Двигатель Mazda 13B

Двигатель Mazda 13B

Роторные двигатели Mazda 13B – силовые агрегаты, разработанные в начале 1960 годов. Создатель – Феликс Ванкель. Разработки немецкого инженера стали основой для появления целого семейства двигателей. В ходе модернизации моторы получили турбонадув и увеличенный объем двигателя.

Двигатель 13В строился с упором на экологичность. Уровень выбросов гораздо ниже, чем у аналогов. Первые партии носили имя АР. Мотор АР использовался при сборке авто с 1973 по 1980 год.

13В – самый массовый двигатель из своего семейства. Собирался на протяжении трех десятков лет. Служил основой для всех последующих двс. Не является схожим с 13А, но представляет собой удлиненную версию 12А. Мотор отличается увеличенной толщиной ротора (80 мм) и объемом двигателя (1,3 литра).

Автомобили с двс 13В были доступны в продаже в Соединённых Штатах в период с 1974 по 1978 год. Устанавливались в качестве силового агрегата на седаны. Последняя по времени модель, на которой встречаются – Mazda RX-7. В 1995 году автомобили с двс 13В исчезли с авторынка США. На японских островах двигатель получил распространение в 1972 году. Популярность сохранялась по 2002 год. Последняя модель с агрегатом – Mazda RX-7.

Следующая версия мотора, увидевшая свет – 13B-RESI. Отличается наличием усовершенствованного впускного коллектора, установка которого привела к увеличению мощности двигателя (135 л.с.). 13B-DEI имеет систему переменного впуска. Четыре инжектора оснащены электронной системой впрыска топлива. На 13В-Т (атмосферный двс) устанавливали нагнетатель и 4 инжектора.

13B-RE отличался от версии REW интересной комбинацией турбин, которые включались последовательно. Сначала стартует первая, более крупная. После при необходимости начинает нагнетать вторая малая турбина. В свою очередь 13B-REW – это сочетание малого веса и мощности. Одинаковые по размеру турбины включаются в аналогичном REW последовательном порядке. Интересно, что данный агрегат является первым массовым по производству двигателем, оснащаемым последовательными турбинами.

В общих чертах стоит подчеркнуть, что двигатель получил большую известность. Мотор Ванкеля поражает своей необычной конструкцией. Неискушенных автолюбителей способен также удивить малый размер двс, который при всем прочем выдает до 300 лошадиных сил. Габариты двигателя чуть больше коробки передач. На массовое производство роторных агрегатов решился лишь концерн Мазда. Для своего времени мотор был инновационным, так как в нем отсутствовала газораспределительная система.

Технические характеристики

13В

Номер двигателя находится под генератором. Выбит на чугуне. Чтобы увидеть цифробуквенное обозначение необходимо наклониться и смотреть вертикально вниз под генератор. Номер может отсутствовать вовсе из-за замены передней крышки.

Плюсы и минусы, ремонтопригодность, особенности

Инновационный для своего времени двигатель может похвастаться не только небольшими размерами, но и множеством преимуществ. В первую очередь стоит выделить высокую удельную мощность. Достигается за счет того, что масса движущихся частей меньше, чем в поршневых двигателях. Другой плюс – отличная динамика. Автомобиль, в который установлен данный ротор, с легкостью разгоняется до 100 км/ч.

К преимуществам также относится высокий уровень КПД. Один цилиндр выдает мощность с течение ¾ каждого оборота выходного вала. Для сравнения поршень обычного двигателя выдает мощность на протяжении ¼ оборота вала. Дополняет список достоинств – низкий уровень вибраций.

Что касается недостатков, то двс Мазда 13В очень требователен к топливу.

Заливать некачественный бензин не получится, что особенно актуально для России. Кроме этого силовой агрегат отличается большим потреблением масла. За 1000 км способен потратить 1 литр жидкости. Поэтому следить за уровнем масла необходимо постоянно. Замена масла необходима каждые 5 тысяч километров.

Запасные части на двигатель дороги, в связи с этим обслуживание доступно не каждому автолюбителю. Изготовление запчастей на заказ сложно и за него берется не каждый мастер. Двигатель периодически перегревается и не отличается долговечностью. Теоретически мотор способен пройти максимум 250 тысяч километров. На практике такой пробег практически не встречается.

Покупка контрактного двигателя

В виду конструктивных особенностей и некоторой редкости роторные двигатели 13В стоят довольно дорого. Приобрести агрегат представляется возможным минимум за 60 тысяч рублей без навесного оборудования и за 66-80 тысяч рублей с навесным оборудованием.

«Наши машины для людей, поэтому водить их будут люди»

В мае прошлого года гендиректор Mazda Масамичи Когаи появился перед журналистами вместе с конкурентом, Акио Тоёдой, и подписал договор об обмене технологиями (предполагается, что Toyota поделится наработками в гибридной и водородной сферах, а Mazda – секретами экономичных двигателей Skyactiv, писал журнал «За рулем». – «Ведомости»). В этом документе содержится ответ, как четвертый по величине автопроизводитель Японии намерен выживать в эпоху электрификации и самоуправляемых автомобилей.

Mazda продает 1,5 млн машин в год. Но Toyota превосходит ее и по размеру, и по инновациям. В 2015 г. она стала крупнейшим автопроизводителем мира, продав более 10 млн автомобилей, и является пионером в области как гибридных силовых установок, так и топливных элементов.

Mazda Motor Corporation

Японский автоконцерн
Акционеры (данные компании на 31 марта 2016 г.): почти все акции в свободном обращении, крупнейшие акционеры – Japan Trustee Services Bank (6,8%), The Master Trust Bank of Japan (5%), Sumitomo Mitsui Banking Corporation (2,2%).
Капитализация – 992,2 млрд иен ($9,6 млрд).
Финансовые показатели (за первое полугодие финансового года, завершившееся 30 сентября 2016 г.):
выручка – 1,55 трлн иен ($14,7 млрд),
чистая прибыль – 56,1 млрд иен ($534,1 млрд).
Продажи (за первое полугодие финансового года, завершившееся 30 сентября 2016 г.) – 557 200 автомобилей.
Продажи в России (за январь — июль 2014 г., данные АЕВ) – 15 505 автомобилей.

Основана в 1920 г., сборка автомобилей началась в 1929 г.

Хотя альянс двух производителей не предусматривает обмена активами, автомобильные обозреватели расценивают ее как первый шаг на пути вступления производителя спортивных машин в семью Toyota, куда входят Daihatsu, Hino и корпорация Fuji Heavy, выпускающая Subaru. В этом месяце Suzuki заявила, что также может заключить технологическое партнерство с Toyota.

«Это взаимные услуги. Мы не хотим поглощения», – рассуждает 62-летний Когаи в штаб-квартире своей компании в Хиросиме. Это здание пережило атомную бомбардировку 8 августа 1945 г. – его защитили горы. «Если мы можем делать хорошие автомобили благодаря всеяпонской кооперации, то почему бы не объединить усилия?» – продолжает он.

Страсть к вождению

Тоёда посетил штаб-квартиру Mazda в 2014 г. и вспоминает, что был покорен предложением Когаи покататься на спортивных автомобилях компании. Тоёду порой называют Моризо – под этим именем он участвует в любительских автогонках. Предложение Когаи показало ему, что у них общая философия. Страсть к вождению – главное для автопроизводителя, сказал Тоёда FT. «Дружеское соперничество» двух компаний, считает он, гарантирует, что «машины будут рассматриваться как источник удовольствия и через 50 или 100 лет». Фото: А. Губский / Ведомости

Даже сам Тоёда признает, что Toyota может многому научиться у находчивых конкурентов и в сфере дизайна, и в области экономии топлива. Двухместный родстер Mazda MX-5 в марте этого года на международном автосалоне в Нью-Йорке показал редкий в автомобильном мире результат: на конкурсе World Car of the Year (WCOTY) одновременно получил две премии – как «Лучший автомобиль года в мире» и в номинации «Дизайн года».

Но сосредоточившаяся на бензиновых и дизельных двигателях Mazda резко выделяется на фоне других автопроизводителей, которые наперегонки улучшают гибридные и электрические силовые установки, чтобы угодить экологическому надзору. «Мы не Toyota, Nissan или Volkswagen, которым нужно заниматься всем сразу», – объясняет Когаи.

За 96-летнюю историю Mazda трижды сталкивалась с серьезными финансовыми проблемами. Первый раз случился в 1979 г., когда из-за нефтяного кризиса упали продажи ее роторных автомобилей (автомобили Mazda с буквами RE в названии оснащаются двигателями Renesis, известными как «двигатель Ванкеля». – «Ведомости»). Тогда компании помог Ford, приобретя 7% акций. К 1996 г. американский конкурент, снова спасая японского автопроизводителя, нарастил долю в нем уже до трети.

Компания сделала выводы из этих уроков. Когаи, бывший инженер, четыре десятка лет проработавший на Mazda, до сих пор помнит пришедшее в конце 1990-х гг. письмо от американского автовладельца. Тот обвинял компанию в том, что она утратила сфокусированность. Это пространное послание, дошедшее до топ-менеджмента Mazda, стало отрезвляющим душем. «Мы поняли, что чем больше плодим моделей автомобилей, тем больше падают продажи и ослабляется бренд», – вспоминает Когаи. В ответ компания, пользуясь советами Ford, решила переосмыслить стратегию и стала специализироваться на спортивных автомобилях. Слоганом был выбран Zoom-zoom (звук, который играющие в машинки англоязычные дети издают, подражая работающему двигателю. – «Ведомости»). Mazda отдала производство малолитражек на аутсорсинг Suzuki, а пикапов – Isuzu, сосредоточившись на основном бизнесе.

Когаи возглавил компанию в 2013 г., когда Mazda вернулась к прибыльности после того, как за четыре года после финансового кризиса 2008 г. накопила чистых убытков почти на 250 млрд иен ($2,9 млрд). Во время этого, третьего для компании, кризиса Ford не мог придти на помощь – он сам боролся за выживание. Так закончился их альянс, в прошлом году Ford продал последние 2% акций компании.

Много продавать – не главное

«Объем продаж – не единственный показатель, – объяснял Когаи в интервью Los Angeles Times год назад. – Нам нужны правильно выстроенные продажи. Если мы поставим целью получить долю рынка, можем попасть в ловушку снижения цен на продукт. Это краткосрочная стратегия и близорукое видение. Нам нужно удостовериться, что имеющиеся на рынке продукты не устарели. Нужно обновлять линейку так, чтобы, когда наши клиенты будут готовы купить другую машину, у нас было что им продать, чтобы они вернулись к нам». А будет ли Mazda строить новые заводы, так как ее загружены почти до предела? Когаи ответил: «Перед тем как возводить новый завод, нужно улучшить производительность каждого из существующих. Например, кроссовер CX-5 – хит производства. Он собирается на заводе в Хиросиме производительностью около 240 000 шт. Мы можем увеличить ее до 300 000, не возводя другого завода. Если каждый рабочий улучшит свой производственный цикл всего на 0,1 секунды, мы сможем выпускать больше продукции. Нам нужны небольшие, но постоянные изменения вроде этого. Сейчас мы можем выпускать 1,5 млн машин. Думаю, через три года увеличим это количество до 1,65 млн. А вот если наши продажи через три года превзойдут этот объем, мы построим новый завод». Журналист поинтересовался, что же будет делать Mazda, если Калифорния введет, как планирует, закон, согласно которому автомобили на территории штата должны обладать нулевым выбросом вредных веществ. Когаи признал, что компания ведет исследования по электрификации своих автомобилей: «Для японского рынка мы уже производим электромобиль (на базе Mazda2. – «Ведомости»). У нас есть лицензия Toyota на гибридную силовую установку, и мы продолжаем исследования в этой сфере. Также мы задумываемся о роторных двигателях. Они могут использовать водород в качестве топлива. Такой двигатель может работать одновременно на двух видах топлива, переключаясь с водорода на бензин и обратно».

Непреклонная уверенность, которую излучает сейчас Когаи, основана на масштабной реформе компании, в которой он принимал непосредственное участие. Началась она в 2006 г., когда японский автопроизводитель сделал ставку на совершенствование своих двигателей и трансмиссии. Конкуренты тем временем двигались в противоположном направлении, разрабатывая новые силовые установки, работающие на водороде и электричестве.

«Мы создали оптимальный двигатель, который можно устанавливать на все типы машин, – говорит Когаи. – В прошлом двигатель был хорош для одной модели, но не подходил другой». Новый легкий двигатель разработан в рамках концепции по сбережению топлива Skyactiv (поршни в цилиндрах двигателя Skyactiv не традиционные плоские, а полусферические. – «Ведомости»). Mazda уменьшила потребление топлива в своих машинах в среднем на 26% по сравнению с моделями 2008 г. и соответствует экологическим требованиям регуляторов без всяких электро- и гибридных технологий.

Взгляд на дизайн тоже изменился. Теперь он отсылает к традиционному японскому искусству и эстетике. Когаи, известный среди работников своим прагматичным подходом, избавил компанию от сверхамбициозных целей по продажам. Правда, компании грозят проблемы из-за неуклонно дорожающей иены.

Решение Mazda работать рука об руку с Toyota вызывает пристальное внимание со стороны более мелких автопроизводителей. В эпоху развития технологии автопилотов автомобильная индустрия пытается противостоять вторжению на свой рынок Google, Apple и других высокотехнологичных конкурентов. Даже Mazda, компания с капитализацией $9,5 млрд и годовой выручкой $33 млрд, не может в одиночку бороться с искусственным интеллектом и другими новыми технологиями.

Беспилотные технологии угрожают тому, что Mazda считает главной составляющей привлекательности своей продукции. «Наши машины для людей, поэтому водить их будут люди, – говорит Когаи. – Вождение поднимает дух, снимает стресс и стимулирует мозг Именно такие машины имеет смысл делать Mazda, и именно в этом наше предназначение». Он добавляет с усмешкой: «Не надо думать, что наша компания ненавидит автопилоты».

Mazda уже выпускает автомобили по гибридной технологии Toyota. Обе компании крайне неохотно говорят о том, к каким результатам приведет их сотрудничество. Когаи ограничивается фразой, что это «долгосрочное партнерство» и каких-либо совместных разработок не стоит ждать в ближайшие пару лет.

Но даже когда наступит новая эпоха в истории автомобилестроения, инженеры Mazda сделают так, что машины будут соответствовать духу времени, убежден Когаи: «Это еще не конец».

Новый роторный двигатель ВАЗ-413 для милицейских догонялок: 140 л.с. с 1,3 литров объема

В 60-70-е годы многие ведущие мировые автопроизводители экспериментировали с роторно-поршневыми ДВС конструкции Феликса Ванкеля. Лицензию на производство таких моторов тогда приобрели NSU, Ford, Citroen, Mercedes-Benz, Mazda, Nissan и еще ряд других крупных компаний.

Не оставался в стороне и Советский Союз: так, в 1974-м году на Волжском автомобильном заводе было создано специальное конструкторское бюро по роторно-поршневым двигателям (СКБ РПД), которое возглавил Б.С.Поспелов. Задачи стояли амбициозные: создать и внедрить в производство отечественный «роторник», который бы не уступал лучшим зарубежным образцам.

Первый прототип РПД был создан на ВАЗе в 1976 году, а уж в 1978 году в Тольятти освоили выпуск (небольшой серией) односекционного РПД ВАЗ-311 мощностью 80 л.с при 6000 об/мин. Автомобиль с этим двигателем получил обозначение ВАЗ-21018 (на базе серийной 21011) и хоть и был построен в 1978 году, но широкой публике его впервые показали в 1982 году на выставке НТТМ-82. Максимальная скорость авто составляла 145 км/ч.

Была выпущена серия из пятидесяти таких автомобилей для опробования их в реальных условиях эксплуатации. Вскоре, в течение полугода, завод был вынужден заменить РПД на обычные ДВС на 49 автомобилях из 50, что было связано с колоссальным количеством нареканий на качество как самой конструкции, так и на ее исполнение. Основными неисправностями были выход из строя уплотнителей и подшипниковых узлов, проявилась недостаточная сбалансированность роторно-эксцентрикового механизма (РЭМ), низкая топливная экономичность.

Однако, несмотря на неудачу с ВАЗ-21018, работы по созданию РПД получили дальнейшее развитие – отечественные силовые структуры нуждались в мощном двигателе, при этом требования по ресурсу и расходу топлива были ниже, чем для автомобиля общего назначения. В результате были созданы «Жигули» ВАЗ-21019 (также на базе кузова ВАЗ-21011) с двухсекционным РПД ВАЗ-411 мощностью 120 л.с. при 6000 об/мин. Максимальная скорость этого автомобиля, который именовался «Аркан», составляла 160км/ч. 20 октября 1982 года под руководством министра автомобильной промышленности СССР В.Н.Полякова прошло совещание по вопросу работы конструкторского бюро АвтоВАЗа по роторно-поршневым двигателям, автомобильных перспектив применения РПД ВАЗа и возможности организации их серийного производства. По итогам совещания было принято решение с 1983 года приступить к организации серийного выпуска автомобильных РПД для специальных оперативных машин, определить на 1983 год программу производства РПД на ВАЗе в количестве 200 штук в год.

В июне 1986 года была изготовлена первая опытно-промышленная партия ВАЗ-21059. Этот автомобиль являлся дальнейшим развитием идеи скоростного и мощного автомобиля для милиции и спецслужб, опробованной еще на моделях ВАЗ-21018 и ВАЗ-21019. Данная модификация, так же как и ВАЗ-21019, оснащалась двухсекционным роторно-поршневым двигателем ВАЗ-411 мощностью 120 л.с. при 6000 об/мин. Максимальная скорость этого автомобиля достигала 160 км/ч.

Со второй половины 1991 года мелкими партиями для нужд милиции и спецслужб выпускался автомобиль ВАЗ-21079 на базе «семерки». На модель устанавливался двухсекционный РПД ВАЗ-4132 рабочим объемом 1,3 литра и мощностью 140 л.с.

Именно такой силовой агрегат удалось обнаружить в одном из гаражных кооперативов Киева. Мне написал подписчик и сообщил, что у него уже давно лежит без дела ВАЗовский «роторник» с индексом ВАЗ-4132.

По легенде, этот двигатель в свое время каким-то чудом заполучил директор одного из деревообрабатывающих комбинатов в Житомирской области. Правда, на машину его так и не поставили: все эти годы РПД так и пролежал среди различного хлама.

ВАЗ-21079 или 21059 с подобным 2-секционным РПД развивают максимальную скорость 180 км/ч, а на разгон от 0 до 100 км/ч уходит всего 9 секунд.

К сожалению, найденный мотор не полностью комплектный по части навесного оборудования, но многие детали унифицированы с обычными ДВС ВАЗ, например — карбюратор, поэтому вернуть его к жизни не будет сверхсложной задачей.

По сравнению с классическим четырехтактным ДВС двигатель Ванкеля обладает рядом существенных преимуществ:
— низкий уровень вибраций ввиду того, что РПД полностью механически уравновешен — нет необходимости преобразовывать возвратно поступательное движение во вращательное, крутящий момент с оси ротора может передаваться напрямую.
— отличные динамические характеристики.
— Высокая удельная мощность РПД (л.с./кг).
— меньшие в 1,5-2 раза по сравнению с обычным ДВС габаритные размеры и вес, что связано с отсутствием поршней и коленчатых валов с шатунами.
— простота ремонта ввиду меньшего на 35—40% по сравнению с обычным ДВС числа деталей — двухроторный двигатель имеет три основные движущиеся части: два ротора и выходной вал, в то время как самый простой четырехцилиндровый поршневой двигатель имеет как минимум 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, распредвал, клапаны, пружины клапанов, качалки, ремень ГРМ, распределительные шестерни и коленвал.
Однако при всех перечисленных достоинствах РПД есть и существенные недостатки. К ним можно отнести следующие:
— состояние уплотнителей (площадь пятна контакта поршня и камеры очень невелика — следствием этого противоречия являются утечки между отдельными камерами и, как следствие, падение КПД и увеличение токсичности выхлопа
— повышенный расход масла и бензина. В среднем, автомобили с РПД потребляют до 20 литров топлива на 100 км, и от 0,4л до 1л масла на 1000 км.
— склонность к перегреву.
— высокие требования к точности исполнения деталей делают его сложным и дорогим в производстве.

Кроме того, эти уплотнения работают в условиях ограниченной смазки и плохого теплоотвода — для их смазывания приходится дополнительно впрыскивать масло прямо во впускной коллектор. Нетрудно догадаться, что экологических показателей мотора это тоже не улучшает.

ВАЗовские РПД также не отличались особой надежностью и долговечностью и хотя сам завод обещал для мотора ВАЗ-413 ресурс на уровне 100-125 тысяч км, в реальной жизни они редко когда наезжали 30-40 тысяч без капитального ремонта.

Роторную тему окончательно свернули в Тольятти в начале 2000-х и только японская Mazda до последнего держалась за РПД и пыталась развивать данную конструкцию. Их последняя роторная модель RX-8 оставалась на конвейере до июня 2012 года.

Более подробную информация о найденном моторе ВАЗ-413 можно узнать из моего нового видео:

ОВАЛЬНЫЕ ПОРШНИ, ТРЕУГОЛЬНЫЕ ЦИЛИНДРЫ

Кандидат технических наук Д. БОБРОВ.

Многие исследователи истории техники склонны считать, что большинство современных механизмов впервые появилось в Китае. Так ли это на самом деле, сказать трудно, но то, что первые поршневые компрессоры возникли в Поднебесной, пожалуй, факт. Известно, во всяком случае, что трубки из бамбука с намотанной на палку пробкой из травы и смазкой из животного жира ещё в бронзовом веке использовались в китайских кузницах в качестве мехов для раздувания огня. Поршень толкали туда-сюда вручную, но довольно быстро кузнецы догадались приспособить к палке кривошип, и дело пошло куда веселее. До изобретения поршневого двигателя оставался всего шаг, нужно было суметь заставить поршень двигаться внутри цилиндра самостоятельно и крутить кривошип или коленчатый вал. Но прошло около двух тысячелетий, прежде чем эта мысль получила практическое воплощение.

Идея оказалась конструктивно довольно легко выполнимой, и поршневые двигатели с момента своего появления надолго заняли место в технике. Бегающие взад-вперёд поршни через коленчатые валы и шестерёнчатые передачи крутят колёса, вращают гребные винты, работают в компрессорах и насосах, то есть практически во всех типах промышленных и бытовых силовых машин. А почему? Да потому, что за тысячелетия своей истории люди не придумали ничего лучше.

Впрочем, почему же не придумали? Есть, например, турбины, есть, наконец, реактивные двигатели, есть и электромоторы. Правда, сферы их применения всё же ограничены. Турбины и реактивные двигатели приспособить к небольшим машинам довольно сложно и дорого, электромоторы требуют источников питания, пока ещё не отработанных настолько, чтобы сравниться по энергоёмкости с элементарным бензобаком.

Есть ли выход? Оказывается, есть. И, по всей видимости, он в использовании так называемых роторных, или роторно-поршневых, двигателей. Самый известный из них — двигатель немецкого инженера Феликса Ванкеля. Действующий образец его роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания (РПД) был испытан в феврале 1957-го, а задолго до этого, в двадцатых годах ХХ века (точнее — в 1929-м), он получил патент на роторно-поршневой компрессор. Патент на двигатель Ванкель оформил в 1936-м. И это объяснимо: сделать компрессор, то есть «холодную» машину, намного проще, чем мотор — машину «горячую».

Суть изобретения Ванкеля заключалась в том, что в корпусе двигателя на эксцентрике вращается поршень треугольного сечения (рис. 1). За один оборот кромки поршня описывают поверхность, напоминающую распухшую восьмёрку. Поршень постоянно делит внутреннюю полость мотора на три камеры. По мере вращения поршня камеры постоянно меняют свой объём. Когда объём одной камеры растёт, в неё засасывается горючая смесь; в это же время объём другой камеры уменьшается, смесь сжимается, происходит зажигание; под действием возросшего в этой камере давления поршень проворачивается, заставляя отработавшую смесь из третьей камеры уйти в выхлопной тракт. Таким образом, за один полный оборот в двигателе Ванкеля происходят три вспышки топлива, в то время как в обычном поршневом моторе одна вспышка приходится на два оборота коленчатого вала. Поршень в РПД вращается с более или менее постоянной скоростью, не меняя направления движения, а в обычном моторе он совершает возвратно-поступательные движения. Всё это создаёт большие преимущества роторных моторов, они работают значительно плавнее обычных, для их изготовления требуется почти на треть меньше деталей, они существенно (даже очень существенно) легче и меньше своих поршневых собратьев. Но. на кромках поршня в реальном моторе Ванкеля устанавливают специальные уплотнения, которые препятствуют порыву газов из одной камеры мотора в другую. В этих уплотнениях (хотя и не только в них) кроется причина того, что РПД не получили широкого распространения. Практически только японская компания «Мазда» продолжает серийно выпускать автомобили с роторными моторами. Нужно отдать должное этим механизмам. При сравнительно небольшом рабочем объёме они обладают значительной мощностью, могут работать на высоких оборотах, и снабжённые ими машины ездят очень быстро. Но топливная экономичность их ниже всякой критики, да и расход масла не идёт ни в какое сравнение с обычными поршневыми моторами.

У двигателей Ванкеля есть и ещё один весьма существенный минус: по этой схеме невозможно сделать дизельный мотор, уплотнения по кромке поршня не способны удержать давление в камере сгорания, достаточное для работы дизеля.

И что же? Опять нет выхода? Выход, кажется, найден. И найден он нашим сооте-чественником, физиком и математиком Борисом Шапиро, работающим сейчас в Германии.

Сформулировав и решив сложную математическую задачу, он предложил новый класс машин с вращающимся поршнем. Шапиро назвал такие машины RKM (от немецкого Rotationskolben-maschinen), а его немецкие коллеги «по цеху» упростили название до Schapiromotor, то есть мотор Шапиро.

Внешне RKM напоминает двигатель Ванкеля, однако даже при беглом взгляде видно (рис. 2), что у этих машин принципиально разные формы поршней: в моторе Ванкеля — треугольный с острыми кромками, в двигателе Шапиро — скруглённый. В двигателе Ванкеля поршень своими кромками только скользит по поверхности камеры, создавая уплотнения по линии соприкосновения, а в двигателе Шапиро контакт осуществляется при скольжении поверхности по поверхности. Контакт между овальными поверхностями поршня и камеры оказывается значительно более плотным, что обеспечивает возможность развивать в образующихся рабочих камерах весьма высокое давление (дизель возможен).

Главные компоненты RKM — это специальный стационарный корпус с криволинейной рабочей камерой и вращающийся внутри него овальный (если быть более точным, то в простейшем случае биовальный, а в более сложных — полиовальный) поршень. Во внутренней части поршня встроено оригинальное зубчатое устройство, находящееся в зацеплении с зубчатым колесом приводного вала. Через это зацепление вращение поршня передаётся на вал, или, наоборот, вращение вала заставляет поршень крутиться. Это, кстати, даёт возможность использовать RKM и как двигатель, и как компрессор или насос. Поршень вращается вокруг оси, названной авторами «прыгающей». На рис. 2 поршень показан в крайнем левом положении. Вращаясь по часовой стрелке относительно оси а, он переходит в нижнее положение, касается стенки по линии А-В, и в этот момент начинается вращение относительно оси b. Ось как бы перепрыгивает из одного положения в другое. Легко видеть, что положение мгновенной оси вращения перемещается навстречу самому поршню.

Из схемы (рис. 3) видно, что зубчатое колесо 3 приводного вала находится в зацеплении с внутренней шестернёй поршня 4. Центр делительной окружности шестерни располагается в точке, относительно которой вращается поршень.

Представим себе, что в рассматриваемом механизме вращается не поршень, а корпус. Тогда легко увидеть, что траектория оси приводного вала имеет особые точки, которые соответствуют крайним положениям самого поршня в корпусе механизма. Пройти эти особые точки непросто. Авторам новой машины удалось решить эту задачу. Они смогли рассчитать, а затем и построить геометрическую модель разрывной зубчатой передачи, которая полностью компенсирует особые точки траектории оси приводного вала.

Во внутренней полости поршня можно установить один приводной вал, но можно и два.

От того, один или два приводных вала имеются в двигателе, зависит соотношение количества условных граней в поршне-роторе и корпусе (рис. 4). Если приводной вал один, то число граней в камере корпуса составляет n + 1, где n — число граней ротора; если же валов два, то число граней в камере составит n — 1. Впрочем, от количества установленных валов зависит не только внешний профиль поршня, но и форма его внутренней полости. Так, если вал один, то внутренняя полость повторяет контур поршня, но повёрнута по отношению к нему на 90 град., а если два — то она просто повторяет профиль поршня. В трёхгранном поршне полость содержит три грани, в пятигранном — пять и т.д.

Как же работает RKM? Рассмотрим последовательность тактов на примере биовального поршня в «треугольной» камере (рис. 5). Предположим, что поршень вращается по часовой стрелке. Тогда объём камеры слева от поршня увеличивается, в неё засасывается горючая смесь. В момент «прыжка» мгновенной оси вращения поршня объём камеры начинает уменьшаться, смесь сжимается. Одновременно в камеру, расположенную на рисунке ниже поршня, засасывается следующая порция горючей смеси. При максимальном сжатии смеси (или на несколько мгновений раньше) смесь поджигается. Сгорающая смесь расширяется и толкает поршень, который, во-первых, заставляет вращаться приводной вал, во-вторых, сокращая объём левой камеры, сжимает горючую смесь в ней. Теперь поджигается смесь в камере слева от поршня, начинает сокращаться в объёме камера справа. Отработавшие газы из неё удаляются. Через каждую треть полного оборота поршня такты всасывания, сжатия, сгорания и выхлопа полностью повторяются.

Двигатель RKM будет обладать усовершенствованным процессом поджига в оптимизированной камере сгорания (предкамере), отделённой от рабочих камер. Это существенно улучшает коэффициент полезного действия. Конструкторы новой машины столкнулись также с несколькими серьёзными проблемами. Например, достигая крайнего положения, поршень двигателя RKM может ударяться в стенку камеры. Впрочем, все проблемы тем или иным способом удаётся решить. Важно и то, что для изготовления машин типа RKM можно применить существующие машиностроительные технологии и материалы. Ничего нового специально создавать не требуется.

Машины RKM состоят из небольшого числа деталей. Предварительные расчёты показывают, например, что сконструированный по технологии RKM компрессор на 20 атм будет иметь почти на две трети меньше деталей, чем выпускаемые сегодня, и в результате себестоимость уменьшится на 30%. Кроме того, малое количество деталей существенно повышает надёжность: каждому начинающему механику известно, что чем меньше в машине компонентов, тем реже она ломается.

Интересно то, что если говорить о теории машин и механизмов, возвратно-поступательное движение поршня является частным случаем принципа действия машин RKM, обладающих всеми преимуществами «классических» поршневых машин — надёжным уплотнением между рабочей камерой и поршнем и возможностью высокой степени сжатия в рабочей камере.

Моторы RKM могут быть карбюраторными или дизельными и работать на продуктах перегонки нефти, сжиженном природном газе, водороде или любом другом топливе. Причём сгорание топлива в них благодаря наличию предкамеры оказывается существенно более полным, а выхлоп более чистым.

Наконец, машины RKM обладают более высоким КПД, чем существующие. Подсчитано, что применение принципа RKM даже в паровой машине повысит её КПД как минимум до 35%, то есть сделает архаичное по сегодняшним меркам устройство сравнимым по эффективности работы с современным автомобильным мотором.

Новаторская механика RKM может быть использована в тысячах вариантов, многие из которых сегодня трудно себе представить. Например, автомобиль, каждое из колёс которого крутит индивидуальный мотор величиной с трёхлитровую банку. Или портативный компьютер, работающий без перерыва 60 часов от миниатюрного электрогенератора с крохотным моторчиком внутри. Ведь есть же двигатель Ванкеля величиной с монету в один цент. Сменил в таком генераторе пустой топливный бачок размером с толстый карандаш на полный, и работай дальше.

Однако разработчики считают, что наиболее реально сейчас применять RKM в качестве компрессоров и насосов. Исследования, проведённые группой инженеров и студентов Политехнического университета в Ингольштадте (Германия), показали, что такие насосы, будучи использованными вместо известных типов, могут иметь заметные технико-экономические преимущества.

Пробиться с новым классом машин на рынок моторов очень трудно. В мире всего около десятка независимых производителей моторов. Остальные в той или иной степени связаны с ними и зависят от них. Вложившие в усовершенствование и производство «классических» моторов многие миллиарды долларов, автостроители вовсе не горят желанием сменить направление работы. Несмотря на то, что двигатели RKM будут экономичнее, мощнее, меньше, легче, надёжнее и дешевле в производстве и обслуживании.

Рынки насосов и компрессоров столь же огромны, как и рынки моторов, но значительно менее монополизированы. Такую технику производят по всему миру сотни тысяч почти независимых компаний. В то же время в одной только Германии ежегодный объём продаж насосов различных типов оценивается в 4,5 млрд евро, а во всём мире достигает 315 млрд евро. Вероятно, именно на рынке насосов и начнётся история реального использования машин RKM.