)9,697,54
    80-120 км/ч (V передача)15,5412,25

    Точность показаний спидометра
    Показания спидометра, км/ч406080100120140160180
    Истинная скорость, км/ч







    ВАЗ-21099-91 стандарт37567292111131147166
    ВАЗ-21099-91 тюнинг38567491110128145164








    Еще один способ форсировки - увеличение максимальных оборотов. Особенности конструкции роторного двигателя позволяют ему развивать очень высокие обороты, единственное ограничение при этом - ресурс. На стандартном моторе система зажигания "затыкает" мотор на 6200 об/мин, но российские умельцы давно научились перепрограммировать микросхему (чип) блока управления по своему желанию. Существуют как умеренный вариант (6900 об/мин), так и экстремальные, у которых "отсечка" убрана совсем. Кстати, роторному мотору все равно, на каком бензине работать, - нужно только соответствующим образом настроить систему зажигания. Те машины, которые принимали участие в этом тесте, были заправлены 92-м, но мы померили динамику еще одной "восьмерки", доработанной и перенастроенной на 76-ой бензин. Ее максимальная скорость чуть-чуть не дотянула до 200 км/ч. Учитывая стандартную "восьмерочную" аэродинамику, согласитесь, это впечатляет!

    ВАЗ-21099-91 (данные производителя)
    ДвигательВАЗ-415 РПД
    Кол-во секций2
    Рабочий объем1308 куб.см
    Степень сжатия9,4
    Максимальная мощность135 л.с.

    при 6000 об/мин
    Максимальный крутящий момент176 Нм

    при 4500 об/мин
    Коробка передачмеханическая, 5-ступенчатая
    Главная передача3,9
    Шины165/70 R13 или 175/70 R13
    Максимальная скорость190 км/ч
    Время разгона 0-100 км/ч9,0 с
    Расход топлива, л/100 км
    при 90 км/ч7,5
    при 120 км/ч10,0
    В городском цикле12,5
    ВАЗ-21099-91 тюнинг
    Перечень доработок
    Система питания$240
    Электробензонасос
    Воздушный фильтр K&N
    Выпускная система$480
    Прямоточный выпуск без резонатора
    Глушитель Remus
    Трансмиссия$780
    Измененные передаточные числа КПП (11-й ряд)
    Главная пара 3,7
    Самоблокирующийся дифференциал
    Доработанный механизм переключения
    Подвеска и рулевое управление$870
    Амортизаторы Koni Special
    Распорка верхних опор передней подвески (дюраль)
    Распорка верхних опор задней подвески
    Усиленный передний стабилизатор (21 мм)
    Стальные кронштейны передних растяжек
    Верхние опоры стоек с ШС
    Колесные шпильки
    Тормозная система$770
    Передние тормозные диски Zimmermann (284 мм)
    Задние дисковые тормоза 13'' (мех.ручник)
    Доработанный вакуумный усилитель
    Колодки Ferodo Racing DS 2000 (15'')
    Колеса$720
    Диски Ступино R15
    Шины Yokohama A-520 195/50/R15
    Итого$3860


    Валерий Арутин
    Фото автора и фирмы Mazda



    Вход на сайт

    Логин:
    Пароль:

    Поиск

    Календарь

    «  Июнь 2017  »
    ПнВтСрЧтПтСбВс
       1234
    567891011
    12131415161718
    19202122232425
    2627282930