汽車知識：神奇的轉子發(fā)動機為何沒落了？
來源 中車友參考 瀏覽 3151 發(fā)表時間：2022-05-24 09:34:25
汽車一百多年的歷史中，誕生出了許多有意思的設計，其中最能代表汽車機械設計美感的發(fā)動機也并不是只有往復式（活塞式）這一種，轉子發(fā)動機rotary engine（因創(chuàng)始人為德國工程師汪克爾，故也稱汪克爾發(fā)動機）也曾是汽車上世紀汽車發(fā)動機領域一條新的設計思路，至于我們?yōu)槭裁捶Q轉子發(fā)動機為“優(yōu)雅的發(fā)動機”，看完這篇文章相信各位讀者自然能夠明白。
轉子發(fā)動機的起源
轉子發(fā)動機的原型由德國人菲加士·汪克爾所打造（近代第一臺原型機），轉子發(fā)動機與往復式活塞發(fā)動機相同點在于皆是依靠燃料燃燒產(chǎn)生的膨脹壓力推動零部件做功（化學能轉機械能）；而差異在于燃料燃燒產(chǎn)生的膨脹壓力推動的方式，往復式活塞發(fā)動機燃燒燃料獲得的膨脹壓力向下方推動活塞（連桿）、連桿帶著曲軸轉！
一、轉子發(fā)動機與“勒洛三角”
我們來看一看轉子發(fā)動機的內部結構，轉子發(fā)動機名稱的由來就是由中間以勒洛三角形理論制作的“轉子”。
為什么叫“勒洛三角形”呢？一個十九世紀的德國機械學家、數(shù)學家勒洛首先發(fā)現(xiàn)了勒洛三角形并進行研究，故而得名。一個正三角形分別以三個頂點為圓心，邊長長為半徑畫弧所得到的三角形就是勒洛三角。它的特性是在每個方向上的寬度都等于正三角形的邊長，這就是轉子發(fā)動機中轉子的理論來源。
圖片
轉子發(fā)動機的核心結構與眾不同帶來了不同的機械結構，傳統(tǒng)的渦輪增壓發(fā)動機和自然吸氣發(fā)動機的工作方式都是活塞在氣缸內部反復做往復直線運動以產(chǎn)生能量，而轉子發(fā)動機的基本結構是在一個橢圓形的缸體中，置入一個勒洛三角形形狀的轉子，轉子的三個面將橢圓形空間劃分為三個獨立的燃燒室。由于轉子采用偏心運行，因此這些被分隔的獨立燃燒室在運行過程中，容積會不斷地改變，此型發(fā)動機就是利用密閉空間變化的特質來達成四沖程運行所需要的進氣、壓縮、作功與排氣過程。
傳統(tǒng)四沖程往復式活塞發(fā)動機發(fā)動機的曲軸轉兩圈，各氣缸才完成一次進氣、壓縮、做功與排氣的過程。轉子發(fā)動機中的轉子轉一圈就能達到四沖程的周期，可以直接將可燃氣的燃燒膨脹力轉化為驅動扭矩。
二、轉子發(fā)動機什么如今卻很少看到
轉子發(fā)動機的轉子每旋轉一圈就作功三次，與一般的四沖程發(fā)動機每旋轉兩圈才作功一次相比，整個發(fā)動機只有兩個轉動部件，跟一般的四沖程往復式發(fā)動機具有二十多個活動部件相比，簡化的結構使發(fā)動機體積縮小、重量減輕，故障率也減少。另外，由于轉子發(fā)動機的軸向運行特性，它不需要精密的曲軸平衡就能達到較高的運行轉速，其轉速比往復式發(fā)動機上升得快，且具有高馬力容積比（發(fā)動機容積較小卻能輸出較多動力）的優(yōu)點?？梢岳斫鉃樗拇髢?yōu)點：1.轉動部件相較于往復式發(fā)動機更少，結構簡單重量輕體積??；2.發(fā)動機內部結構結構簡單（例如進排氣結構更簡單）故障率低于往復式發(fā)動機；3.相較于往復式發(fā)動機轉速提升的更快，小體積就能輸出較大的功率；4.震動和噪聲低于往復式發(fā)動機。
以上4個優(yōu)點對于許多消費者來說都是非常吸引人的，那為什么轉子發(fā)動機的實際裝車數(shù)量遠不如往復式發(fā)動機呢？這就要看它的短板了，由于轉子發(fā)動機無法像往復式發(fā)動機一樣調節(jié)壓縮比，因此國外研究機構發(fā)現(xiàn)轉子發(fā)動機油耗會比往復式發(fā)動機多了約10%，同時還因為燃燒時間短暫，混合油氣的燃燒不完全，在起動與低轉速時會排出大量的碳氫化合物，是往復式發(fā)動機的兩倍，這對于民用領域來說是致命的缺點，為了解決這個問題，一般會加裝熱反應器、觸媒反應器與后燃器等裝置。相對地，由于轉子發(fā)動機的三個燃燒室并非完全隔離，因此在使用一段時間之后容易因為菱封材料與缸壁磨損而造成漏氣問題，大幅增加油耗與污染。在當下排放法規(guī)愈發(fā)嚴格的情況下想要徹底解決此問題存在巨大的技術壁壘。另外雖然轉子發(fā)動機具有以小排氣量、利用高轉速而產(chǎn)生高輸出的特性，但由于工作原理與往復式發(fā)動機不同，世界各國在制訂發(fā)動機排氣量的稅則時，皆是以轉子發(fā)動機的實際排氣量乘以二來作為與往復式發(fā)動機之間的比較基準。舉例如，某款搭載了轉子發(fā)動機的跑車實際排氣量雖然只有1308cc，但在日本國內卻是以2616cc的排氣量來作為稅級計算的基準，在節(jié)能減排為主旋律的21世紀轉子發(fā)動機逐漸失去了優(yōu)勢。
