Существует легенда о том, что роторный двигатель приснился его изобретателю Феликсу Ванкелю в семнадцать лет. Это не первый случай, когда великие открытия приходили их авторам во сне, например, Дмитрию Менделееву приснилась Периодическая система химических элементов. Однако в данном случае в это трудно поверить, ведь у Ванкеля не было ни математического, ни физико-технического образования, все технические дисциплины он изучал самостоятельно. Весьма сомнительно, чтобы юноше без специального образования могло присниться серьезное техническое изобретение. С другой стороны, принцип работы роторно-поршневого двигателя прост как все гениальное, и не исключено, что этот необыкновенный случай, действительно, имел место.
Первые опыты и путь к совершенству
Разумеется, талантливый самоучка Ванкель вряд ли смог бы реализовать замысел без участия настоящего профессионала, обладающего, кроме живого ума и пространственного воображения, знанием законов физики и последних изобретений механики. Таким профессионалом для Феликса Ванкеля стал его сослуживец по компании NSU Motorenwerke AG, инженер Вальтер Фройде. До встречи с ним Ванкель пытался собрать эффективный роторный двигатель в собственной небольшой мастерской и даже заинтересовал своей идеей компанию BMW. Однако успеху помешало не только отсутствие знаний, но и политические катаклизмы: приход к власти Гитлера, война и разгром гитлеровской Германии.
Первой машиной с революционным двигателем Ванкеля-Фройде стал в 1957 году автомобиль NSU Prin. Этот образец был ненадежным, неэкономичным и громоздким, поэтому до серийного производства ему было еще далеко. Однако работа над изобретением продолжалась. Крупные автомобильные компании заинтересовались и стали приобретать лицензии на новый двигатель. В числе первых оказалась корпорация Curtiss-Wright, за ней Daimler-Benz, а потом Friedrich Krupp, MAN, Friedrich Krupp и Mazda. Именно инженерам компании Mazda удалось осуществить наиболее серьезные усовершенствования мотора и начать серийный выпуск спортивных автомобилей с роторным движком.
Принцип работы роторного двигателя
Изобретение роторного двигателя стало важным событием для автомобильной промышленности, поскольку решило одну из проблем, присущих работе двигателя внутреннего сгорания. При всех безусловных достоинствах ДВС, его конструкция требует непрерывного преобразования возвратно-поступательных движений поршня во вращательные движения колес. На эти преобразования уходит значительная часть энергии и поэтому КПД двигателя снижается, а детали изнашиваются быстрее. В цилиндре происходят попеременно четыре вида (такта) работы: сначала впуск воздуха, затем его сжатие, сгорание горючей смеси и, наконец, выпуск.
Хотя роторный двигатель, по сути своей, тоже ДВС, но работает он иначе. Каждый такт осуществляется в отдельной части этой камеры. Ротор по форме напоминает треугольник с закругленными вершинами, внутри которого есть круглое отверстие с зубчиками, как у шестерни. В него вставляется вращающийся вал с меньшим диаметром, тоже оснащенный зубцами, посредством которых он сцепляется с ротором. Вершины треугольника перемещаются по замкнутой траектории (эпитрохоиде). Создается три отдельных объема газа. Ротор вращается, попеременно заставляя эти объемы то сжиматься, то расширяться. Смесь делает полезную работу, затем отработавшие газы выталкиваются, всасывается новая порция воздуха и процесс продолжается.
Крах и возрождение на Волге
Вспышка интереса к роторным двигателям в западном мире была своего рода массовой эйфорией. На какие только виды транспорта не пытались устанавливать этот мотор. Механики экспериментировали не только с автомобилями, мотоциклами, катерами и снегоходами, но даже с легкими самолетами. Однако в 1973 году грянул нефтяной кризис и все автопроизводители, кроме Mazda заморозили роторные программы.
И тут, неожиданно для всего мира, в 1974 году советское правительство создало для работы над двигателями собственное опытное производство на базе ВАЗа. Были предприняты попытки переговоров о приобретении лицензии с Феликсом Ванкелем, однако контракт так и не был подписан. Наконец, в 1976 году путем копирования двигателя Mazda и собственных разработок был создан первый отечественный односекционный двигатель ВАЗ-311.
Разработками роторного двигателя заинтересовались спецслужбы и разработки начали осуществляться с поддержкой силовых структур. Благодаря этому появился легендарный «Аркан» - ВАЗ-21019 с двухсекционным РПД и мощностью 120 лошадиных сил. Роторные «Арканы» разгонялись до «сотни» за 8 секунд и имели максимальную скорость 210 километров в час.
Успехи в модернизации и совершенствовании роторного двигателя на ВАЗ связываются с именем человека, долгие годы руководившего СКБ РПД – Бориса Поспелова. После его смерти руководителем стал авиационный инженер Владимир Шнякин, фактически, свернувший работу над моторами для наземного транспорта. С его приходом основным направлением работы конструкторского бюро стала разработка авиационных двигателей, а оставшиеся лаборатории были переориентированы на маломощные автомобили.
Сегодня выпускается всего несколько моделей отечественных машин с роторным двигателем, например, ВАЗ 2109 или 21099 от «Лада Фаворит». Впрочем, и во всем мире роторный двигатель остался самым недооцененным из перспективных изобретений. Даже Mazda ставит роторные моторы только на свои спортивные модели.
