Реалният „ванкелов“ двигател всъщност не е конструкцията на Феликс Ванкел
От Mazda често казват че за тях автомобилът е един инженерен романс. Може би през 60-те години, във ванкеловия двигател инженерите от наскоро произвела първия си автомобил компания Mazda откриват основите на „своя инженерен романс“. Сам по себе си той вече носи такава аура, защото се ражда от мечтата на един 17 годишен германски младеж през 1919 година…Но същевременно с това нито използваният от Mazda конструктивен принцип на работа, нито който и да било преди това внедрен в двигателите на NSU, Chevrolet, Citroen и Mercedes ще използва решението на Феликс Ванкел.
Звучи объркващо, но ето за какво всъщност става дума. Още през въпросната 1919 година роденият през 1902 година в областта Лар в Германия (там където се раждат и Ото, Даймлер и Бенц) младеж, споделя на приятелите си че неговият мечтан автомобил се задвижва от двигател, който е наполовина турбина, наполовина бутална машина. По това време той все още няма фундаменталните знания за буталните двигатели с вътрешно горене, но интуитивно смята че двигателят му може да постигне четирите цикъла на работа – всмукване, сгъстяване, работа и изпускане при въртене на буталото. Именно тази интуиция дълго ще го води по пътя му към създаването на работещ роторен двигател, какъвто другите конструктори са опитвали безброй пъти.
Бащата на Ванкел е убит през Първата световна война, след която младежът роден се занимава с продажба на печатни произведения и чете много техническа литература. През 1924 година на възраст от 22 години той създава малка лаборатория за разработване на роторен двигател, а през 1927 година прави първите чертежи на “Die Drehkolbenmaschine” (машината с въртящо се бутало). През 1939 година находчивото Министерство на въздухоплаването, открило рационалното зърно в ротационния двигател се обръща към Хитлер, който лично заповядва освобождаването на Ванкел, който тогава е в затвора по заповед на местния гаулайтер и обзавеждането на експериментална лаборатория край Боденското езеро. Там той разработва прототипи за BMW, Lillethal, DVL, Junkers и Daimler-Benz. Първият експериментален ванкелов двигател обаче се появява твърде късно за да помогне по какъвто и да било начин за оцеляването на Третия райх. След капитулацията на Германия, французите хвърлят Ванкел в затвора – същото което вече са направили с Фердинанд Порше. Феликс е освободен една година по-късно и поради липсата на по-продуктивно занимание започва да пише книга за роторно-буталните двигатели. По-късно той основава техническия институт за инженерни изследвания и продължава развойната работа и разработването на роторни двигатели и компресори за индустриални нужди. През 1951 година амбициозният конструктор успява да убеди шефа на отдела за спортни мотоциклети на NSU Валтер Фрьоде да си сътрудничат. Ванкел и NSU фокусират усилията си върху роторния двигател с камера с ябълковидна (трохоидна) форма триъгълно бутало с дъгообразни стени. През 1957 година е построен и първият работещ прототип на двигател наречен DKN. Това е рождената дата на ванкеловия двигател.
60-те години: Обещаващо бъдеще за роторния мотор
DKM показва че роторният двигател не е само мечта. Тук обаче се появява едно голямо НО… Всъщност конструкцията, създадена от Феликс Ванкел има два ротора – един вътрешен с типичната форма на „триъгълник с издути стени“ и външен ротор. Последният е с кръгла форма на външната част и ябълковидна вътрешна (или гореспоменатата трохоидна). Вътрешният ротор се върти единствено по оста си, а въртящият момент се предава от външния ротор, който е свързан с него със зъбна предавка и въртейки се в съчетание с вътрешния осигурява променливите камерни обеми. Конструкцията на Феликс Ванкел може да осигури високоборотни режими на работа, но ако се вгледате в негов разрез или във снимката в началото на този материал ще откриете колко сложна е тя. За да бъде сменена една свещ например, която е монтирана на междинния ротор, трябва да се разглоби целият двигател. Истинският практичен ванкелов двигател във вида който познаваме с фиксиран корпус и един ротор (или на практика бутало) е следващият KKM, който е дело на Ханс-Дитер Пашке, инженер от NSU и Валтер Фрьоде, по това време шеф на развойната дейност на NSU. Неговата конструкция включва външен корпус с всмукателни и изпускателни отвори и свещи от външната страна на корпуса и въпросното бутало, което извършва сложно движение – около оста си, която от своя страна също извършва кръгово движение и по този начин осигурява променливите обеми нужни за осъществяване на четиритактовия принцип. Буталото обтъркалва фиксирано зъбно колело, а въртящият момент се предава през ексцентриков вал и се получава от въпросното кръгово движение на оста на буталото.
Конструкцията на Феликс Ванкел със статор и два ротора...
и тази на Пашке с един въртящ се ротор.
Според биографите на Феликс Ванкел идеята за тези промени никак не му се понравила. Инженерът е искал да проектира спортни двигатели, а целта на NSU, Пашке и Фрьоде била да се създаде максимално проста, лесна за производство и обслужване конструкция. Ванкел, който имал доста специфична природа почти бил готов да скъса отношенията си с NSU. Така или иначе накрая е постигнато споразумение и NSU се превръщат в първите, които реализират идеи свързани с уплътняване на буталото, позициониране на свещата, отвори за пълнене, продухване на отработилите газове, мазане, горивни процеси, материали и производствени хлабини. Много проблеми обаче остават…
Което не пречи на NSU, през 1959 година, официално да обяви че е създал двигателя на бъдещето. Над 100 компании предлагат техническо сътрудничество, много известни като Mercedes, Rolls-Royce, GM, Alfa-Romeo, Porsche, Citroen, MAN и редица машиностроителни купуват лицензи. Сред тях е и Mazda, чийто президент Цунеи Мацуда вижда огромен потенциал в двигателя. Освен паралелните консултации с инженерите на NSU, Mazda създава собствен развоен отдел за ванкеловия двигател включващ като начало 47 инженера.
„Ню Йорк Хералд Трибюн“ обявява ванкеловия двигател за революционно изобретение. По това време акциите на NSU буквално експлодират – ако през 1957 година една такава се търгува за 124 германски марки, през 1960 година достига космическите 3000! През 1960 година е представен и първият автомобил с ванкелов мотор – NSU Prinz III. През септември 1963 година го последва и NSU Wankel Spider с еднокамерен двигател с работен обем от 500 см3, който две години по-късно печели шампионата на Германия. Сензацията на автомобилното изложение във Франкфурт през 1968 година обаче е новото NSU Ro 80. Елегантният седан, чийто дизайн е дело на Клаус Люте, е авангарден във всяко отношение, а аеродинамичните му форми (коефициентът на обтекаемост от от 0,35 само по себе си прави автомобила уникален за времето си) стават възможни благодарение на малкия по габарити двуроторен двигател KKM 612. Трансмисията разполага с хидромуфа, четирите спирачки са с дискове при което предните се намират до трансмисията. Ro 80 е толкова впечатляващ за времето си че става автомобил на годината през 1968 година. През следващата Феликс Ванкел пък е хабилитиран за доктор на Мюнхенския Технически Университет и получава златния медал на Федерацията на германските инженери – най-престижната награда за научно-технически постижения в Германия.
Разочарованията
Но…под бляскавата фасада на NSU Ro 80 се крият множество проблеми. Иначе балансираният мотор не обича честите смени на натоварванията и ниските обороти, те показват разхода му до 20 литра на 100 км и причиняват ранно стареене на уплътнителните пръстени. Сред клиентите на фирмата битува терминът „докторско каране“, който показва повреден двигател, неизминал 30 000 километра. На NSU му се налага да замени доста двигатели гаранционно и именно този модел е една от причините за настъпилите финансови проблеми на фирмата и преминавате и в лигата на VW. Все пак моделът е произвеждан цели 10 години, в който период поточните линии напускат над 37 000 автомобила. Не му помага и фактът че в по-късните версии износването на уплътняващите пръстени е значително намалено и много класически автомобили NSU Ro 80 и днес се движат с оригиналните си двигатели.
Възход и падение
През 1962 година разработки на двигатели с ванкелов двигател започва и Mercedes. Създадени са доста прототипи на различни модели, но най-впечатляващ си остава спортният Mercedes C111. През 1969 и 1970 той се сдобива с три и четирироторни двигатели, с мощност от съответно 280 и 400 к.с. Двигателите са оборудвани с колекторни тръби с променлив контур (който, както се оказва са особено важни за ванкеловия двигател, пълнещ се по подобен на двутактовия мотор начин), а някои от тях дори са със система за директно впръскване на горивото. През 1972 година е създаден дори прототип на 350 SL с четирироторен двигател. Петролната криза обаче много бързо спира проектите за тези мотори – което междувпрочем е валидно и за всички останали производители – освен това борда на директорите решава че този мотор е несъвместим с философията на фирмата, защото е „несъздаден от Mercedes“.
Роторните двигатели на Mercedes
От Citroen също правят опити в тази област и дори създават съвместна фирма с NSU наречена Comotor. На купе варианта на Ami 8 е монтиран еднороторен двигател KKM 500 с мощност 49 к.с. от който са произведени 261 прототипа. Добрите отзиви за него довеждат до създаването на Citroen GS Birotor с мощност от 107 к.с. с алуминиев корпус на статора, покрит с никел-сицициева сплав и с 14 км/ч по-висока максимална скорост от тази на варианта с конвенционален двигател. В проект е предвиден и СХ с ванкелов двигател, но по това време Citroen вече има достатъчно финансови проблеми за да продължава с проектите.
и този на Citroen
Опити се правят и отвъд океана. През 1970 година Chevrolet купува от NSU лиценз за двигателя за 50 милиона долара, а тогавашния шеф Ед Кол се заема лично с проектите за дву и четирироторни двигатели за Corvette. Двуроторният мотор има работен обем от 4350 см3, а четирироторният от 6388 см3, огромни обеми за роторен мотор. Проектите са спрени през 1974 година поради високите емисии на газовете. На купето с коефициент на обтекаемост от 0,325 предвидено за четирироторния Corvette е монтира V8 мотор и му е дадено името Aerovette.
Опити с ванкелови двигатели правят и от ВАЗ – моделът 21018 е базиран на познатия 21011, но е с двукамерен роторен двигател с работен обем от 1,3 л, но на практика използва по-ранни образци на двигатела на NSU.
Видно е че въпреки многобройните си предимства, роторният двигател не успява да замени конвенционални си събрат. Буталото трудно се уплътнява, мазането е лошо, разходът на гориво и масло висок, съответно високи са и емисиите. Високи се оказват и разходите за проектиране, както и за създаването на нови производствени съоръжения. Петролната криза, разразила се точно по време на „кърмаческата възраст“ на двигателя през 1973-74 година, разбива окончателно илюзията на всички фирми създаващи ванкелови двигатели. Или на почти всички. На бойното поле остават ентусиазираните новатори от Mazda.
По това време японското автомобилостроене има репутацията на японското уиски – то е далечно подобие на това в Европа. Съвсем младата Mazda от Хирошима обаче още тогава изгражда новаторския си стил и търси начин да се отличава от другите. Ако в края на 60-те в отдела за ванкелови двигатели на NSU работят 9 научни сътрудници, 18 конструктори и 33 техници, то с тази дейност в Mazda са ангажирани 60 научни сътрудника и 200 конструктора, които дълбоко вярват във възможностите на този мотор. И не спират да мечтаят…Но това е друга история. Повече за нея можете да прочете в материала https://dizzyriders.bg/post/14239/metodyt-na-mazda-x-r-t-g-t-d
.png)