Николаус Отто, Рудольф Дизель и Феликс Ванкель. Три блестящих инженера и изобретателя, создатели разных типов двигателей внутреннего сгорания. Все трое — немцы. Об этом стоит напомнить, чтобы миллионы сидящих за рулем людей помнили, какой нации и какой стране они обязаны. С судьбой Дизеля и Отто мы познакомили читателей, а судьба их творений общеизвестна — бесчисленное количество бензиновых и дизельных движков мчат вперед общество потребления. А вот куда мчат — вопрос сложный и болезненный. Международная энергетическая ассоциация прогнозирует, что к 2050 году разведанные запасы нефти на планете будут исчерпаны, а крупных новых открытий не предвидится. Многие из наших сегодняшних читателей, возможно, доживут до той поры, когда кормить их «железных лошадок» будет нечем, и великолепные автомобили — венец технической мысли — постепенно начнут превращаться в ржавую труху.
Впрочем, так далеко мы заглядывать не станем, хотя любой автомобилист какие-то азбучные вещи о топливе, на котором он ездит, знать должен. В частности, то, что причиной практически всех крупных войн XX столетия была борьба за обладание или контроль над ресурсами, прежде всего, над нефтью. Что у нынешней агрессивной политики США по отношению к Ираку есть единственная подоплека — превратить Ирак в своего вассала, отсрочив для себя мрачную перспективу. У нас почти незамеченным прошел крупный скандал в США, вызванный тем, что президент Буш распорядился расконсервировать нефтяные скважины даже в национальных парках — природных заповедниках. А куда ему было деваться, если при нынешнем уровне потребления запасов собственной нефти в США хватит на считанные годы. Надежда только на экспорт, без него супердержаве грозит энергетический голод. Ирак же владеет десятой частью всей нефти на планете. Этот самый крупный резервуар жидкого топлива американцы хотят прибрать к рукам и, будьте уверены, приберут — ничто и никто их не остановит. Это вопрос уже не политики, а элементарного выживания.
Теперь, после этого, на наш взгляд, существенно важного и необходимого отступления, вернемся к истории техники, к тем временам, когда талантливые инженеры — романтики и оптимисты — закладывали фундамент нашей техногенной цивилизации.
Линия жизни Феликса Ванкеля прямой не была, в ней были странные зигзаги и неожиданные повороты. Он вступил в национал-социалистическую партию в 1924 году, когда её никто всерьёз не принимал, а Гитлера называли шутом. И... вышел из нее через 8 лет, когда НСАДП уже стала серьезной политической силой, а Гитлер метил на пост рейхс-канцлера Германии. И стал им через год после того, как Ванкель покинул партийные ряды. Вольномыслие, которое другим стоило жизни, обошлось ему недорого — в полугодичную тюремную отсидку. Впрочем, это объяснимо. Известного советского авиаконструктора А.Туполева сталинский режим перед войной отправил в шарашку — были такие НИИ и КБ за колючей проволокой. Через неделю туда привезли его зама — тот был в панике. «Да успокойся ты, — объяснял ему шеф, — ведь самолеты кому-то делать надо, а они этого не умеют». И был прав — Андрей Николаевич на долгие годы пережил «вождя всех народов», а его ТУ летают и поныне.
Нечто подобное произошло и с Ванкелем. Фашистская Германия уже готовилась к войне, и конструктор двигателей опять оказался в фаворе — в 1936 году он основал лабораторию в Ландау на средства, выделенные по личному распоряжению Гитлера. Моторы кому-то делать надо, а нацисты этого не умели. Все военные годы Ванкель конструировал авиационные двигатели для люфтваффе. А после разгрома фашизма и лабораторию закрыли, да и вообще работу конструктора Ванкель потерял. Но вскоре он предложил свои разработки компании NSU, был принят на работу, а со временем стал главным конструктором этой фирмы.
Если верить легенде, свой необычный двигатель Ванкель увидел во сне: никакого шатунно-кривошипного механизма — просто треугольный ротор, вращающийся в овальном корпусе. Возможно, так и было — приснилась же Д.Менделееву его периодическая таблица элементов. Конечно, это не минутное озарение и не счастливая случайность, просто результаты напряженной работы мысли откладываются в подсознании, откуда с почти мистической таинственностью вдруг всплывают в виде готового решения. Однако сон Менделеева оказался вещим — периодическая таблица получила всемирное признание и стала фундаментом современной химии. Сон Ванкеля пророческим, увы, не стал...
Конструкцию роторно-поршневого двигателя (РПД) Феликс Ванкель запатентовал в 1954 году. Спустя три года первые образцы прошли стендовые испытания. А вскоре страницы популярных журналов запестрели заголовками: «Двигатель Ванкеля — революция в моторостроении». Научные и проектные центры во всех промышленно развитых странах мира взялись за работу над РПД. Ведь достоинства роторного двигателя несомненны — он сулил возможность получить вдвое большую мощность при тех же габаритах, что и традиционные моторы. А технические проблемы казались легко преодолимыми. Восторги оказались преждевременными — революции не случилось.
Почему же не оправдались ожидания? Чтобы ответить на этот вопрос, надо хотя бы вкратце рассказать, как устроен и работает двигатель Ванкеля. Треугольный поршень (ротор) вращается внутри корпуса (статора). При вращении его грани отсекают переменные объемы, образуя своего рода «бегущую» по ротору камеру сгорания. Процессы в ней происходят знакомые: всасывание, сжатие, воспламенение, выпуск. Ротор связан с эксцентриковым валом, который передает крутящий момент на трансмиссию. Простенько и со вкусом.
Сложности начинаются, когда рассматриваешь кинематику вращения ротора — он движется по замысловатой траектории так, что три его вершины постоянно соприкасаются со статором. В геометрии кривая, образующая внутреннюю поверхность статора, называется эпитрохоидой. В пространстве между статором и ротором образуются три камеры, аналогичные камерам сгорания, расположенными над поршнями обычного двигателя. Процесс впуска начинается, когда вершина ротора пересекает кромку впускного окна. Затем объем камеры стремительно расширяется, и в нее поступает воздушно-топливная смесь. Когда следующая вершина ротора перекрывает впускное окно, смесь начинает сжиматься. В момент наибольшего сжатия смесь поджигается искрой и начинается рабочий ход. Затем открывается выпускное окно, и отработавшие газы покидают пространство камеры. Впуск и выпуск газов происходит через окна в статоре, как у двухтактных поршневых двигателей.
Эта схема, в сущности, и определяет все достоинства и недостатки РПД. Достоинства очевидны: деталей в роторном моторе меньше, чем в обычном двигателе, а, значит, у него меньше габариты и масса. Нет деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, значит, мотор работает очень плавно, вибрация минимальна, энергия не тратится на торможение и новый разгон поршней. Казалось бы, уже поэтому двигатель Ванкеля должен быть экономичнее двигателя Отто. Но это не так.
Неэффективная форма камеры сгорания вызывает повышенный расход топлива и токсичность отработавших газов. А другой формы быть не может — мешает проклятая эпитрохоида. Это своего рода константа, она может быть только такой, какой есть. Изменишь линию — грани ротора перестанут соприкасаться с поверхностью статора. Это главный недостаток РПД. Есть и еще один — переход на производство РПД вызовет замену всего оборудования. А это предприятиям автопрома экономически невыгодно. Вот почему роторный мотор no-прежнему остается, в сущности, невостребованным. Об этом свидетельствует скудная хроника его практического применения.
1964 год. Немецкая фирма NSU начала производство первого в мире серийного автомобиля с двигателем Ванкеля.
1970 год. Немецкая компания «Геркулес» представила экспериментальный мотоцикл с РПД.
1973 год. На мотосалоне в Токио компании «Ямаха» и «Сузуки» продемонстрировали экспериментальные мотоциклы с РПД. Английский концерн «Нортон-Вильерс-Триумф» начинает работы над двигателем Ванкеля.
1974 год. Началось серийное производство мотоциклов «Геркулес W2000». За четыре года выпущено около 1800 машин.
1975 год. «Сузуки» ставит на конвейер мотоцикл RE-5, выпускает его в течение трех лет, затем сворачивает производство — двигатель не отличался долговечностью.
1983 год. Британская полиция получила первые 130 мотоциклов «Нортон» с роторным двигателем.
1990 год. На мотоциклах «Нортон» выиграна гонка «Турист Трофи» и установлен британский рекорд скорости — 308,75 км/ч.
В автопроме этот перечень еще короче. Вслед за фирмой «NSU» экспериментировать с новым силовым агрегатом стали французский «Ситроен», «Даймлер-Бенц» опробовал РПД на своем прототипе С-111. К ним присоединились не менее десятка других фирм помельче. Но все модели роторных машин терпели крах на рынке, что стоило некоторым компаниям потери самостоятельности и даже банкротства. От роторных моторов отказались все автозаводы — в 1975 году ими оснащались только двухместные машины серии «Мазда RX».
Советский Союз тоже поучаствовал в гонке, в которой до сих пор нет победителей. В 1961 году серпуховский ВНИИмотопром создал первый рабочий образец двигателя РД-250. Его доводили несколько лет — лишь в 1970 году начались дорожные испытания мотоцикла с модификацией этого двигателя под индексом РД-350В. Шли годы, появлялись новые варианты... Лебединой песней был разработанный в 1988 году двигатель РД-601 — на нем и закончились попытки оснастить отечественные мотоциклы мотором Ванкеля.
И наш автопром попытался освоить РПД — более успешно, хотя и не очень впечатляюще. С 1974 года на ВАЗе работает специальное конструкторское бюро роторно-поршневых двигателей. Здесь создано семейство РПД мощностью от 40 до 200 л.с. Роторными моторами оснащают ВАЗ-2105, ВАЗ-2107, «восьмерки» и «девятки», проходит испытания переднеприводной автомобиль ВАЗ-2110 с РПД.
От человека, которому довелось прокатиться на машине с мотором Ванкеля, вы услышите только восторженные отзывы. Приёмистость просто фантастическая, причем на прямой передаче машина разгоняется почти так же легко, как и на второй. А главное, РПД может без потери мощности работать на низкооктановом бензине, например, АИ-76. Для нашей глубинки — неоспоримое достоинство. Однако эти двигатели расходуют до 12 литров бензина на 100 километров, и снизить этот показатель не удается. А главное — пункты их техобслуживания есть только в Тольятти и Москве.
Словом, двигатель Ванкеля до сих пор остается экзотикой. Революция не состоялась. Но недаром же в СССР был девиз: есть у революции начало, нет у революции конца. Возможно, у этой истории когда-нибудь будет счастливый финал. Ведь РПД по-прежнему владеет умами конструкторов — куда как заманчиво создать надежный движок, у которого всего три детали.