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马自达粉不能不懂的转子黑知识

转子引擎无疑是最具有美感的引擎之一,莱洛三角形:以等边三角形为基础,以每一个顶点为圆心,边长为半径画弧,三道弧相交而围成的图形就是莱洛三角形。

转子在腰豆形的外旋轮曲线(乱入:反正就是转子绕着偏心轴旋转,其中一个顶点画出来的轨迹)的定子内旋转,三角活塞的旋转运动直接转化为曲轴旋转动能的方式,也比往复更加顺滑;转子引擎并不需要凸轮轴气门弹簧等复杂的配气机构,依靠转子本身的扫气过程就能完成换气,没有敲打摇臂的声音,略显躁狂的排气声,这让转子引擎拥有一副无论是“V多少”都不能比拟的独特的嗓音。

首先泼泼马自达脑残粉的冷水,转子引擎并不是发明的,更不是的专利。运转顺畅、零部件少、功率密度高,这些优点都吸引了世界上不少汽车制造厂尝试生产转子引擎,虽然应用最多的是在飞行器上,但也无妨转子引擎落户卡车将转子引擎应用在各种车型,轻型也不例外,另外中国二汽在七十年代曾经试制过一批转子引擎轻)、摩托车(雅马哈RZ201、铃木RE5等)。

随着引擎制造技术的发展,往复引擎的各方面表现得到长足的进步,然而转子引擎耐用性、高油耗的情况受限于其设计的先天不足,随着往复引擎优势日益凸显而越来越明显,最终绝大部分曾采用过转子引擎的车厂都先后退出了转子引擎阵营。由始至终坚持,并将转子引擎的魔力发扬光大的,只剩下一家。

图:NSU与奥迪关系密切,所以也曾推出过装载转子引擎的,例如这辆奥迪100,留意车门上的转子引擎贴纸。

图:意大利旅行机车制造商MotoGuzzi也曾生产过搭载10A双转子引擎的重机车,然后传动系统的布置就奇葩了,纵置变速箱传动轴

图:最终能坚持下来的,可谓在转子引擎身上花费了大量的心力,所谓皇天不负有心人,凭借转子引擎赢尽口碑

说起转子,大部分粉丝都只会起787B,事实上RX-7才是真正的转子战神。初代的RX-7问世以来,转子引擎曾经风靡IMSA系列赛,1990年RX-7取得了它在该系列赛中单一车系的第一百场胜利,随后也在IMSA地通拿24小时耐力赛中胜出。1980年至1987年连庄IMSAGT2公升组别年度桂冠。

相比之下,另一辆被奉为神物的787B,其辉煌程度就略显黯淡了。在1991年成为首个夺得勒芒总冠军的非欧洲车厂,而且也是唯一一辆使用非往复式引擎夺冠的赛车,因此一度被传为佳话。不过的夺冠之路,全赖对手的“帮助”。GroupC原型车组别里当仁不让的是奔驰C11,但在1991年的勒芒,两台极具竞争力的C11全部掉链子,因为故障退赛,这就让身披55号战袍的787B冷手捡了个热馒头。但除了这一次万众瞩目的胜利之外,787B在各种原型车赛事中都乏善可陈,“老四”都算发挥出色了,787和787B们更多的是靠着体育精神在比赛。

图:Goodwood速度节上的勒芒冠军车,醒目的橙-绿拉花来自主赞助商,制衣品牌“RENOWN”。

图:橙-绿拉花的787B因夺冠而频繁曝光,其实当年的主色调是右侧的这种白-蓝。RENOWN为车队提供了所有的衣物而获得了这套拉花,然后就让世人记住了将近四分之一个世纪,这个赞助太值了。

图:787B的心脏是一副四转子的自然进气26B引擎,基本可以看出是由两副13B“串联”而成的,可发出900匹的马力,但为了更合理的燃油效率和稳定性,正赛调低至700匹左右。

图:这才是当年的转子天王,RX-7,凭借其耐用度和稳定性(当然这是在赛车界相对而言的,转子引擎机件少,故障的概率也就低些)横扫IMSA。

转子引擎设计如此精妙,而且驱动部件少,为什么如此难以普及呢?除了众所周知的引擎燃烧室内壁磨损大,需要频繁大修之外,转子引擎也正正因为其部件少,可以提升的空间也因而被局限了。就拿进排气效率来说,因为转子是通过旋转,完成吸气和排气的过程,进排气全部交由位于缸壁的孔,旋转时产生的负压和正压来吸气和排气,这种换气方式是绝对被动的,相较之下往复式引擎通过打开进排就主动得多,角度、驼峰高度、正时、大小,全都是可控的,甚至还发展出VTEC、Valvetronic、VVT等一系列的技术,来改良不同工况下的进排气效率。

由此造成的就是转子引擎换气低转时换气效率不佳、燃烧效率低、低扭不足等问题。另外一点,转子引擎备受诟病的低扭不足的问题,就是转子引擎喜好高转而衍生出来的两面性。由于转子引擎的旋转部件转动惯量低,对突如其来的负载变化相当敏感,因此怠速以及起步较不平稳。所以转子引擎更适合相对比较稳态的飞行器或者作为发电机使用。

图:莱洛三角形转子,成为转子引擎的标志,所谓心脏的心脏。它有一些有趣的几何特性,也是因此它被选为转子引擎的中心转子,有兴趣的读者可以自行百度百科,词条解释保准亮瞎你。

图:转子引擎的进气系统就这么简单,节气门-进气歧管-进气道,然后从靠上的那个孔进入。靠转子扫过产生的负压吸气,排气亦然。

转子引擎的转子-转速比:

众所周知,转子和是通过一个齿轮和偏心齿圈来啮合的,转子带动,转速比是1:3,也就是说转子转1圈,转3圈。齿轮与转子齿圈的啮合直径比例是2:3,也就是说,假设按照两者的轴心都不懂的外啮合来算,其转速比是3:2。那么转速比是怎么算出来的?秘诀就在于这两个部件是内啮合,而且转子是绕旋转的,也就是说,轴心固定,但转子的轴心时刻都在移动。如果你细心观察,再加一点想象力,不难发现转子其实是绕着啮合点来转动的,类似于绕着“公转”,而则是“自转”,也就是说转子的实际转动半径是转子齿圈的整个直径。但与此同时,的转动半径就是它本身的半径,所以齿轮与齿圈的传动比(传动半径比)就变成了3:(2/2)=3:1,所以转速比就变成了1:3。

图:是定圆心自转的,而转子则是绕着公转,所以转子旋转的圆心应该在两者的啮合点,而啮合旋转半径就是转子齿圈的整个直径。3:1就是这么来的。

转子引擎的排量×2:

转子引擎单颗654cc,双转子就是1308cc,然后因为转子引擎的做功密度更高,转子转一圈就让每一个都做了一次功,而往复式引擎要每一个气缸都走完一次完整的四个冲程,则需要两圈,所以转子引擎的做功密度是往复式引擎的两倍。在很多国家,转子引擎在缴纳税款和计算排放量时,乃至在赛事中,是在实际上乘以2的。所以1.3升的13B引擎,其实被计为2.6升的。这也是为什么RX-7的转子引擎可以轻易推动RB26、2JZ之类的“牛肺”才能运用自如的T04Z、T88-33D等巨型涡轮了。

图:转子引擎本身体积小,引擎舱要塞入大涡轮绰绰有余。

图:这就有点过了吧,转子引擎还不能扩缸……

计算的小把戏:

1.3升的转子引擎,即便实效相当于2.6升,但由于转子引擎的转速是三倍于转子的,所以假设是9000rpm,这时转子的转速是3000rpm。这时问题就来了,以RX-8为例,9000rpm附近输出250匹,如果按照2.6L自然进气引擎来看,这样的输出数据看似合理。但反推到转子,凭什么一颗2.6L的引擎,以3000rpm的频率做功,能达到250匹呢?其实是因为在计算转子引擎的时候耍了个小把戏,将三角形转子单面的,654cc,用来代表单个。然而事实上,一个转子是有三个面的,转子旋转一圈,三个面都分别完成了一次完整的四个。这也就意味着,转子旋转一圈,其实际应该是三个面的三倍!不过笔者也能帮自圆其说:虽然对外宣称的单个是其实际的三分之一,但由于转子转一圈,才转三圈,也就是如果按照往复引擎计算的周期,转两圈,转子引擎的转子才转过三分之二圈,这时单个就相当于654cc×2=1308cc,所以双转子引擎,其总就是2616cc。



654cc是怎么来的:

转子单面的计算,关于这一点,由于时间关系(实际上是笔者没有深究推导过程,反正照抄了也看不懂),直接摔出公式:3√3(3的立方根)×转子半径(转子中心点到顶点的距离)×转子偏心距(转子内齿啮合半径-齿轮半径)×转子厚度。13B的转子弧长10.5cm,偏心距1.5cm,厚度8cm,代入数据,得出结果654.7立方厘米。

图:红箭头是转子厚度,黄箭头是偏心距,蓝箭头是转子半径。

转子引擎在内燃机当中是一个特殊分子,拥有众多内燃机的多个理想化特性,只可惜它身上存在不可克服的一些局限,并不适应复杂的工况需求。即便多努力,本性上的硬伤,是不以人的努力为转移的。转子的确更适合工况稳定的适用场合,连自己都将会使用转子发动机作为增程之用而非直接驱动了。

文章由易车号作者提供

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