«Пламя в наших роторных моторах не гаснет!»: что побудило фирму Mazda возродить свой беспримерный двигатель во времена стремительного перехода на электромобили?

Новый роторный двигатель, возрожденный в гибридной силовой установке

По прошествии примерно 11 лет с тех пор, как в 2012 году прекратился выпуск модели RX-8, компания Mazda вновь приступила к реализации автомобилей с роторным двигателем. Новая модель именуется MX−30 e−SKYACTIV R−EV (далее в тексте MX-30 R-EV).

Модель MX−30 e−SKYACTIV R−EV поступила в продажу 16 ноября 2023 года. Стоимость составляет от 4.235.000 до 4.917.000 йен (снимок предоставлен компанией MAZDA)

В модели MX-30 R-EV сила роторного двигателя используется не для того, чтобы непосредственно приводить в движение колеса машины. Двигатель вращает генератор, а вырабатываемая им электрическая энергия приводит в действие электромоторы, которые крутят колеса машины.

Такой способ обычно называют последовательной гибридной схемой, уже получившей товарную реализацию в таких автомобилях как модели e-power компании Nissan и e:HEV компании Honda (отметим, что у моделей e:HEV используется не только последовательная схема – также предусмотрен и режим, в котором двигатель вращает колеса напрямую).

Особенность MX-30 R-EV состоит в том, что в отличие от автомобилей e-power и e:HEV, где движущую силу обеспечивают поршни двигателя возвратно-поступательного действия, в данной модели использован роторный двигатель, центральный подвижный элемент которого (в разрезе напоминающий формой треугольный рисовый колобок, именуемый о-мусуби) совершает вращательное движение. При этом за счет оснащения аккумуляторной батареей большой емкости у данной модели имеется еще функция – машина может использоваться аналогично электромобилю, то есть является гибридной системой с возможностью подзарядки от сети.

Тому, что в модели MX-30 R-EV компания Mazda воспользовалась весьма сложной технологией последовательной гибридной силовой установки с функцией подзарядки от сети, есть веская причина.

Слабостью роторного двигателя считают то, что в целом он отличается высоким расходом топлива, причем его выхлопные газы содержат большое количество углеводородов. В наши дни, когда проблема охраны окружающей среды приобрела беспримерную важность, этот недостаток стал для роторных двигателей роковым, и, как полагают, именно из-за него в 2011 году было принято решение прекратить массовый выпуск автомобилей с такими двигателями.

Модель RX-8 покупателям предлагали до весны 2013 года. Она стала последним спорткаром с роторным двигателем (снимок предоставлен компанией MAZDA)

Внедрение роторного двигателя в последовательную гибридную силовую установку с возможностью подзарядки позволило компенсировать его главные недостатки – низкую эффективность расхода топлива, а также выхлопы. И теперь такие автомобили наконец вышли на рынок.

Что же побудило компанию Mazda вложить столько сил в возрождение роторного двигателя?

Многотрудный путь к практическому применению роторного двигателя

Фирма Mazda впервые наладила массовый выпуск роторных двигателей, которые когда-то считали «двигателями будущего», в 1967 году. Поступившая тогда в продажу модель Cosmo Sport считается второй в истории серийной машиной с роторным двигателем вслед за предложенной немецкой компанией NSU в 1964 году моделью NSU Wankel Spider.

В 1961 году компания Mazda вступила в технологическое партнерство с фирмой NSU, лидировавшей в разработке роторного двигателя, благодаря чему получила доступ к основам технологии, но в отличие от NSU, быстро отказавшейся от массового выпуска роторных двигателей из-за целого ряда проблем, Mazda преодолела многочисленные трудности, а затем снабжала мир роторными двигателями на протяжении почти полувека.

Поскольку за исключением этих двух компаний никто и никогда не осуществлял массовое производство роторных двигателей, не будет преувеличением утверждать, что фактически компания Mazda стала единственным автопроизводителем, который добился широкого практического использования роторного двигателя.

Следует отметить, что роторные двигатели производства NSU получили общераспространенное наименование «двигатель Ванкеля» по имени изобретателя, Феликса Ванкеля, но в данной статье мы для удобства объединили их под общим названием роторный двигатель.

Модель Cosmo Sport поступила в продажу в 1967 году. Для своего времени она выглядела очень футуристично – ее даже показывали в «телешоу спецэффектов» под названием «Возвращение Ультрамана» (Снимок предоставлен компанией MAZDA)

С какими трудностями столкнулась компания Mazda в процессе практической реализации роторного двигателя?

В самом начале разработки труднейшей задачей, как полагают, стало преодоление проблемы вибрационного износа.

После использования двигателя в течение определенного времени на поверхностях камеры, в которой вращается ротор, роль которой соответствует внутренним поверхностям цилиндров в поступательно-возвратном поршневом двигателе, возникает волнообразный «рисунок» от ударов ротора, и самой большой трудностью было обеспечить достаточную износостойкость роторного двигателя.

Для преодоления этой проблемы компания Mazda предложила целый ряд мер, в числе которых использование самосмазывающего углеродного материала в качестве уплотнителя вершины ротора, разработка совместно с производителями машинных масел новых методов смазки, хромирование внутренних поверхностей для повышения прочности и т. д.

Вместе с тем для лучшего понимания вибрации двигателя, служащей причиной вибрационного износа, компания еще в 1963 году внедрила метод компьютерного анализа.

Таким образом фирма Mazda накопила множество ноу-хау, связанных с материалами, обработкой поверхностей, анализом вибрации, анализом сгорания топлива и многим другим. Тем самым она заложила основу технологий разработки двигателей высшего мирового класса, которой пользуется и поныне.

Роторный двигатель обеспечил фирме Mazda не только накопление технологического потенциала. Он сыграл важную роль и в том росте, благодаря которому фирма стала «универсальным автопроизводителем», каким она является и в наши дни.

Роторный двигатель, который устанавливался в модель третьего поколения RX-7, поступившую в продажу в 1991 году. Компактный двигатель с двойным турбонаддувом развивает мощность 255 л. с. (на момент начала продаж, а в более поздних модификациях 280 л. с.) и является предметом гордости производителя (Снимок предоставлен компанией MAZDA)

В самом начале 1960-х годов с целью повысить международную конкурентоспособность национального автомобилестроения правительство Японии стремилось консолидировать автопроизводителей, выпускавших легковые автомобили, в три группы: производители массовых автомобилей, спорткаров и роскошных автомобилей, и, наконец, производителей малолитражных автомобилей категории кэй. Компанию Mazda, вышедшую в 1960 году на рынок с малолитражными моделями (в то время под названием «Тоё когё»), предполагалось отнести к группе производителей кэй-каров, но саму компанию, которая изначально вынашивала мечту стать универсальным автопроизводителем, это не устраивало. Для того, чтобы продемонстрировать свой потенциал развития в универсального автопроизводителя, Mazda приняла решение вывести на уровень практической реализации свои оригинальные передовые технологии. Роль главного символа при этом отвели роторному двигателю.

План консолидации производителей легковых автомобилей в три группы позднее был отложен в связи со стремительным развитием японских автофирм, и тем не менее, можно смело утверждать, что роторный двигатель сыграл важную роль не только в технологическом аспекте, но и в плане расширения масштабов компании как производителя автомобилей.

Главная задача – энергетическая эффективность

Но вернемся к модели MX−30 R−EV. При возрождении роторного двигателя Mazda поработала не только над его сочетанием с системой последовательной гибридной силовой установки с функцией подзарядки от сети, но и спроектировала заново сам роторный двигатель с тем, чтобы улучшить его показатели расхода топлива и нагрузки на окружающую среду.

К примеру, за счет использования технологии прямого вспрыскивания топлива в камеру сгорания удалось повысить эффективность, а кроме того распыление топлива за счет прямого вспрыска позволило сократить объем подаваемого топлива при низких температурах. Помимо этого, серьезно пересмотрев форму камеры сгорания, удалось реализовать быстрое горение, что также поспособствовало повышению энергоэффективности. К тому же, заменив на алюминий материал, из которого производится важный структурный элемент двигателя – боковая крышка, его массу получилось снизить более чем на 15 килограммов, а за счет нанесения на рабочие поверхности керамического напыления удалось добиться значительного повышения износостойкости.

Возрожденный роторный двигатель, именуемый 8C, по сути своей является совершенно новым произведением, в котором заново спроектировано всё: если воспользоваться сравнением с поршневым двигателем, то он получил новый блок цилиндров, новую головку блока цилиндров и даже новые поршни, поэтому его вполне можно назвать «совершенно новым» двигателем, построенным с нуля.

Силовая установка, используемая в модели MX−30 e−SKYACTIV R−EV. Соосная компоновка более компактного роторного двигателя с генератором и электромотором позволила создать силовую установку с небольшими габаритами (Снимок предоставлен компанией MAZDA)

Тем не менее, энергетическую эффективность MX−30 R−EV вряд ли можно назвать исключительно высокой. Согласно каталогу, пробег на литр топлива составляет 15.4 км (в режиме WLTC). Несмотря на невозможность прямого сравнения ввиду отсутствия моделей аналогичной конструкции, отметим, что у подзаряжаемого гибрида компании Toyota RAV4 заявленный пробег на литр топлива составляет 22.2 километра, а у подзаряжаемого гибрида Prius 26.0 км. В плане расхода топлива MX−30 R−EV явно оказывается в невыгодном положении.

По этой причине даже при использовании в системе гибридной силовой установки с функцией подзарядки от сети будущее роторных двигателей представляется отнюдь не простым. Понимая это, компания Mazda рассчитывает, что будущее ее роторным двигателям удастся обеспечить не благодаря одной лишь энергоэффективности, а за счет повышения товарной ценности автомобиля в целом через уникальный подход к созданию «по-маздовски» и отличные ходовые качества. Ведь роторный двигатель – это часть идентичности Mazda.

На состоявшейся на днях выставке Japan Mobility Show, продемонстрировав концепт-кар Iconic SP, компания указала на вероятность того, что используемый в модели MX−30 R−EV однороторный двигатель, доработанный до двухсекционной версии в системе для гибридной силовой установки с функцией подзарядки, будет установлен в роскошную и стильную машину со спортивным кузовом.

«Пламя наших роторных моторов не гаснет!» – громко провозгласила компания Mazda, объявляя о выпуске на рынок модели MX−30 R−EV. Хочется надеяться, что это стремление принесет свои плоды.

Фотография к заголовку: Ротор характерной формы, именуемой по-японски «о-мусуби» за схожесть с треугольным рисовым колобком, – сердце двигателя модели MX−30 e−SKYACTIV R−EV. Именно этот элемент создает энергию движения, вращаемый в камере сгорания многократным повторением процесса сжатие-взрыв-выпуск (Снимок предоставлен компанией MAZDA)