Жизнь замечательных моторов: Великий роторный путч

02 августа 2013

Сорок лет назад многим казалось, что песенка традиционного поршневого двигателя спета. На смену ему вскорости придет мотор другого типа – роторно-поршневой.

Жизнь замечательных моторов: Великий роторный путч

Выпуск:
Журнал «МОТО» – июль 2013

Автор:
Александр ВОРОНЦОВ, фото автора и из архива редакции

Теги:
Роторный двигатель / Поршневой двигатель / Техника /

Просмотры:
7850

Комментарии:
5

Оставить комментарий

Поделиться с друзьями:

В те неимоверно далекие времена каждый производитель мотоциклов пуще всего ценил свою самобытность. Вот Honda – ее четыре цилиндра в ряд не перепутаешь ни с чем. У Yamaha с ее четырехтактной «двойкой» саунд как у британцев, но масло не капает и ничего не отваливается. Вот истеричный офф-бит двухтактной «тройки» Kawasaki. У Suzuki тоже трехцилиндровый двухтактник, но совершенно другой – водяного охлаждения, больше ни у кого такой примочки нет!

Такой непростой выбор предстоял тому, кто хотел в начале 70-х купить большой мотоцикл японской марки. Но постепенно выяснилось, что рядная «четверка» покупателям нравится как-то больше. Два цилиндра – маловато, а двухтактники вообще не комильфо – и прожорливы, и дымят. Как мы знаем, закончилось все это эпохой «юджима» (от UJM – Universal Japan Motorcycle) – все японские биг-байки обзавелись рядными четырехтактными «четверками».

В компании Suzuki возлагали большие надежды на дебютировавшую в конце 1974 года модель RE5.

Но поначалу самураи изо всех сил старались сохранить лицо! Kawasaki выпустила свой Z1 уже в 1972 году, но при этом ее специалисты объяснили, что мотор такого типа начали разрабатывать еще до Honda – и отложили на полку именно ради спасения идентичности. Но раз уж публика просит… В Yamaha уточнили: хотите многоцилиндровый четырехтактник? Да пожалуйста! Только он у нас будет трехцилиндровым.

А в Suzuki решили пойти своим путем. В японской (и не только японской!) мотопромышленности еще с 50-х годов превосходно работало одно нехитрое правило: не хватает собственных идей? Слямзите что-нибудь у немцев! Ну начало 70-х – это не пиратские 50-е, поэтому японцы нагло воровать не стали, а просто пошли и купили лицензию у немецкой компании NSU на роторно-поршневой двигатель (РПД), который иногда именуют также по фамилии изобретателя – двигатель Ванкеля.

Неудавшаяся революция называется путчем. Народная мудрость.

В наши времена о моторе такого типа знают разве что фанаты марки Mazda, а тогда имя Феликса Ванкеля гремело почище, чем ныне – Стива Джобса. Казалось, еще несколько лет – и архаичные ДВС обычного типа, с возвратно-поступательным движением поршней, будут забыты как страшный сон. Ведь в роторном двигателе сложного преобразования одного вида движения в другой не происходит – в нем вращается сам поршень. Поэтому мотор можно уравновесить просто идеально. К тому же он компактен и прост: по большому счету в нем всего три детали – поршень, вал и цилиндр (ну и по мелочи – всякие крышки, уплотнения, подшипники…).

Феликс Ванкель – отец роторно-поршневого двигателя. Первый патент на его конструкцию он получил в 1929 году.

Впрочем, простота эта – кажущаяся. Чтобы в этом убедиться, попробуйте разобраться, как работает роторно-поршневой двигатель. Итак, ротор – поршень треугольной формы (вернее, почти треугольной – для обозначения его фигуры есть научное слово «дельтроид») вращается в статоре – цилиндре, внутренняя поверхность которого имеет сложную форму, называемую эпитрохоидой (нечто вроде восьмерки с едва намеченной «талией»).

Во время этого вращения ротор своими вершинами постоянно сохраняет контакт с внутренней поверхностью статора, рабочие камеры образуются в зазорах между их стенками. Сам ротор сидит на эксцентрике, закрепленном на валу, и вращается с угловой скоростью, равной 2/3 от угловой скорости вала, но в противоположном направлении. Синхронизацию вращения осуществляют два зубчатых колеса: одно, с внутренним зацеплением, закреплено на роторе, второе – на крышке статора; передаточное отношение равно 3:2.

Футуристическая панель приборов с прозрачным пластиковым щитком, отъезжавшим при включении зажигания.

Газораспределение осуществляется через впускное и выпускное окна, как в двухтактном двигателе, но при этом сам мотор работает по четырехтактному циклу: за один оборот ротора двигатель совершает четырехтактный процесс три раза.

Запутались? Не переживайте: эта задачка в свое время оказалась не по зубам лучшим экспертам патентных бюро. Когда Феликс Ванкель попытался запатентовать свое изобретение, ему отказали: дескать, такой мотор работать не может. И потребовали принести хотя бы рабочую модель. Каково же было удивление экспертов, когда он ее представил…

Как бы то ни было, к началу 70-х годов никто уже не сомневался в достоинствах роторно-поршневого двигателя. Компания NSU, инженеры которой внесли решающий вклад в доводку этого мотора, уже выпускала серийные автомобили с двигателем Ванкеля – один из них, модель Ro-80, даже заслужил в 1967 году титул лучшего автомобиля года.

Роторно-поршневой двигатель Suzuki RE5.

Ведущие двигателестроительные корпорации выстроились в очередь за покупкой патента. В этом ряду оказалась и Suzuki… Японцы подошли к освоению нового производства с размахом. Построили огромный завод для изготовления роторно-поршневых двигателей. И задумали остроумную схему их ремонта: чтобы местные мастерские не заморачивались с этими сложными агрегатами, все дефектные моторы отправлялись на завод в обмен на отремонтированные (гарантия на двигатель составляла 12 месяцев – солидный по тем временам срок – или 19 000 км пробега).

Не ограничившись ноу-хау от NSU, японские инженеры сами приложили немало усилий и изобретательности для доводки мотора, получив 12 патентов. Новый мотоцикл, получивший имя Suzuki RE5, с помпой дебютировал в конце 1974 года. Машину представлял астронавт Эдгар Митчелл – шестой человек, ступивший на поверхность Луны.

В случае успеха 500-кубового Suzuki RE5 за ним должны были последовать двухсекционный 1000-кубовый RE10 и даже трехсекционный 1500-кубовый RE15.

Односекционный двигатель жидкостного охлаждения рабочим объемом 497 см³ (как в этом агрегате вычисляется рабочий объем – лучше и не спрашивайте!) развивал 62 л.с. при 6500 об/мин и 74,5 Н*м крутящего момента всего при 3500 об/мин. Приготовлением смеси заведовал двухкамерный карбюратор Mikuni, по своей конструкции практически такой же, как на роторных автомобилях Mazda. Кроме обычной циркуляционной системы смазки, с маслом в картере, стояла дополнительная система со своим маслобаком, впрыскивавшая небольшое количество масла в бензовоздушную смесь – для смазки уплотнений.

Треугольный поршень, вал с эксцентриком и крепящаяся к крышке статора шестерня. Шестерни в РПД не передают момент, а служат для синхронизации вращения.

Через двухрядную роликовую цепь момент передавался на сцепление и пятиступенчатую коробку передач. Ходовая часть – дуплексная стальная рама, «телескоп» и двухдисковый тормоз спереди и маятниковая подвеска и барабанный тормоз сзади, спицованные колеса – были заимствованы у проверенной модели GT750.

А вот дизайн заказали легендарному маэстро Джорджетто Джуджаро, и тот расстарался. Сражали наповал цилиндрический задний фонарь и такой же формы щиток приборов, причем сами приборы закрывал плексигласовый кожух, отъезжавший при включении зажигания. В общем, как сказал наш корреспондент Пол Гарсон, чтобы водить такой мотоцикл, надо бы прикупить шлем с двумя антеннами…

Изобретенный для электрохимического покрытия внутренней поверхности статора состав на основе кремния, никеля и углерода и сейчас с успехом применяется в мотоциклетных двигателях Suzuki.

Журналисты, которым выпала честь первыми протестировать новинку, впали в щенячий восторг. Импонировало все: потрясающая тяговитость двигателя, изумительная плавность его работы, даже весьма необычный саунд. Мотор радовал сочной динамикой разгона уже с 2000 об/мин, а на 5000 об/мин следовал вкусный подхват. Мотоцикл разгонялся до 185 км/ч, а на 130–140 км/ч можно было мчаться весь день не уставая.

Снаружи роторный двигатель выглядит не слишком эстетично. Под верхним овальным кожухом – привод помпы, под нижним круглым – сцепление.

Наслушавшись хвалебных отзывов, японцы довольно потирали руки, ожидая покупателей. И… не дождались. Suzuki RE5 стала одним из самых оглушительных провалов на мотоциклетном рынке! Люди заходили в салоны, цокали языками, рассматривая новинку, и… уходили к дилерам Honda или Kawasaki. Всеобщее настроение по поводу роторных двигателей высказал Гарри Манди, главный инженер компании Jaguar: «Шатуны были хороши для моего деда, для моего отца – значит, они хороши и для меня».

Поначалу японцы списали свою неудачу на слишком радикальный дизайн. В сезоне 1976 года в продажу поступила модернизированная модель – с обычными приборами и задним фонарем. Причем дилеры получили наборы с измененными узлами – чтобы непроданные модели 1975 года переоборудовать в аппараты образца 1976 года.

Увы, рынок этого тактического отступления не то чтобы не оценил – он его просто не заметил.Так всеобщий консерватизм покупателей поставил крест на хорошей технической идее.

Рабочий цикл в роторно-поршневом двигателе происходит три раза за один полный оборот поршня. Слева направо: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

А заодно едва не оборвал историю компании Suzuki. Процветающая корпорация оказалась на грани краха! Спас ее привычный для потомков самураев прием: слямзить! В конце 1976 года компания представила модель Suzuki GS750 с «обычным» четырехцилиндровым четырехтактным двигателем, подозрительно похожим на мотор Kawasaki Z1.

Производство Suzuki RE5 продолжалось всего два года. Было выпущено чуть более 5000 машин.

Вскоре последовала целая серия четырехтактных моторов – с одним, двумя и четырьмя цилиндрами. Они оказались очень удачными и спасли компанию. «Роторный путч» в корпорации Suzuki предпочли… забыть. Когда в 2010 году компания открыла свой новый музей, модели RE5 в нем не оказалось. Впрочем, поклонникам машины это нисколько не мешает. Объединенные в несколько клубов, они холят и лелеют своих любимцев. Тем более что они оказались на редкость выносливыми и долговечными, некоторые пережили даже путешествие через пустыню Сахара.

Из-за высокой температуры выпускных газов пришлось применить глушитель с двойными стенками и подсосом свежего воздуха.

Этих аппаратов было выпущено не так уж и много – чуть больше пяти тысяч – а это автоматически поднимает коллекционный статус. В конце концов, Suzuki RE5 – один из самых необычных серийных мотоциклов в мире. Как сказал один автомобильный историк, «если бы Ванкель изобрел свой двигатель в XIX веке, мотор с возвратно-поступательно движущимися поршнями сейчас считали бы техническим курьезом».

Почему не получилось.

История техники знает немало примеров, когда многообещающая идея заводила в тупик, и роторно-поршневой двигатель – один из самых показательных случаев. Его разработка была связана с неимоверными трудностями.

Самая первая проблема, с которой столкнулись конструкторы – уплотнения. В поршневом двигателе обычного типа на ее разрешение работает и большая площадь контакта в паре поршень-цилиндр, и цилиндрическая форма уплотнительного кольца, что позволяет сделать его пружинным. Да и прорыв газов большой беды не натворит.

В роторно-поршневом двигателе горящие газы, прорвавшись в соседнюю камеру, могут вызвать воспламенение и там. Уплотнять ротор приходится и по вершинам, и по торцам. При этом форма уплотнений такова, что пружинными их не сделаешь. Инженеры научились использовать для прижимания уплотнений к рабочим поверхностям сами рабочие газы, но для запуска все равно пришлось ввести и пружины.

Для двигателя Ванкеля характерна очень высокая рабочая температура. А это заставляет охлаждать не только цилиндр-статор, но и ротор. В агрегатах мотоциклетного типа для этого обычно используется масло системы смазки. Теперь представьте себе схему его циркуляции при вращающемся роторе! Из-за высокой температуры для уплотнений и их пружин приходится применять экзотические материалы – сплавы бериллия и титана.

Даже свеча зажигания, вернее, углубление, в котором она находится, вызывает проблему! Ведь через него газы могут прорваться в соседнюю камеру. Поэтому приходится либо использовать свечи особой конструкции, либо делать предкамеру с очень узким протоком. Коленвал у обычного ДВС находится внизу, а у роторного – посередине. Что на мотоцикле вызывает трудности с компоновкой.

Да и внешний вид мотора восторга не вызывает – алюминиевый слиток, да и только. Но главный враг роторно-поршневого двигателя – термодинамика, против законов которой не попрешь. Для лучшей эффективности ДВС соотношение площади камеры сгорания к ее объему должно стремиться к минимуму. Вот почему были так популярны полусферические камеры сгорания (шар – рекордсмен по этому соотношению), из-за повышения степени сжатия превратившиеся в почти плоский «домик». А у роторно-поршневого двигателя камера сгорания представляет собой щель!

Отсюда большие теплопотери через стенки статора и ротора, что приводит к высокой температуре деталей, снижению КПД и неудовлетворительным экологическим показателям. Когда в 1969 году концерн Volkswagen приобрел компанию NSU, никто и не скрывал, что сделано это из интереса к патентам на роторно-поршневой двигатель.

Но, разобравшись, инженеры VW решили его не внедрять – разработанная конструкторами NSU новая модель пошла в производство как VW K70 с обычным мотором. Впрочем, для набора статистики производство роторной модели NSU Ro-80 продолжалось аж до 1977 года. Выступать в роли испытателей покупателям не впервой!