分析:致命缺陷转子发动机的伤痛

摘要:为何转子发动机迟迟不能进行广泛的应用 ,为何各大汽车业内的巨头不争相开发转子发动机呢 ？能解释这一现象的唯一答案就是 ,转子发动机本身也存在着不可掩盖的缺陷 ,其技术还远达不到能够广泛应用的程度 .那么到底转子发动机有何缺陷 ,不能……

目前由于量产车上的发动机普遍采用四冲程活塞往复式发动机 ,无论是直列 、v型排列 、w型排列 ,还是对置式发动机 ,都是依靠燃料在燃烧室内燃烧推动活塞进行上下或水平往复运动 ,再由连杆和曲轴将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动 ,进而带动传动机构驱动车辆行驶的 .而马自达rx-7却抛弃了这一传统的发动机形式 ,开创了采用转子发动机的先河 ,使得转子发动机得以量产 .可时隔半个世纪 ,自从20世纪50年代 ,德国工程师汪克尔发明转子发动机以来 ,现在为何只有马自达公司在rx-7和rx-8车型上采用了这种发动机 ,而其他知名品牌均不采用这种发动机呢 ,难道是他们没有制造转子发动机的技术么 ？就算如此 ,为何马自达不在其他普通民用车型（例如马自达3 、马自达6）上配备 ？转子发动机与传统的活塞往复式发动机虽然具备极大优势 ,但这种巨大的优势依然无法掩盖其致命的缺陷 ,从而导致其无法广泛地应用于民用车上 .

到底转子发动机相比传统的活塞往复式发动机有何优劣呢 ？又是什么原因使其无法在民用车上普及呢 ？首先我们从转子发动机的结构看起 .

转子发动机顾名思义 ,其重要的组成部件是转子 ,他就相当于活塞往复式发动机中的活塞 ,将燃料和空气燃烧后膨胀释放出的热能转化为驱动车辆行驶的机械能 .转子发动机除了有转子还有主轴 、前后端盖 、气缸体等零部件组成 ,它将空气燃烧膨胀后的热能直接装化为推动转子转动的机械能 ,再由转子带动主轴将动力传动给传动机构 ,驱动车辆行驶 .单从其结构上看 ,其零部件要比活塞往复式发动机硕大机体结构 、繁多的运动部件相对简单了许多 .也正是其运动部件少的缘故 ,使其具有发动机体积小重量轻的自然优势 .

当转子受到混合气燃烧膨胀的推动力时 ,转子围绕着主轴进行转动 ,直接将热能转化为主轴旋转的机械能 ,这种驱动方式大大削减了活塞往复运动中由于活塞上下运动时加速度的改变 ,造成对曲轴无法削减的冲击 ,使得机体运转更加平稳 ,机械振动也更小 .同时由于不再像活塞往复是发动机那样要有活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动 ,因此相应的运动部件也减少了很多 ,相对个运动部件间在运动过程中产生的摩擦和能量损失也更小 ,能更高效的将热能转化为机械能 .

我们知道活塞往复是发动机为了提高发动机的进气效率 ,需要复杂的配器机构 ,最简单的配器机构也需要有气门 、凸轮轴 、气门弹簧等零部件 ,现在为了进一步提高进气效率 ,又出现了可变气门正时和可变气门行程等技术 ,这些都大大增加了配气机构零件数量 ,增加了结构重量和零部件运动过程中产生的振动和噪声 ,而如此多的运动部件又降低了结构的可靠性 ,降低了传动精度 .而转子发动机由于其自身机构的优势 ,不需要又如此复杂的配器系统 ,相比之下 ,转子发动机都不需要有气门 ,只需要进气口和排气口 ,其运转过程中就相当于两冲程发动机活塞 ,在扫气的过程中完成进气和排气 ,由转子运转过程中分别遮挡进 、排气口实现了气门的开启和关闭 .由此看来更体现出转子发动机结构简单重量轻的优势 .

在转子发动机运转过程中 ,由于转子呈现出三角形 ,转子的三个表面就相当于活塞的头部 ,是承受气体燃烧的主要作用面 ,由此看来 ,转子的三个表面可以分别处于进气行程 、压缩和做功行程 、排气行程 .这样一来单个转子的转动就呈现出连续性 ,不再需要利用惯性让活塞进入下一个工作行程 .这样也就实现了动力的无间断输出 ,进而提高了发动机功率 ,而单个转的工作效率也就相当于3个活塞进行往复运动 .转子转动一周做一次功 ,而活塞要上下往复4个行程才能完成一次做功 ,由此我们可以看出转子发动机比活塞往复是发动机具备更大的功率 .此外由于转子发动机的运动部件少 ,质量轻 ,所以可以大幅提高发动机转速 ,我们知道发动机转速越高 ,向外输出的功率也越大 .由此看来 ,转子发动机的功率远远高于传统的活塞往复式发动机 ,甚至要高于采用诸如可变气门正时和行程 、增压技术等各种辅助技术的活塞往复式发动机 .

我们看到转子发动机具备了如此多的好处 ,是活塞往复式发动机最好的替代品 .然而自从转子发动机面世至今 ,半个世纪过去了 ,可现在广泛用于车辆上的发动机依然是活塞往复式发动机 ,为何转子发动机迟迟不能进行广泛的应用 ,为何各大汽车业内的巨头不争相开发转子发动机呢 ？能解释这一现象的唯一答案就是 ,转子发动机本身也存在着不可掩盖的缺陷 ,其技术还远达不到能够广泛应用的程度 .那么到底转子发动机有何缺陷 ,不能广泛用于民用车上呢 ？

我们还是要从转子发动机的结构和工作原理上进行分析 .首先转子发动机虽然是消除了活塞往复运动中的冲击 ,但是由于转子是偏心结构 ,在其运转过程中又产生了额外偏心振动 ,而为了消除这种振动又需增加与转子反方向运动的平衡重 ,来缓解这种偏心振动 .同时在其做功时 ,总是缸体一个局部区域受到巨大的冲击 ,造成了发动机局部磨损剧烈 ,使得发动机磨损不平衡 ,严重降低的其使用寿命 .为了减小其局部磨损严重的问题 ,就只有采用先进的制造工艺 ,采用强度和耐磨 、耐冲击性更高的材料 ,这无形中又大大增加了制造成本 .这些其实都并不是影响转子发动机推广的主要原因 .对其对推广影响最大的莫过于其只能大幅提高功率 ,而低速扭矩却低得令人难以接受 .由于转子发动机是由转子直接与主轴接触 ,驱动主轴转动的 ,因此由于转子自身是在气缸内进行偏心转动 ,其就是一个套在主轴外缘上作偏心运动的大齿轮 ,而主轴轴颈相对较小 ,因此就形成了大齿轮驱动小齿轮的驱动方式 ,使得其扭矩大大降低 ,这就是造成转子发动机扭矩低的根本原因 ,也是转子发动机不能广泛推广的主要原因 .同时转子发动机在结构上又对发动机润滑 、冷却 、密封也提出了相当高的要求 .此外 ,由于转子发动机能在小排量车上实现大功率 ,因此其巨大的燃油消耗往往被人们忽视了 ,由于转子发动机自身的结构 ,其排量为三角形转子一个表面与缸体形成的最大容积与最小容积的差 ,而对于三角形的转子来说 ,一个转子实际上就相当于有三个活塞在工作 ,这就使其排量相当于3个活塞工作的排量 ,油耗也自然相当于3个活塞同时工作的油耗 .由此看来 ,虽然其排量小 ,但油耗也相对较高 .

我们说转子发动机虽然具备重量轻 、结构简单 、能实现发动机的高转速 、功率大 、有助于合理分配整车前后载荷 、降低车身重心 、有助于提高整车操控性的天然优势 ,但其扭矩低 ,存在偏心振动 ,对发动机的材料 、润滑 、冷却和密封都提出了相当高的要求 ,提高了整机的制造成本 .因此在目前的量产车中只有马自达公司的rx-8和rx-7采用了转子发动机 .既然转子发动机已经可以实现批量生产并应用于现在的汽车上 ,可对于民用车来说 ,其具备如此多的优点却为何不能普及呢 ？

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