Многие слышали о преимуществах роторно-поршневых двигателей, но автомобилей и мотоциклов с такими силовыми установками выпускалось крайне мало. Главной причиной этого явления принято считать высокую сложность в производстве и обслуживании таких двигателей, но на самом деле этими недостатками они не ограничились.
Несмотря на высокие требования к точности изготовления деталей для РПД, конструктивно они значительно проще. Первыми такой двигатель создали инженеры Феликс Ванкель и Вальтер Фройде еще в 1957 году.
Первым автомобилем с такой силовой установкой стал NSU Spider. Мощность при объеме 0.5 литра составила 50 л.с., а в более поздних версиях – 57 л.с. Позже появился и NSU Ro 80, в котором с литра объема сняли уже 115 л.с. Поспешное внедрение этой технологии отчасти стало причиной банкротства компании.
Технологически материалы тех лет были несовершенны, из-за чего двигатели нуждались в частом обслуживании. Наиболее уязвимым местом стали уплотнители, изнашивавшиеся слишком быстро, а гарантийные обязательства компании перед потребителями оказались слишком затратными. Таким образом компания NSU была вынуждена влиться в стремительно набиравшую обороты Audi в 1969 году.
Эксперименты с РПД проводили многие компании, среди них был даже ВАЗ, но это касалось в основном автомобилей специального назначения. Также роторные двигатели устанавливались на Mercedes-Benz C111, Citroen GS Birotor и даже на Chevrolet Corvette. Самым известным РПД по праву считается 13B-MSP, который устанавливался на автомобили Mazda-RX8. К слову, первой моделью Mazda с роторно-поршневым двигателем стала Cosmo 110S (Cosmo Sport), выпущенная в 1967 году. Ее двигатель развивал 110 л.с.
Двигатель имеет принципиальные отличия по сравнению с поршневым. Если у поршневого сами поршни, закрепленные на шатунах, совершают возвратно-поступательные движения, после чего коленчатый вал преобразовывает их во вращательные, то у роторно-поршневого эти потери мощности отсутствуют, что повышает его КПД. Также стоит отметить максимально упрощенный газораспределительный механизм. Сам ротор в движении открывает и закрывает окошки, т.е. фактически выполняет функцию клапана в какой-то степени, но перед окошками установлены форсунки.
Все такты видно на гифке, и общий принцип работы понять, в общем, не сложно. Это привычные впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск, только выглядит это немного непривычно. Треугольный ротор с зубчатым колесом в центре соединен с эксцентриковым валом, вокруг которого он перекатывается, вращая его. Полости вокруг ротора и являются камерами сгорания для топливной смеси, отсекаемыми друг от друга уплотненными гранями ротора. Сами уплотнители на гранях и являются одним из самых слабых мест такого типа двигателя. В принципе, если не вдаваться в подробности системы охлаждения, смазки, каких-либо датчиков и вспомогательных систем, в этих механизмах и заключена вся работа двигателя, что делает его очень компактным и простым. Такая конструкция создает в работе намного меньше вибраций, чем у поршневых двигателей, также диапазон крутящего момента значительно выше и стоит отметить, что двигатель не боится высоких оборотов. Количество роторов в двигателе бывает разное – обычно это 2 ротора, но энтузиасты делают и 4, совмещая 2 стандартных двигателя.
К примеру, на Mazda RX-8 устанавливается двигатель 13B-MSP, состоящий из двух секций, т.е. имеющий 2 ротора. Этот агрегат при объеме всего в 1.3 литра выдает весьма приличную мощность в 192 л.с., а в форсированном исполнении – 250 л.с. Предшественнице, Mazda RX-7, достался же двигатель 13B-REW, развивавший до 280 л.с., при этом потенциал для дальнейшего увеличения мощности у него оставался.
Сама конструкция имеет КПД несоизмеримо выше, чем у обычного поршневого двигателя, ведь здесь нет прямолинейных возвратно-поступательных движений и механизма ГРМ. Также роторные двигатели выгодно отличаются стойкостью к детонации горючей смеси, что можно рассматривать как перспективное направление для водородного топлива. Тем не менее, низкое качество бензина зачастую является причиной поломки этих двигателей, так что с детонацией не всё так однозначно. Также в камере сгорания установлено 2 свечи с разной длиной электрода. К такому решению пришлось прибегнуть из-за продолговатой формы самой камеры сгорания.
Неприятной особенностью можно считать специфическую систему смазки и охлаждения роторных двигателей. Как минимум, в паре с таким двигателем должен быть установлен один масляный радиатор. Форсунки подачи масла встроены в сам эксцентриковый вал и статоры, что обеспечивает смазку стенок, с которыми соприкасается сам ротор. Также масло попадает в полость с горючей смесью, после чего вместе с ней сгорает. Этим обусловлены как высокий расход, так и высокие требования к маслу. Кстати, если уж заговорили про расход, то вопреки высокому КПД, расход топлива тут вовсе не скромный. Та же RX-8 потребляет от 10 до 14 литров на сотню. Для работы роторного двигателя пригодны только минеральные масла и некоторые виды полусинтетических, заверенных производителем. Масло должно сгорать практически не оставляя нагара, в противном случае он остается на стенках статора, со всеми вытекающими последствиями.
Ресурс такого двигателя составляет порядка 100 000 км, что соизмеримо с поршневой ВАЗовской классикой, но и та ходит зачастую больше. По истечении этого пробега делается капитальный ремонт двигателя, что дает ему шанс пробежать еще столько же. Как уже говорилось выше, первыми из строя выходят апексы (уплотнители) на роторах. И если постепенная потеря компрессии в связи с их износом это очевидно, но бывают и неприятные сюрпризы в виде отколовшихся кусочков апекса, разодравших поверхность статора и ротора.
И проблема состоит не только в том, чтоб прошлифовать статор. Если в поршневых двигателях после шлифовки цилиндров можно установить поршни соответствующего, увеличенного диаметра, то с роторными двигателями такое не пройдет – ротора увеличенного размера попросту нет. Также серьезной проблемой может стать элементарный износ вкладышей эксцентрикового вала. Если в поршневом двигателе это не особо критично, да и появляется характерный стук, сигнализирующий о необходимости вмешательства, то в роторном даже небольшая выработка меняет траекторию движения ротора, вследствие чего повышается износ апексов, также это может спровоцировать их сколы. И, что самое неприятное, степень изношенности вплоть до критичного момента практически никак себя не выдает, ведь направление движения здесь не прямолинейное. А значит, покупку б/у автомобиля с роторным двигателем можно считать лотереей, где победителей не так и много на самом деле.
Частой проблемой роторных двигателей также стал перегрев и просто неравномерный нагрев статора. Это предсказуемо, ведь в верхней части проходит впуск и сжатие, а в нижней – сгорание и выпуск. Но серьезные проблемы случаются в основном у форсированных двигателей, а рядовому автолюбителю без фанатизма это практически не грозит.
Если не вдаваться в мелкие технические подробности, то на этом, пожалуй, пора и заканчивать. Про роторные двигатели ВАЗ напишем в отдельной статье т.к. эта получилась и так достаточно большая, и уже начинает утомлять)
Оставайтесь с нами, впереди еще будет много интересного!