Журнальная статья 1991-ого 35 лет двигателю Ванкеля (L’Automobile Magazine, Франция)

Вообще, таких статей всегда было много и все знакомы с этим направлением, но конкретно эта меня привлекла тем, что в ней есть небольшая заметка о праворульной Mazda Eunos Comso (кузов JC) 1991-ого года, которая никогда не экспортировалась за пределы Японии, имея на борту очень много инновационных вещей.

Статья состоит из общего вступления, исторической части, статьи о Mercedes C111-II, Mazda Eunos Cosmo, Mazda RX-7 Turbo Cabriolet и интервью с президентом Mazda. Здесь публикую короткое интро и историческую часть, остальные — отдельными публикациями.

Перевод статьи 35 лет двигателю Ванкеля от французского автомобильного журнального издания L’Automobile Magazine, № 542, Август, 1991.

ЧТО ЖДЁТ ДВИГАТЕЛЬ ВАНКЕЛЯ?

Это было великолепное изобретение: удивительно легкий, компактный и эластичный мотор. В конце шестидесятых годов Феликс Ванкель был уверен, что цель уже близка, ведь его разработкой интересовались абсолютно все автопроизводители. Но грянул нефтяной кризис, который в одночасье перечеркнул все надежды. Сегодня только компания Mazda продолжает верить в роторно-поршневой двигатель. И что, если японцы правы?

ДВИГАТЕЛЮ ВАНКЕЛЯ 35 ЛЕТ. ВСПЫШКА ИНТЕРЕСА И ОХЛАЖДЕНИЕ ЧУВСТВ

Легкий, компактный и обладающий непревзойденной плавностью работы роторный мотор Ванкеля был главным техническим проектом шестидесятых годов. Однако непомерный аппетит погубил его в семидесятые. Сможет ли завидная экологическая чистота возродить его к жизни до конца нынешнего тысячелетия?

Немецкий инженер Феликс Ванкель увлекся роторно-поршневыми машинами еще в 1926 году. Основы конструкции компрессора, работающего по такому принципу, были заложены в конце шестнадцатого века, а концепция аналогичного двигателя появилась в середине восемнадцатого столетия. И хотя это ни в коей мере не умаляет заслуг немецкого изобретателя, Ванкель лишь воплотил данный мотор в металле. Известно, что любой нагнетатель или насос — это потенциальный двигатель, нужно лишь увязать воедино несколько геометрических пропорций, которые далеко не очевидны.

Впрочем, Ванкель добился своего только в возрасте 49 лет: в 1951 году ему удалось привлечь к своим исследованиям крупную компанию NSU, доселе топтавшимся на месте из-за нехватки финансирования. Роторный компрессор Ванкеля с трехгранным ротором был установлен на 50-кубовый гоночный мотоцикл NSU, который в 1956 году вплотную подобрался к отметке 200 км/ч, а первый полноценный двигатель заработал уже в следующем году. Этот агрегат, именовавшийся DKM (Drehkolbenmotor), был крайне неудобен для установки на дорожные транспортные средства. Он представлял собой в чистом виде двигатель с соосным вращением рабочих органов — как ротора, так и самого статора, напоминая знаменитые авиационные двигатели Gnome начала века. Потребовался еще год работы, чтобы мотор схемы KKM (Kreiskolbenmotor) с неподвижным статором окончательно определил финальный облик двигателя Ванкеля.

С этого момента эволюция ускорилась: уже в 1958 году американская Curtiss-Wright приобретает лицензию для США (позже переуступив права фирмам Johnson-Evinrude и American Motors Co), в 1960–1961 годах их примеру следуют Sachs, Yanmar, Mazda, Perkins, KHD, Daimler-Benz и MAN, а на Франкфуртском автосалоне 1963 года дебютирует родстер NSU Spider. Это событие провоцирует новую волну покупки лицензий, в которую включаются Alfa Romeo, Rolls-Royce, Porsche и народное предприятие VEB, выпускавшее технику MZ и Wartburg. А концерн Mercedes в 1965 году оказывается буквально в шаге от участия в марафоне 24 часа Ле-Мана на спортпрототипе с трехроторным силовым агрегатом. Тем не менее вывод модели Spider на рынок оказался несколько преждевременным: надежность машины вызывала серьезные вопросы, и следующую серийную модель с роторным мотором компания NSU выпустила лишь четыре года спустя.

Появившийся в конце 1967 года седан Ro 80 стал безусловным триумфом, как минимум с точки зрения потрясающего дизайна, и тогда казалось, что перед новой технологией открыты все двери. В том же году NSU и Citroën объединяют усилия и создают на территории Саара совместное предприятие Comotor для организации крупномасштабного производства роторно-поршневых двигателей. Все автопроизводители экспериментируют с этим принципом или пытаются разработать собственные аналоги, как это делали Isuzu и Renault. Компании Nissan, GM, Toyota, Ford, BSA, Yamaha и Suzuki один за другим приобретают права на производство двигателя Ванкеля, который в тот момент казался безальтернативным силовым агрегатом будущего.

Молодой и прожорливый

Увы, наступили семидесятые годы, принесшие с собой жесткие экологические нормы и повсеместную борьбу за экономию топлива. Снизить токсичность выхлопа роторного мотора оказалось не так уж сложно: процесс сгорания смеси в нем во многом схож с двухтактным циклом, он прекрасно переваривает неэтилированный бензин, а в его отработавших газах содержится много угарного газа и несгоревших углеводородов при минимальном количестве оксидов азота. С другой стороны, этот мотор отличался отменным аппетитом: всего пятнадцати лет активной доработки просто не хватило для того, чтобы по показателю теплового коэффициента полезного действия догнать классический поршневой двигатель с возвратно-поступательным движением, конструкция которого оттачивалась инженерами на протяжении почти целого века.

Тем не менее, двигаясь по инерции, несколько производителей успели запустить в свободную продажу машины с двигателями Ванкеля. Французская Citroën в автомобильном секторе, а также Sachs-Hercules и Suzuki в мотоциклетном мире решились на эту авантюру в период с 1971 по 1973 год. Нескромный аппетит этих моторов мгновенно подписал им приговор в условиях резко взлетевших цен на бензин. В итоге даже модель Audi 100, которая должна была выйти в 1977 году с роторным сердцем, в конечном счете получила традиционный поршневой силовой агрегат.

На фоне общего отступления ярко выделился один независимый игрок. Японская Mazda, продававшая свою Cosmo Sport с мая 1967 года, вплоть до 1971 года регулярно расширяла гамму роторных моделей. Компания не собиралась оставаться на задворках индустрии: уже в 1970 году она начинает экспортировать свои машины в Европу и США, а в 1973 году выпускает внушительные 240 000 роторных автомобилей! Надо признать, что в Японии, всегда открытой к любым инновациям, увлечение роторно-поршневыми моторами оказалось гораздо сильнее, чем в остальном мире. Что касается США, то американцы, хотя уже и обращали внимание на экологию (а в этом плане Ванкель чувствовал себя вполне уверенно), еще не были сильно обеспокоены вопросами экономии топлива, по крайней мере, в том рыночном сегменте, на который нацелилась Mazda.

И все же столь мощный прорыв роторной технологии на консервативном американском рынке не может не удивлять. Но руководство Mazda предусмотрительно не стало преподносить двигатель Ванкеля как некую революционную диковинку: значительная часть модельного ряда была дублирована, то есть в одном и том же кузове покупателю предлагались на выбор обычный поршневой или роторный мотор, а сами машины не пугали излишним авангардом. Проще говоря, среднестатистический американец порой даже не догадывался, что выступает в роли испытателя новой техники. При этом спортивные успехи японской марки в США, начавшиеся в 1979 году в гоночной серии IMSA в классе GTU, позволили стабильно продавать не менее 40 000 спорткупе RX-7 ежегодно вплоть до конца восьмидесятых годов, не сталкиваясь при этом с неразрешимыми проблемами по части надежности.

Отдельные громкие победы в Европе, такие как триумф в суточном марафоне 24 часа Спа в 1981 году, не смогли открыть для компании аналогичные рынки сбыта. Виной тому стали как спортивные, так и налоговые регламенты. Можно сказать, что законодатели попросту уничтожили роторно-поршневой двигатель, введя абсурдные коэффициенты эквивалентности рабочего объема, от которых в свое время не страдали даже двухтактные моторы.

Феликс Ванкель ушел из жизни 9 октября 1988 года. Что же осталось от этой красивой инженерной истории в 1991 году? Фирмы KKK и Pierburg прекратили работу над роторными нагнетателями еще в восьмидесятых, пионеры технологии Audi-NSU и Curtiss-Wright свернули свои исследования по двигателю Ванкеля в 1979 и 1984 годах соответственно, компания Norton выпускает штучные мотоциклы полукустарным методом, фирма Graupner до сих пор держит в каталоге крошечный моторчик для авиамоделизма, выпускаемый в Японии под маркой OS, да еще несколько редких самолетов продолжают летать на роторной тяге. И на этом фоне только отважная Mazda решилась в конце 1989 года запустить в серию совершенно новый трехроторный двигатель. Японская компания, чей суммарный объем выпуска роторных машин сегодня приближается к двум миллионам экземпляров, судя по всему, по-прежнему верит в эту концепцию. И, возможно, после этой неожиданной, но абсолютно заслуженной победы в Ле-Мане она почувствует себя обязанной верить в нее еще сильнее.

Лебединая песня или новый старт? Может ли упорство одного преданного своему делу первопроходца переломить мнение всего мира? Даже в самой компании Mazda сегодня нет прежней уверенности: японцы разложили яйца по разным корзинам и все сильнее сокращают долю роторных моторов в своей производственной программе. Очевидно одно: двигатель Ванкеля уже вряд ли сможет сместить с трона классический поршневой мотор. Максимум, на что он может рассчитывать, — это мирное сосуществование с ним. Что, согласитесь, само по себе уже неплохо!

Абсурдность законодательства

При расчете эквивалентного рабочего объема для двигателя Ванкеля с самого начала была принята формула, которая не имела ничего общего с реальным положением дел. Законодатели отталкивались от того факта, что этому мотору требуется три оборота эксцентрикового вала для совершения полного цикла, то есть для осуществления процесса сгорания во всех трех камерах, если рассматривать однороторную секцию. Иными словами, один рабочий ход приходится на один оборот вала, прямо как в двухтактном двигателе, тогда как четырехтактному поршневому мотору для совершения полного цикла требуется два оборота коленчатого вала в рамках одного цилиндра. Оставался всего один шаг до того, чтобы искусственно умножить рабочий объем одной камеры Ванкеля на два ради достижения эквивалентности с традиционным четырехтактным двигателем. И этот шаг был сделан, хотя в отношении двухтактных моторов подобные жесткие меры никогда не применялись. Подобная примитивная логика привела к преждевременному закату этого двигателя сразу в двух направлениях:

а). в спорте, поскольку искусственно завышенный расчетный рабочий объем создавал непреодолимый барьер с точки зрения конкурентоспособности и динамических возможностей. Сегодня эту проблему международная федерация решила максимально абсурдным путем: чиновники просто запретили использовать в кольцевых гонках любые двигатели, кроме четырехтактных поршневых с традиционными цилиндрами. Да здравствует прогресс!

б). в налоговой сфере, где ситуация доходит до смешного: купе Mazda RX-7 из-за расчетной налоговой мощности в 15 лошадиных сил облагается более высоким налогом, чем такие спорткары, как Alpine A610 или Porsche 911 Turbo с их 14 силами, Audi S2 и Lotus Esprit с 10 силами или Ford Sierra Cosworth с ее 9 силами, хотя все эти автомобили в абсолютных показателях динамики существенно превосходят японское купе.

Техника: инструкция по применению роторного мотора

В семействе трохоид, то есть кривых, описываемых точкой, связанной с окружностью, которая катится без проскальзывания по другой окружности или внутри нее, порой получаются весьма забавные фигуры. Многие из них абсолютно бесполезны и причудливы, но некоторые представляют огромный практический интерес. К примеру, конструкция большого количества масляных насосов базируется на определенном типе трохоиды, который отчасти напоминает схему Ванкеля, но с вращающимся статором. Однако главная особенность двигателя Ванкеля заключается в том, что он сам является источником крутящего момента, и эти условия наилучшим образом выполняются при использовании трехгранного ротора, вершины которого описывают фигуру, напоминающую по форме фасоль.

Мы не будем детально останавливаться на самом принципе работы двигателя Ванкеля. Главное, что нужно понимать: его эволюция была неразрывно связана с важнейшими достижениями в области металлургии, а точнее — в сфере создания уплотнений. Герметизация камер в таком двигателе должна обеспечиваться как по боковым поверхностям ротора, так и на его вершинах, причем условия работы этих уплотнительных элементов кардинально отличаются от условий в обычных поршневых моторах. Торцевые уплотнения должны стойко переносить нагрузки, постоянно меняющие свое направление, в то время как радиальные апексы контактируют со стенками статора под непрерывно изменяющимся углом атаки. Проще говоря, инженерам потребовалось очень много времени, чтобы подобрать идеальную пару трения между покрытием стенок статора и материалом уплотнений, а также найти оптимальную геометрию самих апексов. Именно в этой области велись основные научные изыскания.

Кроме того, ключевые усилия разработчиков были направлены на то, чтобы компенсировать крайне нерациональную — длинную и плоскую — форму самой камеры сгорания Ванкеля. За счет внедрения системы с двумя свечами зажигания на ротор и благодаря экспериментам с расположением впускных окон, которые делали периферийными или боковыми, энергетическая эффективность этого мотора колоссально выросла по сравнению с первыми прототипами. В остальном же роторный двигатель в полной мере вобрал в себя все новейшие достижения хай-тека, от которых получил свою долю и обычный поршневой мотор, особенно в вопросах качества моторных масел и совершенствования систем смазки.