Треугольный ротор вместо поршня: как на самом деле работает двигатель Ванкеля?

После Второй мировой войны двигатель Ванкеля считался самой яркой надеждой автомобильной промышленности, но вместо прорыва он потерпел неудачу. По сей день у него есть преданные поклонники.

Двигатель Ванкеля — одно из самых захватывающих, но и спорных изобретений в истории автомобилестроения. В отличие от весьма успешного возвратно-поступательного поршневого двигателя, в котором поршни движутся вверх и вниз по цилиндрам, двигатель Ванкеля основан на вращательном движении. В его центре находится треугольный ротор, который вращается эксцентрично внутри овального корпуса. Эта особая геометрия позволяет четырем тактам процесса сгорания — впуску, сжатию, рабочему циклу и выпуску — традиционного бензинового двигателя работать непрерывно в отдельных камерах. Таким образом, это по-прежнему четырехтактный двигатель, но такой, который не требует традиционных поршней.

Хотя двигатель Ванкеля технически называется роторным двигателем, в традиционном смысле у него нет поршней. Вместо типичного линейного движения вверх-вниз треугольные роторы сжимают воздушно-топливную смесь, инициируют сгорание и передают энергию в виде вращательного движения непосредственно на приводной вал. Роторы выполняют комбинированное вращательное и колебательное движение, что принципиально отличается от движения возвратно-поступательного поршневого двигателя.

Этот принцип работы обещает более плавный ход и меньшую вибрацию. Его простая конструкция, которая исключает коленчатый вал, шатун, распределительный вал, а также клапанный механизм и управление, позволяет сделать конструкцию значительно более компактной. Кроме того, двигатель Ванкеля потенциально легче. Его удельная мощность, т. е. мощность относительно объема, была впечатляющей с самого начала.

Этот тип двигателя был изобретен немецким инженером Феликсом Ванкелем. Идея роторного агрегата сгорания возникла у него еще в 1920-х годах, но конкретную работу он начал только после Второй мировой войны. Первый функциональный прототип, модель DKM 54, был представлен в NSU в Неккарзульме в 1957 году. Двигатель Ванкеля был запущен в серийное производство в NSU в 1960-х годах. Первой моделью был NSU Spider в 1964 году, за ним последовала Ro 80 в 1967 году, которая прославилась своим техническим новаторским духом, но вскоре обнаружила проблемы начального периода и концептуальные недостатки, которые помешали ее прорыву.

Основная проблема заключается в уплотнении между ротором и корпусом. Так называемые краевые или верхушечные уплотнения особенно нагружены, поскольку они находятся в прямом контакте со стенкой камеры сгорания при каждом обороте ротора. Износ высок, а расход масла и топлива, а также выбросы сравнительно высоки. Нормы выбросов впервые были введены в Германии в 1971 году, за чем последовал нефтяной кризис в 1973 году. NSU, которая с тех пор объединилась с Audi, впоследствии прекратила производство двигателей Ванкеля.

Mazda тоже в какой-то момент сдалась

Несмотря на эти проблемы, японский производитель Mazda лицензировал технологию NSU и самостоятельно ее доработал. Mazda RX-7, выпускавшаяся в нескольких поколениях с 1978 по 2002 год, стала легендарной, добившись успеха, прежде всего, в автоспорте. В 1991 году Mazda 787B стала первым автомобилем с двигателем Ванкеля, выигравшим гонку 24 часа Ле-Мана, что является уникальным достижением и по сей день. Последней серийной моделью с роторным двигателем была Mazda RX-8, производство которой было прекращено в 2012 году.

К этому времени европейские и американские автопроизводители уже давно признали двигатель Ванкеля тупиком. Например, Audi отказалась от технического развития наследия NSU. Другие производители, экспериментировавшие с технологией, такие как Mercedes-Benz и Citroën, также отказались от своих амбиций в отношении двигателя Ванкеля. В 2010 году Audi представила A1 E-Tron, в котором двигатель Ванкеля использовался в качестве расширителя запаса хода.

Даже в Mazda двигатель Ванкеля был тихим в течение многих лет. Однако в 2023 году он пережил небольшой ренессанс в серийном производстве: с тех пор японская компания использует роторный двигатель в качестве расширителя запаса хода в преимущественно электрическом MX-30 e-Skyactiv R-EV. Компактная конструкция и плавный ход роторного двигателя идеально подходят для этой цели. Однако даже здесь двигатель Ванкеля приводит к сравнительно высокому расходу топлива. Даже в этой нише двигатель Ванкеля, похоже, теряет позиции.

Учитывая растущую электрификацию систем привода, сомнительно, что он когда-либо вернется. Его конкретные недостатки, особенно в расходе топлива и выбросах, трудно устранить. Поэтому его история, вероятно, будет прежде всего одним: уроком технических инноваций и подводных камней, которые могут принести даже самые элегантные идеи.