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汽車一百多年的歷史中，誕生出了許多有意思的設(shè)計(jì)，其中最能代表汽車機(jī)械設(shè)計(jì)美感的發(fā)動(dòng)機(jī)也并不是只有往復(fù)式（活塞式）這一種，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)rotary engine（因創(chuàng)始人為德國(guó)工程師汪克爾，故也稱汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)）也曾是汽車上世紀(jì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域一條新的設(shè)計(jì)思路，至于我們?yōu)槭裁捶Q轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)為“優(yōu)雅的發(fā)動(dòng)機(jī)”，看完這篇文章相信各位讀者自然能夠明白。

轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的起源

轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的原型由德國(guó)人菲加士·汪克爾所打造（近代第一臺(tái)原型機(jī)），轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)與往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)相同點(diǎn)在于皆是依靠燃料燃燒產(chǎn)生的膨脹壓力推動(dòng)零部件做功（化學(xué)能轉(zhuǎn)機(jī)械能）；而差異在于燃料燃燒產(chǎn)生的膨脹壓力推動(dòng)的方式，往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃料獲得的膨脹壓力向下方推動(dòng)活塞（連桿）、連桿帶著曲軸轉(zhuǎn)！

一、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)與“勒洛三角”

我們來看一看轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)名稱的由來就是由中間以勒洛三角形理論制作的“轉(zhuǎn)子”。

為什么叫“勒洛三角形”呢？一個(gè)十九世紀(jì)的德國(guó)機(jī)械學(xué)家、數(shù)學(xué)家勒洛首先發(fā)現(xiàn)了勒洛三角形并進(jìn)行研究，故而得名。一個(gè)正三角形分別以三個(gè)頂點(diǎn)為圓心，邊長(zhǎng)長(zhǎng)為半徑畫弧所得到的三角形就是勒洛三角。它的特性是在每個(gè)方向上的寬度都等于正三角形的邊長(zhǎng)，這就是轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)子的理論來源。

圖片

轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的核心結(jié)構(gòu)與眾不同帶來了不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)和自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方式都是活塞在氣缸內(nèi)部反復(fù)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)以產(chǎn)生能量，而轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是在一個(gè)橢圓形的缸體中，置入一個(gè)勒洛三角形形狀的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的三個(gè)面將橢圓形空間劃分為三個(gè)獨(dú)立的燃燒室。由于轉(zhuǎn)子采用偏心運(yùn)行，因此這些被分隔的獨(dú)立燃燒室在運(yùn)行過程中，容積會(huì)不斷地改變，此型發(fā)動(dòng)機(jī)就是利用密閉空間變化的特質(zhì)來達(dá)成四沖程運(yùn)行所需要的進(jìn)氣、壓縮、作功與排氣過程。

傳統(tǒng)四沖程往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)兩圈，各氣缸才完成一次進(jìn)氣、壓縮、做功與排氣的過程。轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈就能達(dá)到四沖程的周期，可以直接將可燃?xì)獾娜紵蛎浟D(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)扭矩。

二、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)什么如今卻很少看到

轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一圈就作功三次，與一般的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)每旋轉(zhuǎn)兩圈才作功一次相比，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)只有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，跟一般的四沖程往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)具有二十多個(gè)活動(dòng)部件相比，簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)使發(fā)動(dòng)機(jī)體積縮小、重量減輕，故障率也減少。另外，由于轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向運(yùn)行特性，它不需要精密的曲軸平衡就能達(dá)到較高的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，其轉(zhuǎn)速比往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)上升得快，且具有高馬力容積比（發(fā)動(dòng)機(jī)容積較小卻能輸出較多動(dòng)力）的優(yōu)點(diǎn)?？梢岳斫鉃樗拇髢?yōu)點(diǎn)：1.轉(zhuǎn)動(dòng)部件相較于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)更少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單重量輕體積小；2.發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（例如進(jìn)排氣結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單）故障率低于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)；3.相較于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升的更快，小體積就能輸出較大的功率；4.震動(dòng)和噪聲低于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)。

以上4個(gè)優(yōu)點(diǎn)對(duì)于許多消費(fèi)者來說都是非常吸引人的，那為什么轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際裝車數(shù)量遠(yuǎn)不如往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)呢？這就要看它的短板了，由于轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)無法像往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)一樣調(diào)節(jié)壓縮比，因此國(guó)外研究機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)油耗會(huì)比往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)多了約10%，同時(shí)還因?yàn)槿紵龝r(shí)間短暫，混合油氣的燃燒不完全，在起動(dòng)與低轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)排出大量的碳?xì)浠衔?，是往?fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的兩倍，這對(duì)于民用領(lǐng)域來說是致命的缺點(diǎn)，為了解決這個(gè)問題，一般會(huì)加裝熱反應(yīng)器、觸媒反應(yīng)器與后燃器等裝置。相對(duì)地，由于轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的三個(gè)燃燒室并非完全隔離，因此在使用一段時(shí)間之后容易因?yàn)榱夥獠牧吓c缸壁磨損而造成漏氣問題，大幅增加油耗與污染。在當(dāng)下排放法規(guī)愈發(fā)嚴(yán)格的情況下想要徹底解決此問題存在巨大的技術(shù)壁壘。另外雖然轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)具有以小排氣量、利用高轉(zhuǎn)速而產(chǎn)生高輸出的特性，但由于工作原理與往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)不同，世界各國(guó)在制訂發(fā)動(dòng)機(jī)排氣量的稅則時(shí)，皆是以轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際排氣量乘以二來作為與往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)之間的比較基準(zhǔn)。舉例如，某款搭載了轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的跑車實(shí)際排氣量雖然只有1308cc，但在日本國(guó)內(nèi)卻是以2616cc的排氣量來作為稅級(jí)計(jì)算的基準(zhǔn)，在節(jié)能減排為主旋律的21世紀(jì)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸失去了優(yōu)勢(shì)。