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转子发动机的工作原理是什么?为什么很少听到有车企在使用它?

2020-09-10 15:04阅读(71)

转子发动机的工作原理是什么?为什么很少听到有车企在使用它?:转子发动机是由德国人所研发,它的诞生只是内燃机的一个衍变方向,它有着极少数的优点以及一系列

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转子发动机是由德国人所研发,它的诞生只是内燃机的一个衍变方向,它有着极少数的优点以及一系列的缺点,但确被悲情的马自达打造成一款悲情的发动机,实际上转子发动机已经被过渡宣传、已经被神话了,实际中的转子发动机远没有想象的那般强大,只不过朋友们都喜欢具有悲情色彩的英雄罢了;转子发动机的推出舞台与什么国际汽联的阴谋没有任何关系,不要总活在阴谋论之中。。。



多家车企都曾研发过转子发动机

转子发动机绝非独有,而马自达打造的搭载转子发动机的汽车也并非最强,只不过马自达更敢于孤注一掷,因为对于那个时代规模极小的马自达来说研发转子是唯一的发展路线(马自达习惯给自己创造困难),当时马自达孤注一掷的收购了NSU转子技术(NSU是生产摩托车的企业,后被大众收购),用当时马自达老大松田横次看到了NSU被奔驰、宝马、大众挤压而依然充满革新精神,所以联想到了自己被丰田、日产、五十铃压制的局面,所以产生了一种同病相怜的感觉,同时预计到了转子发动机的潜力,所以花了大价钱收购了转子技术,这笔钱对于那些大厂不算什么,而对于马自达则等同于棺材本。。。

当时的奔驰、大众、通用都有转子的技术,只不过对于这些巨型车企来说花点钱、收点新鲜的技术如同怡情,好就用、不好就雪藏,这就是大厂的操作方式,绝对不会在当时(即便是现在)还不成熟的转子技术上死磕;但马自达则不同,马自达规模太小,其它主机厂眼中的小钱对于马自达来说就是巨款,所以马自达没有退路,收来的技术再不成熟也得用,不用马自达就会立刻垮掉,所以这就是马自达死磕转子的原因,因为钱都压在转子上了,必须得有结果!不过当年因为旺克引擎(转子)在实验中的糟糕表现,很多主机厂就不愿意在亲自去尝试了,鬼爪硬伤解决不了(即便是现在也不能彻底解决),如上图所示,三角型转子旋转时三个棱在缸壁上的磨痕;只不过在马自达不断的尝试中,这个问题得到了遏制、达到了可以量产的水平,但寿命依然比活塞式发动机要短的多。。。

被传神的马自达转子发动机

在很多朋友的认知中,马自达的转子发动机是因为在勒芒赛上横扫欧美对手,所以让欧美各大主机厂颜面扫地,从而产生恐惧利用阴谋扼杀了转子发动机?这个故事编的相当漂亮,高中时期的鄙人也深信不已,但实际上则根本不是这回事,马自达用转子发动机参赛勒芒整整13个年头,仅仅是最后一次参赛中采取的了第一名,但当年的最快圈速也不是马自达所创造的。。。

1991年马自达夺冠夹杂着太多的运气,勒芒赛上无弱旅,要不然马自达也不会一直用转子发动机陪跑了整12年;胜利等于实力配运气,马自达用转子发动机参赛的第13年,终于等来了属于它的运气,夺冠热门奔驰两辆C11全部因故障退赛、捷豹全队发挥失常,所以马自达凭借787B赛车夺得冠军,而且足足领先第二名达到两圈,但实际上那年的勒芒赛足足能跑了360多圈,马自达跑362圈、第二名跑360圈似乎两圈的优势蛮大的;夺冠的马自达平均时速只有205千米,喜欢看勒芒的朋友都清楚这个平均时速还不具备被封杀的资格,因为在往年赛事中平均时速超过这个数据的比比皆是,平均时速205千米连被陷害的资格都没有;其实在1992年马自达还是用V10发动机参加了勒芒赛,同样是前四的实力,而且平均时速比上一年转子还快了一些,所以转子有必要被欧美封杀么?平均205千米的时速会令欧美主机厂恐惧么?鄙人都不恐惧??(更早使用转子发动机的奔驰C111,如下图)。。。

转子被禁的原因

转子发动机被禁只是存在于赛车领域,民用车领域并没有被禁,比如RX-8貌似2010年前后还在卖,而且国内是可以买到的;可即便能买到、为什么都不买?嘴上不都是爱转子爱的死去活来、海枯石烂么?为什么当年的RX-8销量那么惨淡(沈阳鄙人只见过一辆),还是因为转子发动机缺点太多、多的离谱,如果世界上真的有一种技术能做到寿命长、动力强、油耗低,那么这种技术永远不会被封杀,大家争先恐后抢还来不及呢!
转子发动机可以直接将汽油燃烧产生的能量转化成另转子旋转的力量,与传统的四冲程发动机相比较,转子发动机取消了没有什么用的活塞上、下行时的直线运动(这种直线运动也等于动力的损耗),而且还很容易令发动机实现小型化、轻量化;重点在于转子发动机转一圈可以点三次火、做三次功,而传统的四冲程活塞发动机曲轴转两圈才点火一次、产生一次做功;这样一来在相同的转速下,转子发动机可以凭借更多次的点火、烧更多的油、释放更大的能量、输出更多的动力,但悲剧的是油耗太高!

活塞发动机可以利用压缩来制造较高的压缩比水平,但转子发动机怎么压?就上图这么个物理结构,实现较高压缩比是不可能的,所以马自达也只是在量产车型RX-8搭载的13B-Msp上实现了10的压缩比,这个数字对于十几年前来看还可以,所以十几年前有RX-8卖,但对于转子发动机来说这个压缩比已经接近极限,已经不再适合如今的环保主张了;而最严重的是转子发动机是烧机油大户,因为它的特殊结构决定了机油、汽油在一起参与燃烧(为了减少三角转子与缸壁的磨损),所以转子发动机的机油消耗量巨大,可即便是这样依然无法防止三角转子的快速磨损;沈阳过去有几辆RX-8,仅仅十五万公里不到的里程(赛道工况在1500公里以内),发动机打开已经达到极限,就如同跑了50万公里以上的活塞发动机一样;因为三角转子与气缸的设计本身就是不完美的、先天不完美,无论怎么设计磨损都在。。。

过去的奔驰用过转子但没实现量产,马自达将转子发动机进行了量产,推出了一代神车马自达RX-7(高桥凉介),在2007年左右的时候有上市了一款RX-8;这款搭载转子引擎的马自达RX-8在咱们国内是正规发售的,都是左舵的版本,只不过当时也没人买啊?嘴上爱马自达的、爱转子的千千万,可一到买的时候直接退堂鼓,现在怀念转子?当年卖RX-8的时候怎么不买?还是那句话转子发动机设计先天有缺陷的结构,所以注定了它不适合民用,赛车想换来更高的动力也用不着转子,四活塞释放与转子机头同样的动力油耗更低,所以转子虽然曾经量产过,但终究还是在2010年前后被马自达暂时性的雪藏了,但马自达并没有彻底放弃转子。。。

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转子发动机是由德国人菲加士·汪克尔在1954年成功研制出来的。这也是世界上第一台转子发动机。而转子发动机的推广,不得不提的就是马自达汽车,其旗下搭载转子发动机的RX-7在1993年-1995年连续3次被评为“年度十大风云汽车”



转子发动机的原理简单的来说就是:转子发动机的三个角与壳体接触,形成三个独立的气室。通过三角转子不停地旋转,三种不同体积的气体不停地交替膨胀和收缩,从而将空气与燃油吸入发动机内,在气体膨胀时产生相应的动力,最后排出废气。



转子发动机的优点在于:体积小、转速更高、震动小、噪音低、油门响应更快、声浪迷人、动力更强等!而缺点就是很多车企不使用它的重要原因!



转子发动机天生的缺陷就是燃烧不充分,导致很多燃油并没有点燃就被排出车外,并且形成排气管喷火的视觉效果。我想,除了改装车迷喜欢,其他人都接受不了!一台1.3L的转子发动机百公里的油耗就可以达到15-16L,特别费油,污染很严重。在油价如此高昂的今天,只有少数热爱汽车运动的群体可以勉强接受。

而且由于转子发动机在壳体内要形成一个三个独立的气室,三个角不仅要高转速的运动还要负责三个气室之间的密封。所以零部件寿命很短,需要经常更换。而转子发动机设计精密,更换的同时会造成很大的人工成本,后期维护成本高!

大多数车企为了利益,也不会去投入大量的资金以及时间去研发改进转子发动机。电动汽车的时代也快到来!



所以,转子发动机已经不适合排放要求极其严格的当下了。

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我是“旋转的方向盘”,欢迎关注!

转子发动机的历史已经有半个多世纪,最初是由德国工程师发明的。起初阶段各大车企都对转子发动机投入了极大的热情,但是随着研发的深入工程师发现转子发动机的弊端越来越明显,以至于它相对活塞式往复运动内燃机的弊端远远大于优点且并不适合量产推广,所以纷纷都放弃继续投入。

这个时候也就马自达坚信转子发动机仍有发展潜力,随后买来了很多相关专利继续专注转子发动机的研发。而转子发动机因马自达名声大噪在于1991的勒芒耐力赛中马自达的787B以破釜沉舟之势取得了冠军,自此之后由于赛制规则的改变导致转子发动机失去了重返赛场的机会。虽然之前的比赛中转子发动机也多次登场,但正是这一次让全世界通过马自达知道了转子发动机的厉害之处。虽然厉害归厉害,但其结构缺陷和原理弊端仍导致其并不适合规模量产推广。转子发动机的原理十分简单但正是因为其原理简单才导致它的结构也很简单。关键点在于其特殊的运行原理使其相对活塞做功具有更强的动力输出。

转子发动机主要结构包含如下:外壳、椭圆气缸缸、偏心输出轴、转子、转子齿圈、定子齿轮等等。

外壳:是保证气缸整体在一个相对稳定且无干扰的空间运行,外壳上预留有必要的进排气口和机油口、点火系统预留,是保证发动机有效运行的基础构件。

椭圆气缸:它是气体燃烧的空间,也是发动机最主要的结构。它不是一个标准的椭圆而是短轴面稍微凹陷,类似一个“花生”形椭圆,这样做的目的是保证转子切面能很好的和气缸壁贴合。同时气缸同样设计有进排气口、机油口和点火口,不过还包含冷却管道等其它设计。

偏心输出轴、转子齿圈、定子齿轮和转子共同组成转子发动机运行的必要结构。转子围绕定子做偏心旋转,通过燃烧做功将动力传递给偏心输出轴,从而直接将动力输出。

了解了转子发动机的结构,我们看看转子发动机的运行原理:

椭圆气缸为发动机提供了密闭空间,而转子的形状是一个类三角形,所以它有三个切面,这三个切面相当于是活塞面,用来压缩气体和承受动力的传递。如果发动机不运转,三角转子把气缸分为三个空间,转子发动机的吸气和排气口会经过精准的计算布局在缸体同一侧,而点火位置也会经过准确计算往往布局在缸体另一侧,这样做的目的就是转子在气缸内运行的过程中保证每个冲程都互补干涉且精准。定子齿轮会固定在气缸外壳上,用来规范转子的运行轨迹,转子齿圈安装在转子中心,偏心输出轴也会和转子相连。当发动机运行时转子齿圈会围绕定子齿轮啮合旋转从而带动偏心输出轴传递动力至外部。(这一些列组件必须经过精确计算才能保证各组件的完美契合)转子发动机的特别之处除了上述说的直接传递转矩外就是它的做功特性。由于有三个密闭空间,所以转子旋转一周会有三次做功,如何理解:由于旋转做功的特性,转子的第一个切面(吸气-压缩-做功-排气)运行360度做完一个完整四冲程后,其它两个切面其实也做完了一个完整的四冲程。而一般的活塞式往复运行发动机一个完整的四冲程需要曲轴720度且只有一次做功行程。所以,转子发动机的功率输出比要高于往复式活塞发动机。

由于偏心输出轴偏心柱和转子齿圈的周长比被设定为3:1,所以转子每旋转一周就会带动偏心轴旋转三周。且转子由于每旋转120度都会有一次做功行程,加上两者周长比的设定可以让转子每旋转120度做一次功且输出轴都会旋转一周。简单理解为,转子每一次的做功冲程都会带动偏心输出轴旋转一圈输出转矩,这就保证转子发动机做功频率更快,动力输出更持续。而由于转子避免了类似活塞式的垂直无用功可以直接输出旋转力矩,加上质量轻、做功频率高等因素就使转子发动机可以用极少的排量爆发出相当大的转速和功率。这就是为何转子发动机轻松上5000转,且1.3L的排量就能压榨出3.0L或者更高的动力。

很少有车企采用是因为它仍不适合量产

其实除了马自达以外奔驰、大众和通用等都曾经捣鼓过转子发动机,有的也曾出过量产车型,但现在几乎没人玩了。主要是其以下缺点造成:油耗、排放、成本和耐用性。转子发动机可以说是靠油轰出来的动力!做功频率高就必须高频率的提供燃油,这是转子发动机油耗高的前提;转子发动机很难控制较高的压缩比导致其燃油热效率很低,无形中又增加燃油消耗;转子发动机没有独立智能的润滑系统必须把机油喷入气缸进行润滑,那机油就一定会参与燃烧导致排放不达标;转子发动机的密封问题一直得不到有效解决,容易产生温度差导致密封不严;虽然转子发动机结构简单但是集成度很高,维护起来太麻烦并且一般人做不了;转子发动机由于长期在温度不均匀以及高效工作环境中其耐用性得不到保证。因此,虽然转子发动机可以小排量压榨出更强的动力但是燃油和排放很难控制,而活塞式发动机配合混动和涡轮增压相比转子发动机更适合当下趋势。不过,马自达也捣鼓出了0.33 L排量的混动转子系统,是否会给转子发动机带来希望还得看未来表现。

总结:转子发动机它一直被看做是内燃机发展历程中的一个方向,它有优势也有劣势。而现阶段如果我们不能轻松避开它的劣势只能说它不适合当下,但不能逮住优点避开缺点说它比活塞内燃机有多先进。所以,转子发动机也许有未来也许它根本就是一个插曲,但它仍是一代人的回忆。

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转子发动机,完全摒弃了活塞四冲程的工作原理,它的工作原理是用一个三角形的转子,在椭圆形的气缸里顺时针转动,进行进气排气的做工,而转子直接带动传动机构,因此无需太大的排量即可获得更强劲的动力!通俗点讲,就是它可以直接将燃烧气体的膨胀力,转化为驱动扭矩!
转子发动机技术是由德国人发明,上世纪60年代被马自达斥巨资买下这项技术,转子发动机也在马自达开始正式应用,但是并没有传承下来,与往复式发动机相比,转子发动机取消了无用的直线运动,因而同样功率的转子发动机尺寸较小,重量较轻,而且振动和噪声较低,具有较大优势,其实在上个世纪,全球不仅马自达一家在研发转子发动机,但是,人们很快发现转子发动机很严重的设计缺陷,随着全球对排放标准的提高,转子发动机退出了历史舞台!它天生缺陷就是,燃油无法充分燃烧!相信很多车迷都喜欢看排气管喷火,其实转子发动机就是“喷火”的鼻祖,因为很多燃油都没点燃就被排出车外,因此转子发动机特别费油,且排放非常不环保,达不到排放标准,转子发动机的进气和排气温度也不一致,导致缸体两侧产生热胀冷缩不一致,最后破坏密封,更加费油!
转子发动机还是“烧机油”的鼻祖,由于它的机油和燃油,都是通过一个装置灌入气缸的,为了保证转子的顺利运转,每次喷油都会喷入机油,天生就是机油汽油一起燃烧,油耗大、烧机油、甚至磨损严重都不是最大的问题,其实最根本的原因是,转子发动机保养一次,相当于整个发动机拆机换密封套装,所以工时费高昂,一般来说2万公里左右就得拆机保养,也就是说,大保养等于拆机,小保养就是换机油机滤,结合这些原因,转子发动机想普及根本不可能,因此很多厂家都放弃了转子发动机的研发,马自达的传奇战车RX7,确实轰动一时,但傲人的战绩,并不代表它致命的缺点得以解决,该在的毛病一个没少全在。

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一般发动机是往复运动式发动机,工作时活塞在气缸里做往复直线运动,为了把活塞的直线运动转化为旋转运动,必须使用曲柄滑块机构。转子发动机则不同,它直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。与往复式发动机相比,转子发动机取消了无用的直线运动,因而同样功率的转子发动机尺寸较小,重量较轻,而且振动和噪声较低,具有较大优势。

缺点:

油耗高 污染严重

磨损严重 零部件寿命短

部分标准欠缺

利益问题导致推广难度很大



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看了上面各位大佬的讲解,我感觉转子发动机输出类似电动机。但是,摆脱不了内燃机润滑,密封和燃烧的限制。我知道把内燃机和电动机拿来做对比不合适,但是转子发动机确实更接近电动机的输出方式

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我拥有过1989款的RX7,真的是好车,由内到外的好车。马达1.3排量但是加速一流,二档直接上到100公里时速没问题,转速随便上8-9千转。就是油耗真的大百公里20左右。

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作为一个闲人,了解过发动机。最后总结,不管什么神秘的技术,结果都是烧多少油,多大马力,没有太大出入。转子发动机大马力的基础是高油耗(虽然燃烧室小),并且转子发动机有一个先天不足,烧机油,这个在材料工艺没有突破性进展的情况下,无法避免的。活塞发动机在同样油耗,马力和转子发动机没有太大区别,活塞发动机烧机油,那就是毛病了。现行环保政策,烧机油的发动机(比如过去两冲程汽油机),注定淘汰。