Ванкель — движение по кругу
Андрей Савченко, инженер
Классические двигатели внутреннего сгорания (ДВС) принципиально не изменились за полтора столетия своего существования.
Классические двигатели внутреннего сгорания (ДВС) принципиально не изменились за полтора столетия своего существования. Конструкция кривошипно-шатунного ДВС отработана поколениями инженеров: это цилиндры с клапанами, поршни, шатуны, коленчатый и распределительный валы, но тем не менее она далека от идеала. Такой двигатель с трудом размещается под капотом современного автомобиля, который стремится быть более компактным, низким и обтекаемым. Слишком много в двигателе движущихся тяжёлых деталей, велики потери на трение, а при малом числе цилиндров досаждает ещё и вибрация. Конструкторы не переставали размышлять: как бы заставить вращаться сами поршни, чтобы обойтись без шатунов, клапанов и других ходящих взад-вперёд деталей?
Стремление к совершенству
Решением стал роторно-поршневой двигатель. Разнообразных роторных двигателей было предложено немало, но до серийного производства «дорос» пока лишь один. В 1957 году конструкторы Феликс Хайнрих Ванкель, Вальтер Фройде и Ханс-Дитер Пашке, работавшие на немецком автомобильном заводе NSU (Neckar Sulm Union) Motorenwerke, запатентовали двигатель, который ныне известен всему миру как двигатель Ванкеля, роторно-поршневой двигатель (РПД), роторный двигатель или же просто — «ванкель». Поначалу он назывался на немецком скромно и не очень понятно — «крайсколбенмотор» (Kreiskolbenmotor, KKM), что буквально означает «кругопоршневой двигатель». Строго говоря, Феликс Ванкель сначала предлагал конструкцию двигателя с вращающимся корпусом. Но опытный Вальтер Фройде убедил его, что это, мягко говоря, не лучший вариант.
Роторный двигатель, в самом простом варианте, состоит всего из трёх основных деталей. В центре похожего на барабан корпуса на подшипниках установлен эксцентриковый вал, подобный коленчатому валу одноцилиндрового двигателя. На «шатунную» шейку вала (она большого диаметра, поэтому вал и называется эксцентриковым, а не коленчатым, хотя по сути это практически одно и то же) свободно надет ротор-поршень треугольной формы, но с выпуклыми сторонами. К ротору изнутри прикреплена шестерня c внутренними зубьями, зацепленная с пустотелой шестернёй, которая жёстко зафиксирована в центре корпуса. Эксцентриковый вал проходит сквозь центральную шестерню. Число зубьев шестерён соотносится как 2:3, это обязательное условие!
При вращении эксцентрикового вала шестерня ротора обкатывается по неподвижной центральной шестерне, подобно тому, как обруч обкатывается по талии гимнастки. В результате ротор совершает планетарное движение, то есть вращается вокруг своей оси и одновременно его центр движется по кругу. Каждая из трёх вершин ротора описывает траекторию, напоминающую силуэт классической гитары. В точности с этой линией, называемой в математике эпитрохоидой, выточена внутренняя поверхность (зеркало) корпуса двигателя. Между ротором и корпусом образуются три замкнутые рабочие камеры, в форме полумесяцев, объём которых изменяется от максимума до минимума при взаимном вращении эксцентрикового вала и ротора на нём. Уплотняются рабочие камеры подпружиненными пластинами-апексами, установленными в прорезях вершин и в сегментных элементах на торцах ротора. Уплотнения прижимаются пружинами к внутренней поверхности (зеркалу) корпуса и плоским боковым крышкам...
Продолжение статьи читайте в номере журнала
