История роторного двигателя Mazda
Новые рубежи роторного двигателя Mazda
В начале 1960-х годов Mazda (в то время называвшаяся Toyo Kogyo) столкнулась с серьезным вызовом: как стать более конкурентоспособной в разработке моделей с использованием новых технологий для того, чтобы выжить и дать новый импульс развитию бренда. Примерно в то время роторный двигатель, сочетающий в себе простую конструкцию, легкий вес и компактные размеры с бесшумностью и высокой мощностью, привлекал внимание автопроизводителей всего мира. Цунедзи Мацуда (Tsuneji Matsuda), президент Mazda того времени, считал, что компании необходимо разработать уникальную прорывную технологию, и поставил цель коммерциализации роторного двигателя. Однако путь к успеху оказался тернистым.
По всему миру разрабатывались несколько видов роторных двигателей, из которых Mazda приняла за основу одну его разновидность: двигатель Ванкеля (Wankel). Чтобы приобрести ноу-хау, Mazda направила команду инженеров в западногерманскую компанию NSU. Изучив образец, команда обнаружила большую технологическую проблему, препятствующую продвижению этой разработки, в виде вибрационного износа поверхности корпуса роторного двигателя.
Двигатель Ванкеля отличается уникальной треугольной формой ротора. Когда ротор вращается с высокой скоростью, на верхнее уплотнение, которое прикреплено к каждой вершине треугольника для обеспечения герметичности, воздействует переменная сила трения, возникающая от контакта с внутренней поверхностью корпуса двигателя, по форме напоминающего кокон.
Этот процесс вызывает ненормальный износ хромированного покрытия и в течение нескольких часов работы оставляет следы, называемые «следами дребезжания», которые также известны как «следы когтей дьявола». Поиск способа устранения повреждений имел решающее значение для разработки реального роторного двигателя.
Чтобы решить эту проблему, Mazda собрала команду из 47 молодых инженеров, которые сформировали исследовательский отдел роторных двигателей. Кеничи Ямамото (Kenichi Yamamoto), глава отдела, сравнил миссию инженеров, которые отправились на неизведанную территорию коммерциализации роторных двигателей, с миссией Шидзю Шичи Ши (Shijyu Shichi Shi). Шидзю Шичи Ши - легендарная группа из 47 воинов-самураев, ронинов, беспрецедентная преданность и упорство которых были посвящены делу отмщения за несправедливую смерть своего господина. Ямамото сказал инженерам: «Отныне роторный двигатель должен быть у вас в голове постоянно, независимо от того, спите вы или бодрствуете».
В поисках решения инженеры перепробовали все мыслимые способы и материалы, в том числе кости лошади и коровы, в качестве материала уплотнения грани ротора. Тем не менее, они так и не смогли решить проблему «когтей дьявола». Тупиковая ситуация подогревала скептицизм в академических и промышленных кругах относительно шансов Mazda на успех в разработке практического роторного двигателя. Более того, в Mazda проект роторного двигателя стал рассматриваться как пустая трата денег. Команда разработчиков, охваченная чувством неуверенности и раздражения, упорно продолжала стремиться к реализации технологии мечты.
В конце концов, ей удалось достичь прорыва в 1963 году, когда один из инженеров предложил идею изменения частотных характеристик уплотнения апекса путем изменения его формы. Было разработано и испытано поперечно-полое уплотнение с крестообразным отверстием около вершины. Испытание оказалось успешным, на внутренней поверхности двигателя не осталось следов от вибрации. В следующем году при поддержке Nippon Carbon Co., Ltd. Mazda создала новое верхнее уплотнение из композитных материалов: алюминия и углерода. Это нововведение открыло путь для появления на улицах автомобилей с роторным двигателем.
Cosmo Sport был первым автомобилем Mazda с роторным двигателем. Разработанный с самого начала для работы с таким типом двигателя, Cosmo Sport отличался нетрадиционным стилем, вызвавшим ажиотаж.
Перед запуском Cosmo Sport в серию по предложению президента Мацуды в автосалонах по всей Японии были организованы пробные поездки для оценки нового автомобиля. «Сотрудничая с дилерами, мы сможем получить полезные практические данные. Если мы потерпим неудачу после того, как зайдем далеко и будет сказано, что роторный двигатель бесполезен, это будет прискорбно», - сказал Мацуда. По мере того как проблемы, о которых сообщали дилеры, решались одна за другой, двигатель постепенно приближался к коммерциализации.
30 мая 1967 года состоялась премьера Cosmo Sport, ознаменовавшая собой дебют первого в мире серийного автомобиля с двухсекционным роторным двигателем. Это был момент, когда решимость и упорство самураев Mazda, а также их новаторские идеи воплотились в жизнь.
Дух упорства возрождает судьбы роторного двигателя
Выпустив на рынок Cosmo Sport, первый в мире автомобиль с роторным двигателем, Mazda потрясла не только японский рынок. В других странах известие о разработке серийного роторного двигателя японским автопроизводителем было встречено с удивлением. Таким образом, Mazda продемонстрировала миру свое технологическое мастерство.
В 1967 году Япония вошла в эпоху быстрого экономического роста. Страна находилась в эпицентре автомобилизации, национальный доход быстро рос, а сеть скоростных автомагистралей начала расширяться. Mazda имела все шансы стать одним из лидеров мирового автомобильного рынка. В 1968 году Familia Rotary Coupe стал вторым автомобилем с роторным двигателем, выпущенным японским производителем. Хотя Familia задумывалась как глобальный стратегический автомобиль, Mazda наткнулась на камень преткновения при экспорте этого автомобиля в Соединенные Штаты, ключевому рынку на пути к мировой экспансии.
Чтобы справиться с растущей проблемой загрязнения воздуха, федеральное правительство США в 1968 году ввело нормативные акты о выхлопных газах. В 1970 году Конгресс США принял Закон о чистом воздухе (Clean Air Act), широко известный как Закон Маски (Muskie Act), который требовал сокращения более чем на 90% количество углеводородов, содержащихся в выхлопных газах автомобилей, которые будут поставляться на американский рынок в 1975 году и позже. В то время как роторный двигатель выбрасывал относительно небольшое количество таких вредных веществ, как оксид азота, количество выбрасываемых углеводородов было относительно большим. Таким образом, принятие Закона о чистом воздухе покрыло туманом перспективы появления автомобилей с роторными двигателями на американских дорогах.
Mazda нашла решение этой проблемы в системе термического реактора, в котором дожигались несгоревшие углеводородные компоненты выхлопных газов, и усовершенствовала его систему за счет инноваций структуры и используемого материала. В 1973 году роторный двигатель Mazda прошел испытание по закону Маски в Агентстве по охране окружающей среды США. В том же году в Японии Luce AP (Anti-Pollution) был сертифицирован как первый автомобиль, имеющий право на льготный налоговый режим, применяемый для автомобилей с низким уровнем загрязнения.
Однако путь вперед не стал от этого гладким. Вскоре после того, как в 1974 году Mazda преодолела препятствия в отношении регулирования выхлопных газов, в мире произошел первый нефтяной кризис. Это было огромным ударом для автомобилей с роторными двигателями, которые называли "пожирателями бензина", потому что в те дни топливная эффективность роторных двигателей была относительно низкой. Тем не менее, Mazda не отказалась от роторного двигателя, полагая, что продолжение производства автомобилей с этим двигателем было ее обязанностью перед обществом и своими клиентами. В 1974 году компания запустила проект Phoenix Project, цель которого - повысить топливную эффективность роторных двигателей на 40% за пять лет.
После первоначального повышения эффективности использования топлива на 20% произошел новый прорыв, когда одному инженеру пришла в голову идея повторного использования тепла, вырабатываемого тепловым реактором, что привело к разработке системы теплообмена. В результате Mazda достигла общего повышения топливной эффективности более чем на 50%, превысив 40% -ный план в рамках проекта Phoenix Project.
В Лас-Вегасе в 1978 году Mazda представила RX-7, серийный спортивный автомобиль с роторным двигателем, ознаменовав наступление новой эры роторных двигателей. RX-7 участвовал в различных автогонках, включая «24 часа Ле-Мана» и чемпионат мира по ралли. В частности, в Северной Америке RX-7 сделал ошеломляющий дебют, одержав победу в своем классе в гонке «24 часа Дайтоны». Успешный послужной список в мире автоспорта доказал удачное сочетание скорости и прочности RX-7 как спортивного автомобиля и поднял его до культового статуса.
Что касается Ле-Мана, в котором Mazda Auto Tokyo (которая была предшественницей Mazda Speed) начала соревноваться в 1974 году, RX-7 впервые финишировал в гонке в 1982 году. С 1983 года Mazda продолжала участвовать в гонках с прототипом RX-7 с роторным двигателем. В 1991 году стремление Mazda к автоспорту увенчалось желанной «тройной короной» в гонке на выносливость с четырехсекционным роторным двигателем Mazda 787B мощностью 700 лошадиных сил после десятка неудачных попыток в течение 18 лет с 1974 года. Это стало первой победой японского автопроизводителя в гонке Ле-Ман.
Вступая в новую эру и заглядывая в будущее
В 1991 году Mazda купалась в лучах славы благодаря знаменательной победе в гонке Ле-Ман и сделала большой шаг вперед, выпустив FD RX-7, спортивный автомобиль с роторным двигателем, но темная туча уже показалась на горизонте. В Японии, внутреннем рынке Mazda, экономический пузырь лопнул и последовавшая рецессия снизила спрос на спортивные автомобили. В то время, стремясь повысить топливную экономичность, Mazda активизировала усилия по разработке выхлопной системы с боковым выпуском, которая обеспечивала бы отличное ощущение ускорения, типичное для двигателя без наддува, при сохранении высокой мощности роторного двигателя.
В 1996 году Mazda официально начала проект по разработке системы бокового выхлопа для своего роторного двигателя следующего поколения. Пока группа разработчиков работала над увеличением мощности этого нового двигателя, Mazda была вынуждена прекратить производство FD RX-7 в 2002 году из-за экономического спада. В результате производство роторных двигателей было приостановлено, по крайней мере, на время.
Тем не менее, команда разработчиков продолжала работу по подготовке к серийному производству нового роторного двигателя, преодолевая технические трудности. В частности, создание выхлопной системы с боковым выпуском столкнулось с огромной проблемой, которую не смогли преодолеть даже опытные инженеры, легендарные самураи Mazda. Однако в 2003 году команда разработала новый роторный двигатель, упорно и последовательно преодолев ряд технических проблем.
«Мы придумали RENESIS, объединив «RE» (от «restart») и «NESIS» (последняя часть слова «genesis»), чтобы обозначить новый запуск роторного двигателя». Обладая высокой мощностью, являясь атмосферником с улучшенной топливной экономичностью и возросшей чистотой выхлопных газов, двигатель RENESIS, казалось, стал предвестником новой эры роторного двигателя.
В 2003 году началось производство RX-8 с роторным двигателем. Выведя выигрышное сочетание компактного размера, легкого веса и высокой мощности роторного двигателя на новый уровень, RENESIS позволил реализовать совершенно новую концепцию RX-8 - полноценного спортивного автомобиля с четырехдверной, четырехместной комплектацией. Появление RX-8 ознаменовало возрождение роторных двигателей.
Еще в начале 1990-х годов водородное топливо должно было стать важным фактором при рассмотрении вопроса о том, как сделать автомобили безопасными для планеты и человека. Mazda шаг за шагом продвигалась к коммерциализации автомобиля с водородным роторным двигателем, внося ряд усовершенствований. На автосалоне 1991 года Mazda показала водородный роторный двигатель и концепт-кар HR-X, на котором он был установлен. Также был построен опытный образец MX-5 с водородным роторным двигателем. Mazda начала общественные дорожные испытания автомобиля с водородным роторным двигателем в 1995 году.
В 2003 году она представила RX-8 Hydrogen RE, первый в мире автомобиль с водородным роторным двигателем. RX-8 Hydrogen RE - очень практичный автомобиль благодаря использованию двухтопливной системы. Он сочетает в себе чистоту и комфорт при вождении. Разработка RX-8 Hydrogen RE проложила путь для будущих поколений водородных роторных двигателей. В 2006 году Mazda стала первой в мире компанией, которая приступила к практическому использованию автомобиля с водородным роторным двигателем по договору лизинга.
Mazda изучает способы использования роторных двигателей в качестве привода генератора для увеличения запаса хода электромобилей. Инженеры считают, что можно максимально использовать преимущества роторного двигателя - небольшой размер, легкий вес, высокую мощность и бесшумность - в области электромобилей. Новый Demio EV, премьера которого состоялась в ноябре 2013 года, имеет запас хода 400 километров, что вдвое больше, чем у его предшественника.
Улучшение стало возможным благодаря установке увеличившего диапазон пробега, роторного двигателя под багажником. В будущем использование такой схемы в сочетании с опытом Mazda в области водородных роторных двигателей может быть применено к мобильному энергетическому оборудованию, использующему альтернативные виды топлива, такие как газ.
Роторный двигатель обладает огромным потенциалом, как сумма выдающихся технических качеств и экологических характеристик. Учитывая его совместимость с несколькими типами топлива, включая водород, и приспособляемость к использованию в производстве электроэнергии, роторный двигатель имеет высокий потенциал в качестве экологически чистого двигателя.
Японские инженеры не прекращают исследования и разработки роторного двигателя как уникальной технологии бренда, чтобы максимально раскрыть его потенциал. Благодаря готовности Mazda принимать вызовы, колесо истории роторных двигателей намерено продолжить свое вращение. Если же этому волею судеб не суждено будет случиться, верные традиции древних самураев, инженеры-ронины с гордостью реализуют свое почётное право совершить сэппуку.
(По материалам сайта https://www.mazda.com)
