分析：致命缺陷 轉(zhuǎn)子發(fā)動機的傷痛

   目前由于量產(chǎn)車上的發(fā)動機普遍采用四沖程活塞往復(fù)式發(fā)動機，無論是直列、V型排列、W型排列，還是對置式發(fā)動機，都是依靠燃料在燃燒室內(nèi)燃燒推動活塞進行上下或水平往復(fù)運動，再由連桿和曲軸將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，進而帶動傳動機構(gòu)驅(qū)動車輛行駛的。而馬自達RX-7卻拋棄了這一傳統(tǒng)的發(fā)動機形式，開創(chuàng)了采用轉(zhuǎn)子發(fā)動機的先河，使得轉(zhuǎn)子發(fā)動機得以量產(chǎn)。可時隔半個世紀，自從20世紀50年代，德國工程師汪克爾發(fā)明轉(zhuǎn)子發(fā)動機以來，現(xiàn)在為何只有馬自達公司在RX-7和RX-8車型上采用了這種發(fā)動機，而其他知名品牌均不采用這種發(fā)動機呢，難道是他們沒有制造轉(zhuǎn)子發(fā)動機的技術(shù)么？就算如此，為何馬自達不在其他普通民用車型（例如馬自達3、馬自達6）上配備？轉(zhuǎn)子發(fā)動機與傳統(tǒng)的活塞往復(fù)式發(fā)動機雖然具備極大優(yōu)勢，但這種巨大的優(yōu)勢依然無法掩蓋其致命的缺陷，從而導(dǎo)致其無法廣泛地應(yīng)用于民用車上。

    到底轉(zhuǎn)子發(fā)動機相比傳統(tǒng)的活塞往復(fù)式發(fā)動機有何優(yōu)劣呢？又是什么原因使其無法在民用車上普及呢？首先我們從轉(zhuǎn)子發(fā)動機的結(jié)構(gòu)看起。

    轉(zhuǎn)子發(fā)動機顧名思義，其重要的組成部件是轉(zhuǎn)子，他就相當(dāng)于活塞往復(fù)式發(fā)動機中的活塞，將燃料和空氣燃燒后膨脹釋放出的熱能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動車輛行駛的機械能。轉(zhuǎn)子發(fā)動機除了有轉(zhuǎn)子還有主軸、前后端蓋、氣缸體等零部件組成，它將空氣燃燒膨脹后的熱能直接裝化為推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的機械能，再由轉(zhuǎn)子帶動主軸將動力傳動給傳動機構(gòu)，驅(qū)動車輛行駛。單從其結(jié)構(gòu)上看，其零部件要比活塞往復(fù)式發(fā)動機碩大機體結(jié)構(gòu)、繁多的運動部件相對簡單了許多。也正是其運動部件少的緣故，使其具有發(fā)動機體積小重量輕的自然優(yōu)勢。

    當(dāng)轉(zhuǎn)子受到混合氣燃燒膨脹的推動力時，轉(zhuǎn)子圍繞著主軸進行轉(zhuǎn)動，直接將熱能轉(zhuǎn)化為主軸旋轉(zhuǎn)的機械能，這種驅(qū)動方式大大削減了活塞往復(fù)運動中由于活塞上下運動時加速度的改變，造成對曲軸無法削減的沖擊，使得機體運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，機械振動也更小。同時由于不再像活塞往復(fù)是發(fā)動機那樣要有活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，因此相應(yīng)的運動部件也減少了很多，相對個運動部件間在運動過程中產(chǎn)生的摩擦和能量損失也更小，能更高效的將熱能轉(zhuǎn)化為機械能。

    我們知道活塞往復(fù)是發(fā)動機為了提高發(fā)動機的進氣效率，需要復(fù)雜的配器機構(gòu)，最簡單的配器機構(gòu)也需要有氣門、凸輪軸、氣門彈簧等零部件，現(xiàn)在為了進一步提高進氣效率，又出現(xiàn)了可變氣門正時和可變氣門行程等技術(shù)，這些都大大增加了配氣機構(gòu)零件數(shù)量，增加了結(jié)構(gòu)重量和零部件運動過程中產(chǎn)生的振動和噪聲，而如此多的運動部件又降低了結(jié)構(gòu)的可靠性，降低了傳動精度。而轉(zhuǎn)子發(fā)動機由于其自身機構(gòu)的優(yōu)勢，不需要又如此復(fù)雜的配器系統(tǒng)，相比之下，轉(zhuǎn)子發(fā)動機都不需要有氣門，只需要進氣口和排氣口，其運轉(zhuǎn)過程中就相當(dāng)于兩沖程發(fā)動機活塞，在掃氣的過程中完成進氣和排氣，由轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)過程中分別遮擋進、排氣口實現(xiàn)了氣門的開啟和關(guān)閉。由此看來更體現(xiàn)出轉(zhuǎn)子發(fā)動機結(jié)構(gòu)簡單重量輕的優(yōu)勢。

　　在轉(zhuǎn)子發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，由于轉(zhuǎn)子呈現(xiàn)出三角形，轉(zhuǎn)子的三個表面就相當(dāng)于活塞的頭部，是承受氣體燃燒的主要作用面，由此看來，轉(zhuǎn)子的三個表面可以分別處于進氣行程、壓縮和做功行程、排氣行程。這樣一來單個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動就呈現(xiàn)出連續(xù)性，不再需要利用慣性讓活塞進入下一個工作行程。這樣也就實現(xiàn)了動力的無間斷輸出，進而提高了發(fā)動機功率，而單個轉(zhuǎn)的工作效率也就相當(dāng)于3個活塞進行往復(fù)運動。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一周做一次功，而活塞要上下往復(fù)4個行程才能完成一次做功，由此我們可以看出轉(zhuǎn)子發(fā)動機比活塞往復(fù)是發(fā)動機具備更大的功率。此外由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機的運動部件少，質(zhì)量輕，所以可以大幅提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速，我們知道發(fā)動機轉(zhuǎn)速越高，向外輸出的功率也越大。由此看來，轉(zhuǎn)子發(fā)動機的功率遠遠高于傳統(tǒng)的活塞往復(fù)式發(fā)動機，甚至要高于采用諸如可變氣門正時和行程、增壓技術(shù)等各種輔助技術(shù)的活塞往復(fù)式發(fā)動機。

 
　　我們看到轉(zhuǎn)子發(fā)動機具備了如此多的好處，是活塞往復(fù)式發(fā)動機最好的替代品。然而自從轉(zhuǎn)子發(fā)動機面世至今，半個世紀過去了，可現(xiàn)在廣泛用于車輛上的發(fā)動機依然是活塞往復(fù)式發(fā)動機，為何轉(zhuǎn)子發(fā)動機遲遲不能進行廣泛的應(yīng)用，為何各大汽車業(yè)內(nèi)的巨頭不爭相開發(fā)轉(zhuǎn)子發(fā)動機呢？能解釋這一現(xiàn)象的唯一答案就是，轉(zhuǎn)子發(fā)動機本身也存在著不可掩蓋的缺陷，其技術(shù)還遠達不到能夠廣泛應(yīng)用的程度。那么到底轉(zhuǎn)子發(fā)動機有何缺陷，不能廣泛用于民用車上呢？

　　我們還是要從轉(zhuǎn)子發(fā)動機的結(jié)構(gòu)和工作原理上進行分析。首先轉(zhuǎn)子發(fā)動機雖然是消除了活塞往復(fù)運動中的沖擊，但是由于轉(zhuǎn)子是偏心結(jié)構(gòu)，在其運轉(zhuǎn)過程中又產(chǎn)生了額外偏心振動，而為了消除這種振動又需增加與轉(zhuǎn)子反方向運動的平衡重，來緩解這種偏心振動。同時在其做功時，總是缸體一個局部區(qū)域受到巨大的沖擊，造成了發(fā)動機局部磨損劇烈，使得發(fā)動機磨損不平衡，嚴重降低的其使用壽命。為了減小其局部磨損嚴重的問題，就只有采用先進的制造工藝，采用強度和耐磨、耐沖擊性更高的材料，這無形中又大大增加了制造成本。這些其實都并不是影響轉(zhuǎn)子發(fā)動機推廣的主要原因。對其對推廣影響最大的莫過于其只能大幅提高功率，而低速扭矩卻低得令人難以接受。由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機是由轉(zhuǎn)子直接與主軸接觸，驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動的，因此由于轉(zhuǎn)子自身是在氣缸內(nèi)進行偏心轉(zhuǎn)動，其就是一個套在主軸外緣上作偏心運動的大齒輪，而主軸軸頸相對較小，因此就形成了大齒輪驅(qū)動小齒輪的驅(qū)動方式，使得其扭矩大大降低，這就是造成轉(zhuǎn)子發(fā)動機扭矩低的根本原因，也是轉(zhuǎn)子發(fā)動機不能廣泛推廣的主要原因。同時轉(zhuǎn)子發(fā)動機在結(jié)構(gòu)上又對發(fā)動機潤滑、冷卻、密封也提出了相當(dāng)高的要求。此外，由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機能在小排量車上實現(xiàn)大功率，因此其巨大的燃油消耗往往被人們忽視了，由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機自身的結(jié)構(gòu)，其排量為三角形轉(zhuǎn)子一個表面與缸體形成的最大容積與最小容積的差，而對于三角形的轉(zhuǎn)子來說，一個轉(zhuǎn)子實際上就相當(dāng)于有三個活塞在工作，這就使其排量相當(dāng)于3個活塞工作的排量，油耗也自然相當(dāng)于3個活塞同時工作的油耗。由此看來，雖然其排量小，但油耗也相對較高。

　　我們說轉(zhuǎn)子發(fā)動機雖然具備重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、能實現(xiàn)發(fā)動機的高轉(zhuǎn)速、功率大、有助于合理分配整車前后載荷、降低車身重心、有助于提高整車操控性的天然優(yōu)勢，但其扭矩低，存在偏心振動，對發(fā)動機的材料、潤滑、冷卻和密封都提出了相當(dāng)高的要求，提高了整機的制造成本。因此在目前的量產(chǎn)車中只有馬自達公司的RX-8和RX-7采用了轉(zhuǎn)子發(fā)動機。既然轉(zhuǎn)子發(fā)動機已經(jīng)可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)并應(yīng)用于現(xiàn)在的汽車上，可對于民用車來說，其具備如此多的優(yōu)點卻為何不能普及呢？

　　我們知道，活塞往復(fù)式發(fā)動機技術(shù)已經(jīng)是十分成熟的技術(shù)，無論是設(shè)計、制造、維護都早已被人們認知。雖然其重量、體積、振動和噪聲都高于轉(zhuǎn)子發(fā)動機，但是在現(xiàn)在的民用車上與之配套的底盤、車身、傳動系統(tǒng)、發(fā)動機控制系統(tǒng)等構(gòu)成車輛的主要部件也都是成熟的技術(shù)，不需單獨開發(fā)，相應(yīng)的搭配也較為容易。而相對轉(zhuǎn)子發(fā)動機，要將其用于民用車上，就要重新開發(fā)用于搭載其的底盤、車身、傳動系統(tǒng)等關(guān)鍵部件，這都無形增加了新車的設(shè)計制造成本和難度。

　　此外由于對于轉(zhuǎn)子發(fā)動機來說，由于其大功率、低扭矩、高油耗的特點，無法滿足日常工作的需要，只是用于不注重扭矩和油耗的賽車使用。要知道駕駛車輛在城市中行駛，人們往往不會追求過大的功率，因為出于安全的考慮，城市中往往限制車輛行駛的最高車速，由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機是追求高速大功率的發(fā)動機，當(dāng)其在低速運轉(zhuǎn)時，沒有足夠的扭矩輸出用以推動車輛行駛。這樣就造成了為了提高發(fā)動機的扭矩就要極大程度的增大發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，這樣一來在城市里駕車就成了相當(dāng)困難和痛苦的事情了。

同時，相對于眾多美國車和高檔豪華車來說，其自身重量較大，當(dāng)車輛啟動時就需要充足的扭矩，而轉(zhuǎn)子發(fā)動機在低速下不能提供充足的扭矩，用于推動重量較大車輛。而其對于民用車來說，不僅需要大功率還需要低速高扭矩，這些需求轉(zhuǎn)子發(fā)動機只能滿足大功率，而無法實現(xiàn)低速高扭矩。若將轉(zhuǎn)子發(fā)動機技術(shù)用于民用車上，為了緩解期低速低扭的缺陷，又需開發(fā)全新的傳動系統(tǒng)，極大限度增大傳動比，以達到增扭的目的，這樣一來反而又降低轉(zhuǎn)子發(fā)動機高速大功率的特點。再次，由于其油耗相對同排量的活塞往復(fù)發(fā)動機的油耗要高很多，對于滿足日常需求來說，活塞往復(fù)式發(fā)動機已經(jīng)可以滿足動力的需求，同時其油耗也相對不高，人們更不會去考慮采用一臺同排量低扭矩大油耗的轉(zhuǎn)子發(fā)動機作為自己愛車動力源。最后，由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機自其發(fā)明以來，其存在上述諸多不足，經(jīng)過馬自達公司買斷了轉(zhuǎn)子發(fā)動機的技術(shù)后，其他汽車公司開發(fā)轉(zhuǎn)子發(fā)動機技術(shù)也受到了限制，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)動機技術(shù)沒能像活塞往復(fù)式發(fā)動機那樣普及，轉(zhuǎn)子發(fā)動機依然屬于汽車制造領(lǐng)域的尖端技術(shù)，沒有相對成熟汽車技術(shù)基礎(chǔ)和制造技術(shù)作為鋪墊，使轉(zhuǎn)子發(fā)動機后期維護較為困難，現(xiàn)在的活塞往復(fù)式發(fā)動機的維護網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)相當(dāng)完善，而采用轉(zhuǎn)子發(fā)動機后，各汽車企業(yè)要為其改造全球龐大的維護網(wǎng)絡(luò)和配套的設(shè)施，讓維修技術(shù)人員重新了解轉(zhuǎn)子發(fā)動機并掌握其維護技術(shù)也是相當(dāng)困難的，不像活塞往復(fù)式發(fā)動機已經(jīng)沒有了技術(shù)障礙。

　　總而言之，轉(zhuǎn)子發(fā)動機現(xiàn)在雖然具備諸多優(yōu)點，并有馬自達率先實現(xiàn)量產(chǎn)，但由于其自身的缺陷和技術(shù)、后期維護的障礙，使得其依然是汽車制造領(lǐng)域里的尖端技術(shù)，其技術(shù)價值遠高于其使用價值，所以轉(zhuǎn)子發(fā)動機無法像當(dāng)今活塞往復(fù)式發(fā)動機那樣在民用車上普及。

來源：che168