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浅谈转子发动机的优势、劣势(解读转子发动机因何而没落)

谈及转子发动机、相信很多车友都能聊上一阵子,比如大名鼎鼎的神车马自达RX7、亦或者是勒芒冠军车787B;转子发动机曾在内燃机发展历程中大放异彩,却又在短暂的辉煌后迅速没落,转子发动机到底强不强、强在哪,为何它不能成为内燃机的主流?

此文仅仅针对转子发动机的优缺点进行合理的描述,虽然转子发动机因马自达而发扬光大、但转子并不仅仅属于马自达,转子发动机虽然经典、但亦存在很多缺点,且缺点造成的问题已经超过优点带来的好处,所以转子发动机才会逐渐凋零、没落;依然向马自达致以敬意,没有马自达、转子发动机就很难被世人所称赞及怀念,工业领域也可能少了一个奇迹!

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转子发动机的起源

转子发动机的原型由德国人菲加士·汪克尔所打造(近代第一台原型机),转子发动机与往复式活塞发动机相同点在于皆是依靠燃料燃烧产生的膨胀压力推动零部件做功(化学能转机械能);而差异在于燃料燃烧产生的膨胀压力推动的方式,往复式活塞发动机燃烧燃料获得的膨胀压力向下方推动活塞(连杆)、连杆带着曲轴转!

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配备转子引擎的奔驰C111

转子发动机燃烧燃料获得的膨胀压力则是推动三角转子的一个面、使转子开始旋转,旋转的转子带动偏心轴旋转;最早期研发量产转子发动机的并不仅仅是马自达,而同时期的通用、本田、福特、奔驰4家车企也同样从NSU处购买了转子发动机的专利,如上图所示配备转子引擎的奔驰C111;只不过相比较这几个财大气粗的车企,当时财力匮乏的马自达(东洋工业)选择转子早已押上全部身家!

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转子发动机超强的功率密度

转子发动机与往复式活塞发动机不同,往复式活塞发动机曲轴转2圈、完成4个冲程,只做1次功(2冲机另当别论);如上方动图所示,三角转子转1圈(360°)、可以完成点火3次(做3次功,每1次点火、就是1次做功的过程),而三角转子每旋转1圈、可以带动偏心轴(相当于活塞发动机曲轴)转3圈,那么等同于偏心轴(曲轴)转1圈、做功1次!

而活塞发动机曲轴转2圈、做功1次,所以转子发动机拥有更强的功率密度,在相同的排量下、转子发动机的功率可以达到活塞式发动机的2倍,当然这是相对而言(假设转速差异不大、不配备增压系统);所以在计算转子发动机排量时、皆是实际排量*2,比如勒芒冠军车787B的转子发动机排量为2.6L、但乘上系数后为5.2L,它的对手配备的机器则是5.0L V8(91年),这就是转子发动机排量的转换方式,无论是参赛组别、亦或者是普通消费者购车上手续皆按照实际排量*2来计算!

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简单稳定的结构

结构稳定可以轻松获得超高转速

旺克研发原型机的时代、涡轮增压技术还没有普及,那个时期想提高内燃机功率无非就是增加排量、拉高转速,功率=扭矩*转速意味着转速拉得越高、输出功率越高,而转子发动机没有曲柄连杆部分、配气部分、甚至与偏心轴(曲轴)呈现一体化!要知道往复式活塞发动机想要获得高转速,需要曲轴的平衡精密度极高、那个年代往复式活塞发动机想获得稳定的高转速是很难的!

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而转子发动机结构简单,由茧型壳体(发动机缸体)、三角转子、偏心轴所组成,且对偏心轴的精度要求很低,也就是说在那个加工技术、精度还不太理想的年代,转子发动机才是实现更低成本(加工、物料)、更强性能的最佳解决方案,那个时期转速就能达到13000转,这就是转子发动机吸引很多车企目光的原因,因为在那时它的高转速特性太耀眼,且结构简单、重量轻,完全是性能取向的竞技机型

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体积小、重量轻

转子发动机没有曲柄连杆、配气结构,且小排量当大排量用(比如1.3L的RX8、2.6L的赛车787B),所以转子发动机体积是非常小的,优点就是便于布局、不占地方,即便是小车配备个双叉臂悬挂也不费劲,发动机体积大了、不容易配备大型悬挂,对于整车平衡、重心也有好处,这部分不多说、谁说都是那套话!

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转子发动机各个冲程

缸体受热不均

如上图所示、转子发动机运行时各个过程的状态,可以看出转子发动机进气、喷油(图上没体现出来)永远出现在茧型壳体的上半部分,而点火、做功则出现在茧型壳体中下方(用上下方、便于理解),这样就会导致茧型壳体左上方温度偏低、而茧型壳体右下方则呈现高温,长期运转茧型壳体必然因为长期受热不均导致形变、以及一些密封部件失效;而活塞式发动机则不然、完成4个冲程在同一个位置!

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动态式的燃烧室导致燃烧差

活塞发动机的活塞到达上止点后、气缸内依然留有部分空间(上图右),这个空间就是燃烧室,对于往复式活塞发动机而言、燃烧室是静态的(相对),相对静态的燃烧室对于燃烧有着很好的帮助;但转子发动机则不然、这货的燃烧室是处于动态的、也就是位置在移动(下图左侧双火花塞),混乱的涡流使得火焰传播变得无序,导致燃烧变得很差、即便马自达给上了两颗火花塞也仅仅是做到改善、而解决不了!

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这就导致了转子发动机的油耗、排放出奇的差,比如马自达RX8上那台1.3L双转子自吸发动机被戏称3.0L的动力、5.0L的友好;RX8上的1.3L双转子自吸可以提供约231匹马力、211nm的扭矩、断油8200转,这个数据的确近似于买菜3.0L、但对于一些性能版本的往复式活塞机而言也并不亮眼,比如本田的2.0L自吸F20C/K20A,日产研发的2.5L自吸VQ25等,毕竟转子1.3L=2.6L往复式活塞机的层面(都是RX8时代的产品)

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2.5L的VQ25可以提供240匹马力,本田研发的2.0L自吸K20A/F20C也能达到240匹、甚至更高的马力,这么一看转子发动机的高转高功率优势已经很不明显,因为这个时代加工技术、工艺大幅度提高,往复式活塞发动机同样可以获得超高的转速、获得很高的升功率,那么转子发动机的存在意义是什么?日产的VQ25保养维护超简单、使用矿物质机油即可,不烧机油、寿命长、不需要高油量启动、不需要高转速熄火,除了不具备转子机的小体积、低重量特性,只不过这些对于民用车而言、没有什么意义(换不来低油耗及低排放的减重毫无意义)!

所以当年的转子发动机是真强、而当今转子发动机对比活塞机性能优势已经不大,也可以说是没有;转子发动机能获得的性能、活塞发动机同样可以,但在上世纪6、70年代活塞机则做不到,那个时期转子发动机的性能碾压活塞发动机;实际上早在上世纪80年代之后、转子发动机的优势已经不再明显,要不然马自达也不会陪跑勒芒10几年!

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不过最终787B还是夺冠了、虽然存在太多的运气成分,但不可否认运气也是实力的一部分;不过转子发动机被禁用不存在任何的阴谋,马自达787B赛车91年勒芒夺冠、而早在89年国际汽联开始着手勒芒看齐F1所使用的3.5L活塞发动机计划,90年敲定勒芒赛场禁用转子发动机,在91年C1组别开始禁用转子发动机、而C2组则给予一年的缓冲期,马自达787B赛车恰好就是C2组的,也就是说马自达早在夺冠之前就知道92年的勒芒赛场将不会存在转子发动机!

浅谈转子发动机的优势、劣势,解读转子发动机因何而没落

所以转子发动机被禁用的背后不存在任何的阴谋,只是出于环保规则下的妥协而已;上文就提到那时起转子发动机对比活塞机的优势已经不存在了,91年787B的确领先两圈夺冠,但勒芒赛玩的是耐力要跑3、400圈才能分胜负,往届领先几十圈夺冠的例子比比皆是;马自达用转子赛车陪跑10几年,1987年马自达757赛车落后冠军35圈,88年落后冠军56圈,89年落后冠军23圈,90年依然落后冠军50圈。

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这实际上就是最真实的转子发动机,它并没有很多车友想象的那般强大;91年的787B获得减重170公斤的特殊照顾,再加上奔驰捷豹的神助攻(双双故障),787B赛车就夺得了冠军,不可否认787B的实力很强、顶级赛场的选手哪个不强?但转子发动机被禁用以及马自达夺冠真的没有半点悲情,只不过很多车友宁愿相信马自达是悲情的;转子发动机有它性能强势的一面、但在今天看来优势已经不大,但劣势依然存在如不耐用、不环保就足够使它淘汰了!

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