Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами

Доступный ликбез к 50-летию легендарной Mazda Cosmo Sport.

Ветераны гаражных посиделок всегда вспоминают роторно-поршневые двигатели (РПД) с придыханием и делают лица, как на картине Перова «Охотники на привале». Отставив кружку на пыльный капот, кто-нибудь непременно расскажет, как у друга брата соседа знакомый в девяносто пятом пытался уйти на свежем «биммере» (тридцать четвертая, мотор M50 «плита»!) от роторной «пятерки» «Жигулей». Безуспешно, разумеется. Присутствующие при этом должны делать осведомленно-понимающие лица. Случись тебе оказаться в этом уютном гараже с постерами «Совтрансавто», ты бы, вероятно, не спросил, что это за «эр-пэ-дэ» такое, чтобы не ловить на себе взгляды, полные презрения и разочарования в человеке, который и дистиллированную воду в аккумулятор никогда не доливал.

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами

Впрочем, эти косые взгляды стоит понимать так: мало кто из тех, кто мечтательно закатывает глаза при упоминании «роторов», готов объяснить тебе, чем они отличаются от обычных поршневых моторов. Ну а мы попробуем.

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами
Это кинематика обычного 4-цилиндрового поршневого мотора

Начнем сразу с анимации, так нагляднее. Только не с роторного двигателя, а как раз с обычного поршневого. В его цилиндрах горит смесь воздуха и горючего, обеспечивая возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршней, которое преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами
Роторный двигатель. Автор анимации Гарет Фоулер (Gareth Fowler)

В роторном двигателе кинематика иная. В полости корпуса на эксцентрическом валу вращается ротор — тело, очерченное тремя дугами, что-то вроде треугольника с выпуклыми сторонами (точнее, это треугольник Рёло — почитай на досуге). Сам корпус двигателя называют по-разному: статором, картером или просто секцией. Внутри него и происходит весь рабочий цикл, те же такты (впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск отработавших газов), что и в поршневом двигателе.

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами
Такты по часовой стрелке: впуск, сжатие, воспламенение и рабочий ход, выпуск

Но на этом сходство с обычным двигателем заканчивается. Цилиндров в роторно-поршневом моторе нет: все такты происходят в камере постоянно меняющегося объема, образованного неподвижными стенками секции и движущимся ротором — каждая вершина «треугольника» постоянно соприкасается с внутренней поверхностью корпуса, обеспечивая герметичность.

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами

Это постоянное трение уже само по себе проблема. Легко сказать — герметичный контакт трущихся деталей! Но надежное, а тем более долговечное уплотнение ротора и статичной секции даже с сегодняшними технологиями создать весьма сложно. Это, пожалуй, главный врожденный недостаток РПД. Неполная герметичность контакта влечет за собой высокий расход масла и бензина, а также грозит высокой токсичностью выбросов из-за большой доли несгоревших углеводородов. Очевидна и другая проблема: малый ресурс двигателя. Но все же оригинальную конструкцию решили довести до ума…

Роторно-поршневой двигатель иногда называют «ванкелем» — по имени одного из его создателей. Доктор Феликс Ванкель совместно с Вальтером Фройде разработал прототип РПД в 1958 году для мотоцикла немецкой марки NSU. Эта фирма давно утратила самостоятельность и фактически растворилась в структуре сегодняшнего концерна Volkswagen. Роторные технологии надолго пережили свою колыбель и в конце пятидесятых казались невероятно перспективными: патент на двигатель Ванкеля купили и Mercedes-Benz, и Citroen, и даже ВАЗ. Правопреемник NSU, марка Audi, тоже построила несколько прототипов.

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами
Вазовские «пятерки» и «семерки» с РПД поставлялись только спецслужбам. Внешних отличий от стандартных машин не было, а вот мощность достигала 140 л.с. Позже роторные моторы устанавливали и на «восьмерки», часть из которых поступила в свободную продажу. Партия была малой и породила множество легенд

Справедливый вопрос: чем так манила инженеров концепция с врожденными слабыми местами? Огромными преимуществами, помноженными на веру, что все сложности решаемы. Перспективы действительно манили. Если в обычном поршневом двигателе вращательное движение коленчатого вала обеспечивается возвратно-поступательным движением поршней, то роторная концепция предлагает только вращательное движение и поршня-ротора, и эксцентрического вала, что резко уменьшает число движущихся деталей. В результате сокращается число трущихся пар, источников шума и вибрации. Двигатель механически сбалансирован.

Кроме того, в РПД отсутствует привычный механизм газораспределения. Впускные и выпускные отверстия («окна») открываются и закрываются самим вращающимся ротором. То есть отпадает необходимость и в клапанах, а вместе с ними — в приводном ремне, распредвалах, коромыслах, пружинах клапанов... Просто взгляни еще раз на анимацию поршневого ДВС и мысленно убери все, что выше снующих вверх-вниз поршней. То-то же!

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами
А ведь на этой схеме довольно простой клапанный механизм...

В обычном поршневом двигателе деталей больше на несколько сотен. Роторная концепция также предлагает высокую удельную мощность и чрезвычайную компактность: РПД в 1,5—2 раза меньше поршневого безнаддувного мотора аналогичной мощности.

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами

И все же сложности с массовым производством «роторов» оказались чересчур значительны. Единственной компанией, которая более 50 лет упорно совершенствовала оригинальную и капризную концепцию, стала Mazda. В 1961 году японцы купили у NSU патент и сам двигатель.

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами

Первый серийный РПД из Японии был двухсекционным 1,0-литровым и развивал мощность 110 л.с. И это, заметь, в 1967 году! Двухроторная схема оказалась оптимальной для серийных легковых машин: она не намного сложнее односекционной, но обеспечивает наиболее равномерный крутящий момент, а заодно позволяет уменьшить объем камеры сгорания и, как следствие, долю несгоревшего топлива.

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами
Mazda Cosmo Sport, 1967 г.
Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами

Двигатель дебютировал на изящном купе Mazda Cosmo Sport. За ним последовали другие интересные модели вроде Luce Rotary Coupe или Cosmo 1981 года, но самой славной стала модель RX-7. Первое поколение появилось в 1978 году. Его 1,1-литровый агрегат развивал 115 л.с.

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами
Mazda Luce Rotary Coupe
Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами
Mazda Cosmo HT, 1981 г.
Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами
Mazda Savanna RX-7, 1978 г.

Вообще-то в 1970-х годах Mazda выпускала пикапы и даже легкие автобусы с РПД, но роторные моторы быстро стали ассоциироваться именно со спортивными моделями. В 1991 году прототип Mazda 787B с трехроторным двигателем вошел в историю как единственный японский автомобиль, одержавший победу в 24-часовой гонке серии American LeMans. Гонки на выносливость известны тем, что даже самые надежные конструкции нередко сходят с дистанции задолго до финиша. Тем почетнее победа РПД, конструктивно уступающего поршневым моторам в ресурсе.

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами
Прототип 787B жив и здоров. Фото сделано в 2015 году на Фестивале скорости в Гудвуде

На видео знаменитый гонщик Джонни Херберт спустя 20 лет выводит 787B на гоночный трек в Ле-Мане. Прототип звучит мощно и неистово, но, ты уж поверь, намного тише поршневых машин. Характерно, что до максимальных 9600 об/мин этот чудо-мотор раскручивается всего за секунду, и еще секунда нужна, чтобы сбросить обороты обратно до холостых.

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами
Вот он, трехроторный монстр R26B, ревущий из недр прототипа 787В

Путь РПД на гражданских машинах не прерывался. Второе поколение купе RX-7 (1985) оснастили турбонаддувом, отчасти для улучшения экологических показателей, а третье поколение (1991) щеголяло уже двумя турбокомпрессорами и мощностью 255 л.с. Редкой красоты купе выпускали до конца 2002 года, и мало кто догадывался, что инженеры уже несколько лет работают над совершенно новым РПД.

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами
Mazda Savanna RX-7 GT, 1985 г.
Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами
Третье поколение Mazda RX-7 выпускали с 1991 по 2003 год, и под конец производства мощность двухроторного мотора с турбонаддувом достигала 280 л.с. при 1,3 л рабочего объема
Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами

Mazda RX-8, мгновенно ставшая культовой, появилась в 2003 году. На ней ты гонял в Need for Speed, видел ее в «Форсажах», клипе Мадонны с Бритни и даже в «Шерлоке», а российские режиссеры снимали стильное купе с распашными дверями чаще, чем голливудские. Впрочем, хватило бы и одного эпизода из «Дневного дозора», когда ведьма Алиса (Жанна Фриске) едет на RX-8 по стене гостиницы «Космос».

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами
Ничего особенного. Просто RX-8 дрифтует по вертикальной стене гостиницы «Космос»...

Не самый известный факт: купе пошло в серию едва ли не случайно. Чтобы окупить затраты на новую заднеприводную платформу для родстера MX-5 третьего поколения (он дебютировал только в 2005 году), решили разработать еще одну модель на той же базе. Но какую? Среди поисковых эскизов инженеры приметили необычное купе, асимметричные двери которого открывались в разные стороны. Вот оно! Вот какой кузов подойдет для новейшего РПД!

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами
Mazda RX-8

Легкие полые роторы будущего экспериментального мотора показали еще в 1995 году на концепт-каре Mazda RX-01, а с 1999 года двигатель Renesis 13B уже готовили к серийному производству. Турбонаддув остался в прошлом, суммарный геометрический объем двух секций составил 1,3 л. Официально для автомобилей, оснащенных РПД, указывается «приведенный», удвоенный объем, в данном случае — 2,6 л. Даже с этой поправкой характеристики атмосферного мотора впечатляют: 231 л.с. при 8500 об/мин!

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами
Концепт-кар Mazda RX-01 1995 года. Так могло выглядеть четвертое поколение RX-7, но путевку в жизнь получила необычная RX-8. Пожалуй, так даже лучше

Renesis 13B был настолько далек от двигателя RX-7, как сам RX-7 от Cosmo Sport. Новый мотор вписали в тогдашние экологические нормы Euro 4 и сильно увеличили его ресурс. Переработать пришлось буквально все. Боковое расположение керамических впускных окон оптимизировало сгорание смеси, на каждую секцию приходилось по две разновеликие свечи зажигания. В качестве уплотнителя выбрали особо стойкий пирографит. Каждый новый двигатель выходил с завода с полимерными слоем, микропоры в котором удерживали масло. В ходе приработки деталей, примерно за 1000 км пробега, этот слой стирался. Эксцентрический вал получил систему динамической балансировки — она снижала низкочастотные колебания на разгоне, учитывая даже объем масла, поступающий в роторы.

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами

Заодно Renesis 13B получил все нововведения, характерные для поршневых моторов: электронный дроссель вместо тросового и систему впуска с пластиковым коллектором изменяемой геометрии. Вес мотора RX-8 сопоставим с рядной «четверкой» с алюминиевым блоком, а его компактный размер позволил сместить двигатель на 6 см назад и на 4 см вниз относительно RX-7.

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами

Инженеры продолжали экспериментировать: научили Renesis 13B работать на водородном топливе и построили на его основе гибридную силовую установку, да и вообще не собирались прерывать роторную династию. Сообщалось о разработке нового мотора Renesis 16X, который должен был при тех же габаритах и массе получить объем 1,6 л и непосредственный впрыск.

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами
Mazda Cosmo Sport и RX-8, фото 2009 года

Однако история нередко выбирает непредсказуемые дорожки. Производство RX-8 закончилось в 2011 году, и пока знаменитая серия не получила продолжения. Но мы надеемся, что прощаться с роторными двигателями, которые за 50 с лишним лет стали ассоциировать исключительно с автомобилями Mazda, пока рано.

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами

Посмотреть на легендарные роторные спорткары сегодня можно в Германии, где недавно начал работать музей Mazda Classic. Это первый случай, когда японская компания открывает подобное заведение в Европе. Будешь в городке Аугсбург, что недалеко от Мюнхена, заходи.

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами
Августовский номер
Августовский номер

Актуальный луг сезона! Актриса Анастасия Стежко в августовском MAXIM.

Рекомендуем

Закрыть
Примечание бородавочника по имени Phacochoerus Фунтик