Феликс Ванкель¶

Феликс Ванкель — немецкий инженер-механик и изобретатель, наиболее известный как создатель роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, названного его именем (двигатель Ванкеля). Родился 13 августа 1902 года в городе Лар (Германия), умер 9 октября 1988 года в Гейдельберге. Ванкель также внёс вклад в развитие конструкций уплотнительных колец и газовых турбин.

¶Биография

¶Ранние годы и образование

Феликс Генрих Ванкель родился в семье лесничего. Его отец погиб на фронте Первой мировой войны в 1914 году, после чего семья переехала в Гейдельберг. Ванкель не получил формального высшего образования: он бросил школу в 1921 году, не окончив гимназию, и начал работать в качестве механика в книжном магазине. Однако его интерес к технике и самообразование позволили ему самостоятельно изучать механику и термодинамику.

¶Начало карьеры и изобретательская деятельность

В 1924 году Ванкель основал небольшую мастерскую в Гейдельберге, где начал экспериментировать с конструкциями уплотнительных колец для двигателей. В 1926 году он получил свой первый патент на устройство для уплотнения вращающихся валов. В 1929 году он познакомился с инженером и промышленником Вильгельмом Фридрихом, который помог ему организовать собственную лабораторию.

В 1930-е годы Ванкель работал над созданием роторного двигателя, который мог бы заменить традиционные поршневые двигатели. В 1934 году он подал патент на первый вариант роторно-поршневого двигателя, однако практическая реализация столкнулась с рядом технических трудностей, в первую очередь с проблемой герметизации камер сгорания.

¶Работа в годы Второй мировой войны

Во время Второй мировой войны Ванкель занимался разработкой уплотнительных колец для авиационных двигателей, а также работал над проектами газовых турбин. Его исследования финансировались Министерством авиации нацистской Германии, однако после войны его лаборатория была разрушена, а часть документации утеряна.

¶Послевоенный период и сотрудничество с NSU

После войны Ванкель восстановил свою лабораторию и в 1951 году заключил контракт с немецкой компанией NSU Motorenwerke AG (NSU) на разработку роторного двигателя. В 1954 году он создал первый работоспособный прототип двигателя, который получил обозначение DKM 54. В 1957 году был построен первый двигатель Ванкеля, который успешно прошёл испытания на стенде.

В 1960 году NSU представила первый автомобиль с роторно-поршневым двигателем — NSU Spider, который выпускался до 1967 года. В 1967 году компания выпустила модель NSU Ro 80, оснащённую двухроторным двигателем Ванкеля, которая получила признание за плавность хода и высокую мощность при малом весе.

¶Поздние годы и наследие

В 1970-е годы Ванкель отошёл от активной инженерной деятельности, но продолжал заниматься консультированием. Он получил несколько почётных докторских степеней, в том числе от Технического университета Мюнхена (1972). Ванкель скончался в 1988 году в Гейдельберге.

¶Двигатель Ванкеля

¶Принцип работы

Двигатель Ванкеля — это роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором возвратно-поступательное движение поршня заменено вращательным движением ротора. Ротор имеет треугольную форму и вращается внутри эпитрохоидальной камеры (корпуса). В процессе вращения ротора образуются три камеры переменного объёма, в которых последовательно происходят четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

Основные элементы конструкции:

Ротор — треугольный поршень, который вращается вокруг центрального вала.
Корпус — статор с эпитрохоидальной внутренней поверхностью.
Вал — эксцентриковый вал, который преобразует вращение ротора во вращение выходного вала.
Уплотнители — пластинчатые уплотнения (апексные уплотнения), которые герметизируют камеры между ротором и корпусом.

¶Преимущества и недостатки

Преимущества двигателя Ванкеля:

Высокая удельная мощность (мощность на единицу массы).
Компактность и малый вес.
Плавность работы (отсутствие возвратно-поступательного движения).
Меньшее количество движущихся частей по сравнению с поршневыми двигателями.

Недостатки:

Высокий расход топлива и масла.
Проблемы с герметизацией камер (износ уплотнителей).
Высокий уровень выбросов углеводородов (несгоревшее топливо).
Сложность производства и ремонта.

¶Применение

Двигатели Ванкеля нашли ограниченное применение в автомобильной промышленности. Наиболее известным производителем автомобилей с роторными двигателями была японская компания Mazda, которая в 1967 году выпустила модель Mazda Cosmo Sport. Впоследствии Mazda использовала двигатели Ванкеля в моделях RX-7 (1978–2002) и RX-8 (2003–2012). В 2012 году выпуск роторных двигателей для серийных автомобилей был прекращён из-за несоответствия экологическим нормам.

Также двигатели Ванкеля применялись:

В авиации (лёгкие самолёты, вертолёты).
В мотоциклах (например, Norton Interpol).
В стационарных установках (генераторы, насосы).
В гоночных автомобилях (например, Mazda 787B, выигравшая гонку «24 часа Ле-Мана» в 1991 году).

¶Критика и ограничения

Несмотря на инновационность конструкции, двигатель Ванкеля не смог вытеснить традиционные поршневые двигатели. Основные причины — низкая топливная экономичность и высокие выбросы вредных веществ. В 1970-е годы, после нефтяного кризиса, интерес к роторным двигателям снизился, а ужесточение экологических норм в 1990-е годы сделало их массовое производство нерентабельным. В 2012 году Mazda официально прекратила выпуск двигателей Ванкеля для серийных автомобилей, хотя в 2023 году компания заявила о возобновлении исследований в этой области для гибридных силовых установок.

¶Интересные факты

Феликс Ванкель никогда не получал водительских прав, так как считал, что вождение отвлекает от изобретательства.
Первый патент на роторный двигатель был подан Ванкелем в 1934 году, но первый рабочий прототип появился только через 23 года.
В 1960-е годы лицензии на производство двигателей Ванкеля приобрели более 20 компаний, включая General Motors, Ford, Mercedes-Benz и Toyota, однако ни одна из них не смогла наладить серийное производство.
Двигатель Ванкеля использовался в советских экспериментальных автомобилях, например, в ВАЗ-21018 (1976) и ВАЗ-21019 (1978), но из-за низкой надёжности проект был закрыт.
В 1991 году Mazda 787B с четырёхроторным двигателем Ванкеля стала первым японским автомобилем, выигравшим гонку «24 часа Ле-Мана».

¶Источники

Hege, J. B. (2001). The Wankel Rotary Engine: A History. McFarland.
Norbye, J. P. (1971). The Wankel Engine: Design, Development, Applications. Chilton Book Company.
Mazda Motor Corporation. (2012). The Story of the Rotary Engine.
Патент DE 413 422 (1934) — «Роторный двигатель внутреннего сгорания».
Феликс Ванкель. Биографические данные. Архив Технического университета Мюнхена.