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為什么汽車不都用轉(zhuǎn)子發(fā)動機？

轉(zhuǎn)子發(fā)動機為什么不廣泛運用呢？: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-06-14

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由于這是一項高新技術(shù)，懂得這項技術(shù)的人寥寥無幾，發(fā)動機壞了無人會修，而且耗油大，汽車界有人對這種發(fā)動機的市場前景產(chǎn)生了懷疑。70年代石油危機爆發(fā)，各國忙于應(yīng)付各方面的困難而無暇顧及發(fā)展轉(zhuǎn)子發(fā)動機，唯有馬自達公司仍然深信轉(zhuǎn)子發(fā)動機的潛力，獨自研究和生產(chǎn)轉(zhuǎn)子發(fā)動機，并為此付出了相當(dāng)大的代價。他們逐步克服了轉(zhuǎn)子發(fā)動機的缺陷，成功地由試驗性生產(chǎn)過渡到商業(yè)性生產(chǎn)，并將安裝了轉(zhuǎn)子發(fā)動機的RX-7型跑車打入了美國市場，令人刮目相看。在世界環(huán)保意識日益強化，石油資源日漸沽竭的今天，以氫氣做動力源的研究已成為一大課題。當(dāng)年馬自達堅持下來的轉(zhuǎn)子發(fā)動機從結(jié)構(gòu)上講是最適合燃燒氫氣，而且最“干凈”，因為氫燃燒完后排出的是水蒸汽，對環(huán)境沒有任何污染。馬自達公司改制了RX-7型跑車的轉(zhuǎn)子發(fā)動機，使它可以用氫做燃料。這種發(fā)動機裝配在馬自達 HR-X汽車上，1立方米的燃料箱吸儲了相當(dāng)43立方米的壓縮氫氣，以每小時60公里的車速可行駛230公里，引起了各界人士的關(guān)注。由于從生產(chǎn)裝配到維護修理，轉(zhuǎn)子發(fā)動機都與傳統(tǒng)的發(fā)動機大不一樣，開發(fā)成本大。加上往復(fù)式活塞發(fā)動機在功率、重量、排放、能耗等方面都比過去有了顯著提高，轉(zhuǎn)子發(fā)動機沒有顯出明顯的優(yōu)勢，因此各大汽車企業(yè)都沒有積極性去開發(fā)利用，唯有馬自達一家苦苦支撐。目前在商品汽車上普遍使用往復(fù)式活塞發(fā)動機。還有一種知名度很高，但應(yīng)用很少的發(fā)動機，這就是三角活塞旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機。轉(zhuǎn)子發(fā)動機又稱為米勒循環(huán)發(fā)動機。它采用三角轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動來控制壓縮和排放，與傳統(tǒng)的活塞往復(fù)式發(fā)動機的直線運動迥然不同。這種發(fā)動機由德國人菲加士·汪克爾發(fā)明，在總結(jié)前人的研究成果的基礎(chǔ)上，解決了一些關(guān)鍵技術(shù)問題，研制成功第一臺轉(zhuǎn)子發(fā)動機。一般發(fā)動機是往復(fù)運動式發(fā)動機，工作時活塞在氣缸里做往復(fù)直線運動，為了把活塞的直線運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動，必須使用曲柄連桿機構(gòu)。轉(zhuǎn)子發(fā)動機則不同，它直接將可燃氣的燃燒膨脹力轉(zhuǎn)化為驅(qū)動扭矩。與往復(fù)式發(fā)動機相比，轉(zhuǎn)子發(fā)動機取消了無用的直線運動，因而同樣功率的轉(zhuǎn)子發(fā)動機尺寸較小，重量較輕，而且振動和噪聲較低，具有較大優(yōu)勢。轉(zhuǎn)子發(fā)動機的運動特點是三角轉(zhuǎn)子的中心繞輸出軸中心公轉(zhuǎn)的同時，三角轉(zhuǎn)子本身又繞其中心自轉(zhuǎn)。在三角轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，以三角轉(zhuǎn)子中心為中心的內(nèi)齒圈與以輸出軸中心為中心的齒輪嚙合，齒輪固定在缸體上不轉(zhuǎn)動，內(nèi)齒圈與齒輪的齒數(shù)之比為3比2。上述運動關(guān)系使得三角轉(zhuǎn)子頂點的運動軌跡（即汽缸壁的形狀）似“8”字形。三角轉(zhuǎn)子把汽缸分成三個獨立空間，三個空間各自先后完成進氣、壓縮、做功和排氣，三角轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)一周，發(fā)動機點火做功三次。由于以上運動關(guān)系，輸出軸的轉(zhuǎn)速是轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)速度的3倍，這與往復(fù)運動式發(fā)動機的活塞與曲軸1：1的運動關(guān)系完全不同。[編輯本段]轉(zhuǎn)子發(fā)動機的發(fā)展歷史轉(zhuǎn)子發(fā)動機（Wankel Engine、Rotary Engine）又稱為米勒循環(huán)發(fā)動機（Miller Cycle Engine）。它采用三角轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動來控制壓縮和排放，與傳統(tǒng)的活塞往復(fù)式發(fā)動機的直線運動迥然不同。這種發(fā)動機由德國人菲加士·汪克爾（Felix Wankel，1902-1988）發(fā)明，在總結(jié)前人的研究成果的基礎(chǔ)上，解決了一些關(guān)鍵技術(shù)問題，研制成功第一臺轉(zhuǎn)子發(fā)動機。汪克爾于1902年出生在德國，1921年到1926年受雇于海德堡一家科技出版社的銷售部。1924年，汪克爾在海德堡建立了自己的公司，他花了大量的時間在那里進行轉(zhuǎn)子發(fā)動機的研制。1927年，諸如氣密性和潤滑等的一系列技術(shù)問題的攻克終于有了眉目。二戰(zhàn)期間，汪克爾曾為德國空軍部服務(wù)。 1951年，菲加士·汪克爾與德國NSU公司簽訂了關(guān)于合作開發(fā)轉(zhuǎn)子發(fā)動機的合約。1954年4月13日，NSU公司研制成功第一臺轉(zhuǎn)子發(fā)動機，并于1958年對這種發(fā)動機展開一系列測試。1960年，汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動機在德國工程師協(xié)會的一次討論會上作首次公眾討論。三年后，NSU公司在法蘭克福車展上展出了裝備汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動機的新車型。1964年，NSU公司和雪鐵龍在日內(nèi)瓦組建合資企業(yè)COMOBIL公司，首次把轉(zhuǎn)子發(fā)動機裝在轎車上成為正式產(chǎn)品。1967年，日本東洋工業(yè)公司也將轉(zhuǎn)子發(fā)動機裝在馬自達轎車上開始成批生產(chǎn)。當(dāng)時業(yè)內(nèi)人士認為這種發(fā)動機的結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，運轉(zhuǎn)寧靜暢順，也許會取替?zhèn)鹘y(tǒng)的活塞式發(fā)動機。一向?qū)π录夹g(shù)情有獨鐘的馬自達公司投巨資從汪克爾公司買下了這項技術(shù)。由于這是一項高新技術(shù)，懂得這項技術(shù)的人寥寥無幾，發(fā)動機壞了無人會修，而且耗油大，汽車界有人對這種發(fā)動機的市場前景產(chǎn)生了懷疑。70年代石油危機爆發(fā)，各國忙于應(yīng)付各方面的困難而無暇顧及發(fā)展轉(zhuǎn)子發(fā)動機，唯有馬自達公司仍然深信轉(zhuǎn)子發(fā)動機的潛力，獨自研究和生產(chǎn)轉(zhuǎn)子發(fā)動機，并為此付出了相當(dāng)大的代價。他們逐步克服了轉(zhuǎn)子發(fā)動機的缺陷，成功地由試驗性生產(chǎn)過渡到商業(yè)性生產(chǎn)，并將安裝了轉(zhuǎn)子發(fā)動機的RX-7型跑車打入了美國市場，令人刮目相看。在世界環(huán)保意識日益強化，石油資源日漸沽竭的今天，以氫氣做動力源的研究已成為一大課題。當(dāng)年馬自達堅持下來的轉(zhuǎn)子發(fā)動機從結(jié)構(gòu)上講是最適合燃燒氫氣，而且最“干凈”，因為氫燃燒完后排出的是水蒸汽，對環(huán)境沒有任何污染。馬自達公司改制了RX-7型跑車的轉(zhuǎn)子發(fā)動機，使它可以用氫做燃料。這種發(fā)動機裝配在馬自達 HR-X汽車上，1立方米的燃料箱吸儲了相當(dāng)43立方米的壓縮氫氣，以每小時60公里的車速可行駛230公里，引起了各界人士的關(guān)注。由于從生產(chǎn)裝配到維護修理，轉(zhuǎn)子發(fā)動機都與傳統(tǒng)的發(fā)動機大不一樣，開發(fā)成本大。加上往復(fù)式活塞發(fā)動機在功率、重量、排放、能耗等方面都比過去有了顯著提高，轉(zhuǎn)子發(fā)動機沒有顯出明顯的優(yōu)勢，因此各大汽車企業(yè)都沒有積極性去開發(fā)利用，唯有馬自達一家苦苦支撐。一般發(fā)動機是往復(fù)運動式發(fā)動機，工作時活塞在氣缸里做往復(fù)直線運動，為了把活塞的直線運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動，必須使用曲柄連桿機構(gòu)。轉(zhuǎn)子發(fā)動機則不同，它直接將可燃氣的燃燒膨脹力轉(zhuǎn)化為驅(qū)動扭矩。與往復(fù)式發(fā)動機相比，轉(zhuǎn)子發(fā)動機取消了無用的直線運動，因而同樣功率的轉(zhuǎn)子發(fā)動機尺寸較小，重量較輕，而且振動和噪聲較低，具有較大優(yōu)勢。轉(zhuǎn)子發(fā)動機的運動特點是：三角轉(zhuǎn)子的中心繞輸出軸中心公轉(zhuǎn)的同時，三角轉(zhuǎn)子本身又繞其中心自轉(zhuǎn)。在三角轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，以三角轉(zhuǎn)子中心為中心的內(nèi)齒圈與以輸出軸中心為中心的齒輪嚙合，齒輪固定在缸體上不轉(zhuǎn)動，內(nèi)齒圈與齒輪的齒數(shù)之比為3:2。上述運動關(guān)系使得三角轉(zhuǎn)子頂點的運動軌跡（即汽缸壁的形狀）似“8”字形。三角轉(zhuǎn)子把汽缸分成三個獨立空間，三個空間各自先后完成進氣、壓縮、做功和排氣，三角轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)一周，發(fā)動機點火做功三次。由于以上運動關(guān)系，輸出軸的轉(zhuǎn)速是轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)速度的3倍，這與往復(fù)運動式發(fā)動機的活塞與曲軸1:1的運動關(guān)系完全不同。[編輯本段]轉(zhuǎn)子發(fā)動機的工作原理一般發(fā)動機是往復(fù)運動式發(fā)動機，工作時活塞在氣缸里做往復(fù)直線運動，為了把活塞的直線運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動，必須使用曲柄連桿機構(gòu)。轉(zhuǎn)子發(fā)動機則不同，它直接將可燃氣的燃燒膨脹力轉(zhuǎn)化為驅(qū)動扭矩。與往復(fù)式發(fā)動機相比，轉(zhuǎn)子發(fā)動機取消了無用的直線運動，因而同樣功率的轉(zhuǎn)子發(fā)動機尺寸較小，重量較輕，而且振動和噪聲較低，具有較大優(yōu)勢。轉(zhuǎn)子發(fā)動機的運動特點是：三角轉(zhuǎn)子的中心繞輸出軸中心公轉(zhuǎn)的同時，三角轉(zhuǎn)子本身又繞其中心自轉(zhuǎn)。在三角轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，以三角轉(zhuǎn)子中心為中心的內(nèi)齒圈與以輸出軸中心為中心的齒輪嚙合，齒輪固定在缸體上不轉(zhuǎn)動，內(nèi)齒圈與齒輪的齒數(shù)之比為3：2。上述運動關(guān)系使得三角轉(zhuǎn)子頂點的運動軌跡（即汽缸壁的形狀）似“8”字形。三角轉(zhuǎn)子把汽缸分成三個獨立空間，三個空間各自先后完成進氣、壓縮、做功和排氣，三角轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)一周，發(fā)動機點火做功三次。由于以上運動關(guān)系，輸出軸的轉(zhuǎn)速是轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)速度的3倍，這與往復(fù)運動式發(fā)動機的活塞與曲軸1：1的運動關(guān)系完全不同轉(zhuǎn)子發(fā)動機與傳統(tǒng)往復(fù)式發(fā)動機的比較往復(fù)式發(fā)動機和轉(zhuǎn)子發(fā)動機都依靠空燃混合氣燃燒產(chǎn)生的膨脹壓力以獲得轉(zhuǎn)動力。兩種發(fā)動機的機構(gòu)差異在于使用膨脹壓力的方式。在往復(fù)式發(fā)動機中，產(chǎn)生在活塞頂部表面的膨脹壓力向下推動活塞，機械力被傳給連桿，帶動曲軸轉(zhuǎn)動。對于轉(zhuǎn)子發(fā)動機，膨脹壓力作用在轉(zhuǎn)子的側(cè)面。從而將三角形轉(zhuǎn)子的三個面之一推向偏心軸的中心（見圖中力PG）。這一運動在兩個分力的力作用下進行。一個是指向輸出軸中心（見圖中的Pb）的向心力，另一個是使輸出軸轉(zhuǎn)動的切線力（Ft）。殼體的內(nèi)部空間（或旋輪線室）總是被分成三個工作室。在轉(zhuǎn)子的運動過程中，這三個工作室的容積不停地變動，在擺線形缸體內(nèi)相繼完成進氣、壓縮、燃燒和排氣四個過程。每個過程都是在擺線形缸體中的不同位置進行，這明顯區(qū)別于往復(fù)式發(fā)動機。往復(fù)式發(fā)動機的四個過程都是在一個汽缸內(nèi)進行的。轉(zhuǎn)子發(fā)動機的排氣量通常用單位工作室容積和轉(zhuǎn)子的數(shù)量來表示。例如，對于型號為13B的雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機，排量為""654cc × 2""。單位工作室容積指工作室最大容積和最小容積之間的差值；而壓縮比是最大容積和最小容積的比值。往復(fù)式發(fā)動機上也使用同樣的定義。如下圖所示，轉(zhuǎn)子發(fā)動機工作容積的變化，以及與四循環(huán)往復(fù)式發(fā)動機的比較。盡管在這兩種發(fā)動機中，工作室容積都成波浪形穩(wěn)定變化，但二者之間存在著明顯的不同。首先是每個過程的轉(zhuǎn)動角度：往復(fù)式發(fā)動機轉(zhuǎn)動180度，而轉(zhuǎn)子發(fā)動機轉(zhuǎn)動270度，是往復(fù)式發(fā)動機的1.5倍。換句話說，在往復(fù)式發(fā)動機中，曲軸（輸出軸）在四個工作過程中轉(zhuǎn)兩圈（720度）；而在轉(zhuǎn)子發(fā)動機中，偏心軸轉(zhuǎn)三圈（1080度），轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈。這樣，轉(zhuǎn)子發(fā)動機就能獲得較長的過程時間，而且形成較小的扭矩波動，從而使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)流暢。此外，即使在高速運轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也相當(dāng)緩慢，從而有更寬松的進氣和排氣時間，為那些能夠獲得較高的動力性能的系統(tǒng)的運行提供了便利。[編輯本段]轉(zhuǎn)子發(fā)動機的應(yīng)用如今馬自達的轉(zhuǎn)子發(fā)動機已經(jīng)傳承到RX-8身上，這顆RENESIS又有哪些進展呢？首先是進氣孔面積加大了30%，使得發(fā)動機的進氣量足以應(yīng)付到10000rpm的需求。但大家都知道，這樣低轉(zhuǎn)速會變得很糟糕，于是馬自達將原本的三進氣孔兩階段式設(shè)計，再進化成三進氣孔三階段式設(shè)計，盡量避免低轉(zhuǎn)速的無力現(xiàn)象，而為了高轉(zhuǎn)速化，破天荒的將轉(zhuǎn)子制成鏤空狀，大幅降低轉(zhuǎn)子的重量，使得自然進氣的RX-8可以藉由拉轉(zhuǎn)速的方式，達到250匹馬力的水準(zhǔn)。但RENESIS發(fā)動機最創(chuàng)新的地方在于排氣口，以往轉(zhuǎn)子發(fā)動機的排氣口都是作在氣室壁上，往往一些未燃燒的油氣與些許的潤滑油就會在此被刮入排氣管，造成污染問題。但在RENESIS上，排氣口與進氣口一樣設(shè)在前后側(cè)壁上，當(dāng)場解決掉以往HC的污染問題，也順帶使得進排氣完全不重疊，不會有進氣漏到排氣管的問題，也可在前后側(cè)壁各開一個排氣孔，讓發(fā)動機排氣孔變兩個提升排氣效率，以達成高轉(zhuǎn)速化的目的。(聽說在280ps的RX-7上就已經(jīng)是了) 這就是為什么RX-8能以1.3L的排氣量，而且還是在自然進氣的狀態(tài)下，卻能夠產(chǎn)生250匹馬力的原因了。馬自達的轉(zhuǎn)子發(fā)動機成就不是一蹴可及的，是不斷透過一點一滴的修改，才能造就目前的RX-8的！[編輯本段]優(yōu)點和缺點轉(zhuǎn)子引擎的轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一圈就作功一次，與一般的四沖程發(fā)動機每旋轉(zhuǎn)兩圈才作功一次相比，具有高馬力容積比（引擎容積較小就能輸出較多動力）的優(yōu)點。另外，由于轉(zhuǎn)子引擎的軸向運轉(zhuǎn)特性，它不需要精密的曲軸平衡就能達到較高的運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。整個發(fā)動機只有兩個轉(zhuǎn)動部件，與一般的四沖程發(fā)動機具有進、排氣活門等二十多個活動部件相比結(jié)構(gòu)大大簡化，故障的可能性也大大減小。除了以上的優(yōu)點外，轉(zhuǎn)子引擎的優(yōu)點亦包括體積較小、重量輕、低重心等。相對地，由于轉(zhuǎn)子引擎的三個燃燒室并非完全隔離，因此在引擎使用一段時間之后容易因為油封材料磨損而造成漏氣問題，大幅增加油耗與污染。其獨特的機械結(jié)構(gòu)也造成這類引擎較難維修。雖然轉(zhuǎn)子引擎具有以小排氣量、利用高轉(zhuǎn)速而產(chǎn)生高輸出的特性，但由于運轉(zhuǎn)特性與往復(fù)式引擎的不同，世界各國在制訂與引擎排氣量相關(guān)的稅則時，皆是以轉(zhuǎn)子引擎的實際排氣量乘以二來作為與往復(fù)式引擎之間的比較基準(zhǔn)。舉例來說，日本馬自達（Mazda）旗下搭載了轉(zhuǎn)子引擎的RX-8跑車，其實際排氣量雖然只有1308立方厘米，但在日本國內(nèi)卻是以2616立方厘米的排氣量來作為稅級計算的基準(zhǔn)。: 回答者：網(wǎng)友

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