“原理决定结构,结构决定特点。”有关转子发动机的原理和结构就不多赘述了,附上一段视频就足以说明了。
那么问题来了,转子发动机哪里强?马自达啊!那么相比于传统的往复活塞式转子发动机的有什么优点能让马自达爱不释手呢?又有什么缺陷让其他厂家望而却步呢?
我认为转子发动机可以说有以下优点吧:
零部件更少,机构简单。
整个转子发动机在工作时只有两个转动部件(偏心轴和转子),这跟一般的四冲程往复式发动机相比,大大简化了结构。由于转子发动机将空燃混合气燃烧产生的膨胀压力直接转化为三角形转子和偏心轴的转动力,所以不需要设置连杆,进气口和排气口依靠转子本身的运动来打开和关闭;不再需要配气机构,包括正时齿带、凸轮轴、摇臂、气门、气门弹簧等,而这在往复式发动机中是必不可少的一部分。综上所述,转子发动机组成所需要的部件大幅度减少。
零部件少带来的好处就是故障率大大降低,可靠性提高(当然由于密封的原因,转子发动机的耐久性一直收到怀疑,见下文),维修方便。同时还带来了下面这个优点。金属加工 正是由于零部件的大大减少,使得转子发动机体积更小,重量更轻。这就使得转子发动机在同样的重量和体积下能够提供更强劲的动力,或者说在提供同样动力的时候重量和体积都更小。光是这一点,就让无数工程师和改装迷们心动了。这也是为什么高桥凉介的RX-7(FC)可以做到车身仅重公斤,并且前后重量已经达到完美的50:50!我想,这也是马自达当年制霸群山乃至日本的主要原因吧!
动力性强。
由于转子发动机没有往复式运动,所以其不需要精密的曲轴平衡就能达到较高的转速,而且发动机转动的附属物减少,使得附件运动的动能和零部件间磨损的损耗就更小,效率更高(指的是机械效率,不包括燃烧效率),而且其转速相比往复式发动机提升得更快。
具有不错安静性和平衡性,在整个速度范围有具有相当均匀的扭矩曲线。
往复式发动机的活塞运动本身就是一个振动源,还有气门机构也会产生机械噪音;往复式发动机怠速时噪音很小,但不等于加速时噪音小。转子发动机平稳的运转产生的振动非常小,由于它没有气门结构,因此能更平稳和安静地运行。双转子发动机的安静和平稳性相当于直列六缸往复式发动机。
在往复式发动机中,直列六缸这种形式已经是最最稳定最最安静的结构了,它的结构保证了几乎没有多余惯性力的冲击噪声。可是零部件的噪声不可避免,转子发动机能够轻轻松松达到甚至超过直列六缸的平衡性,实在是强大!
具有以上优点的转子发动机有着天生的优势,再加上转子发动机已经成为马自达的代表,是马自达成名之作,马自达自然对其“爱不释手”了。
同时,转子发动机还有以下缺点:
燃烧室形状不利于汽油燃烧,燃油经济性不高。
燃烧室形状完全是为了转子的运动而设计的,完全不考虑燃油的燃烧。而活塞式发动机的燃烧室是经过严格设计与测试的,涉及到燃气在燃烧室里面的运动与热传递等性质,使燃气的燃烧状况最佳。所以这一点上,转子发动机完全没法比。
从转子发动机燃烧室形状来看,燃烧行程太长。使得燃烧能量很大一部分是用于火焰的传递而不是做功。所以从燃油的燃烧效率来看,转子发动机的燃油利用率要低于活塞式发动机。
而且相比于往复活塞式发动机,转子发动机的燃烧时间短暂,混合气燃烧不完全。同时做功行程偏心轴所转过的角度只有活塞往复式发动机的一半,所以转子发动机的耗油量要远远高于传统式内燃机,而且转子发动机在启动与低转速时会排出大量的碳氢化合物,这与现今严格的排放法规可谓格格不入。
只能点燃,不能压燃,所以只能进行汽油燃烧。
由于转子发动机的密封靠径向密封片,径向密封片与缸体间始终是线接触,密封效果远不如面接触的活塞环与汽缸的密封,并且各工作室间只有一道防线,远不如往复式发动机的的几道迷宫布置的活塞环。由于密封不严,压缩比不能高,温度达不到燃点。
再加上转子压缩机的压缩比没有活塞式的高压燃要求的压缩比转子发动机达不到。所以转子发动机只能点燃,不能压燃。这也决定了转子发动机只能使用汽油,不能使用柴油。这在欧洲等广泛使用柴油的地区将会收到限制。金属加工 从转子发动机的工作原理就可以看出,转子发动机采用的是径向密封片,径向密封片与缸体间始终是线接触,密封效果远不如面接触的活塞环与汽缸的密封。
不但如此,在工作中,由于转子发动机的原理问题,径向密封片的运动轨迹并不规则,使得在一个周期内的各个位置,径向密封片的受力点各部相同。这一点不像活塞式发动机的活塞密封环只是往复的运动,受力方向单一且均匀。这使得转子发动机的径向密封片的工作环境恶劣很多,常常损坏。而且实实际证明,转子发动机的老化与故障大多数与密封有关,这成为其可靠性和成本的最大障碍。
发动机输出轴位置固定,位置偏高,不利于传动系统布置。这一点很好理解,不多说。
成本太高。
由于从生产装配到维护修理,转子发动机都与传统的发动机大不一样,开发成本大。加上往复式活塞发动机在功率、重量、排放、能耗等方面都比过去有了显着提高,转子发动机没有显出明显的优势,因此各大汽车企业都没有积极性去开发利用。
另一个更高的费用是排放税。虽然转子发动机具有排量小、转速高的工作特性,但由于其工作原理与往复式发动机不同,所以世界各国在制订发动机排量的缴税法规时,皆是以转子发动机的实际排气量乘以2来作为其最终认定的排量,更高的税赋也意味着转子将面临更多的壁垒而无法大规模的普及开来。
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