你的完整指南的旋转引擎

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废弃的万克尔旋转发动机的复杂性

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旋转发动机是如何工作的?

一个基本的字典定义让我们对旋转引擎有了一半的理解:旋转运动本质上是围绕中心轴旋转的物体。在这种情况下,一个三角形转子绕着输出轴旋转,这就引出了下一个问题——什么是旋转发动机?旋转式发动机与传统活塞式发动机有一个共同点:内燃,仅此而已。传统的内燃机有气缸组、连杆、曲轴和活塞,与之不同的是,旋转发动机由以下三个基本部分组成:

  • 桶状外壳
  • 三角转子
  • 输出轴

还有其他部件,如进排气口和点燃燃料的火花塞,但旋转发动机只有这三个主要部件,这也是它如此吸引人的部分原因。在试图回答这个问题,“如何旋转发动机工作?”,最简单的方法来解释它如下。想象一个桶形的侧面图。在筒形(椭圆形)燃烧室内部,有两个或三个三角形转子。转子和外壳之间的开放空间被称为腔室。与普通汽车一样,燃料和空气混合后由火花塞点燃,带动转子绕固定输出轴转动。转子和输出轴相连,为车轮提供动力。所有其他引擎配置,包括内联, V, VR,等等W配置用我们所知道的传统活塞。

四冲程万克尔发动机 梅塞德斯-奔驰

规范

旋转发动机的规格可能会误导。它虽小,但威力巨大。至少在马力方面是这样。最后一辆使用旋转发动机的量产车是马自达RX-8。RX-8的发动机规格如下:

  • 1.3升
  • 232马力,转速8500转
  • 在5500转/分钟转速下159磅/英尺

正如你可以从上面的规格中看到的,你不能依靠发动机排量来估计功率输出。一个1.3升的传统活塞式发动机很难提供100马力的动力,但是一个同样大小的旋转发动机却能提供232马力的动力。而且没有强制感应的帮助。低扭矩输出也是旋转电机的支柱。

轮转发动机车 unsplash.com
旋转式引擎 马自达

旋转电机的类型

通常,我们根据大小、气缸数量和发动机配置对发动机类型进行分类。由于旋转发动机不太复杂,大多数生产车辆都有两个或三个三角形转子。例如,马自达RX-7和RX-8都采用了双旋翼布局。曾经有过带有更多转子的发动机,但这些发动机大多是一次性为赛车制造的。

旋转式发动机的主要区别在于冷却部。

  • 油冷却:这种方法在大规模生产中最常用,而且效果很好。你可以想象,旋转式发动机汽车比活塞式汽车需要更多的油。摩擦力更大,需要更多的油。考虑到三角形转子和燃烧室壁之间必须有一个紧密的密封,这一点尤其棘手。
  • 充电冷却:在这种设置中,发动机使用感应空气冷却三角形转子。这不是一个完美的解决方案,因为发动机在燃烧时更喜欢较冷的空气。
  • 通过环境空气冷却:这是与上述相同的基本方法,但不是使用进气系统,而是使用一个单独的端口,将环境空气直接吹到转子上。单独开一个口也不理想。它导致更多的油损失在一个已经耗油的发动机配置。
旋转发动机的优点和缺点 梅塞德斯-奔驰

万克尔旋转发动机的历史和发展

第一台旋转发动机是由Felix Wankel在1951年设计的。这就是为什么旋转发动机也被称为汪克尔电机,或者更正式地说,汪克尔旋转发动机。这个设计后来被一个叫汉斯·迪特尔·帕斯克的人完善了。万克尔版本的旋转体代号为DKM。在他的版本中,外壳和转子在不同的轴上旋转。它的转速可以高得多,但从大规模生产的角度来看,它的复杂性使它不可行。看看DKM的剖面图,你就知道为什么了。为了更换一个简单的火花塞,整个发动机都必须拆卸。Paschke介绍了固定外壳的进气口,出口和火花塞在外面。据传说,万克尔对此很不高兴。 He wanted to build racecar engines, while Paschke's focus was on simplicity.

这两个人都受雇于NSU Motorenwerke,该公司与日产、保时捷、梅赛德斯-奔驰甚至劳斯莱斯等知名汽车制造商签署了各种许可协议。只有一家制造商选择在很长一段时间内批量生产旋转发动机,你现在可能已经猜到了,那就是马自达。梅赛德斯-奔驰值得特别提及的是C111,尽管它从未走过概念阶段。大多数发动机从未通过最初的测试阶段。

马自达的第一批旋转发动机汽车失败了。Cosmo 110S是手工组装的,马自达在1972年将其从产品线中剔除。不到1500辆。Cosmo的名字坚持了下来,但采用的是传统的直列四缸动力。

旋转发动机只是随着现在著名的RX-7的推出而回归。第三代双涡轮增压车型被认为是当今的标志。它有一个1.3升的发动机,由一个极其复杂的涡轮增压系统驱动。一台涡轮增压器的转速为1800转/分,而另一台则为4000转/分。这种双涡轮增压系统近年来被广泛采用,但在1992年,它是令人兴奋的。马自达能够从1.3升的发动机中提取276马力和231磅-英尺的扭矩。尽管RX-7赢得了多个奖项,但产量限制在69,000台以下。它在消亡后才真正受到重视。较早的几代人很容易找到,价格不到1万美元。体面的第三代使用马自达如今,RX-7的起价在5万美元左右。

马自达再次尝试了RX-8,但没有成功。这款出色的小车也有它的优点,比如转速可达8500转/分钟,操控性也很好。缺点是维护成本高,耗水大,而且电子设备出了名的脆弱。还会有另一辆汪克尔车吗?这是怀疑。马自达已经转向涡轮增压四缸发动机,并将于明年推出首款电动汽车MX-30。

什么汽车使用旋转发动机?

如果你要问“今天什么车有旋转发动机”,你会失望地发现,目前没有现成的例子可以引用,而前面提到的老马自达是最有名的。还有一些其他的例子值得一提的旋转引擎汽车,但他们从来没有使它过去的概念阶段。

  • 奥迪A1 e-tron(概念车):在推出真正的e-tron之前,奥迪在2010年左右就把这个名字搞混了。这款A1概念车有一个小型的旋转发动机,但它并没有被用来为车轮提供动力。取而代之的是,它为一个小型机载发电机供电,一旦电池耗尽,发电机就会为电动机供电。这与宝马最终在i3中使用的系统非常相似。
  • 雪佛兰Aerovette:这款车可以追溯到20世纪70年代。它是首批中置引擎的克尔维特概念车之一,它的双转子电机输出420马力。如你所知,我们不得不等到目前的雪佛兰克尔维特最终发现一个中置引擎的模型会是什么样子。
  • 梅赛德斯-奔驰C111:上世纪70年代,梅赛德斯也曾推出过一款中置引擎车型。C111最初采用三旋翼布局,最终增加到四旋翼发动机。据报道,它的2.4升发动机产生350马力。美塞克甚至还想出了一个柴油旋转发动机的主意。
  • AMC步行者:美国汽车公司,被称为AMC,计划将步行者投入生产与旋转发动机。不幸的是,NSU和美国公司之间的合同失败了。美国当时经历了疯狂的燃料上涨,这也没有帮助。

旋转式发动机的优缺点

旋转式发动机有一些对它有利的因素,但还有太多其他因素超过了这些因素。旋转发动机的优点和缺点可以总结如下:

利与弊

  • 相对于它的体积,它产生了巨大的力量。即使是一个小小的1.3升发动机也能产生超过250马力的功率,如果采用强制感应,功率甚至会更高。
  • 它也没有传统发动机那么复杂,运动部件也更少。
  • 由于零件较少,三角形转子围绕中心输出轴转动,因此非常光滑。
  • 它还可以在不分裂的情况下以更高的速度运行。这使它完美的跑车应用程序。客户通常更喜欢高转速的发动机,而不是低转速的发动机。
  • 这个转盘没有热效率。由于发动机的布局,大量的油和燃料留在燃烧室未燃烧。
  • 旋转式发动机也烧很多油。一般来说,每1000英里平均消耗0.26加仑的油。说到赛道日,RX-7或RX-8每天可以使用多达0.8加仑。除了常规的化石燃料排放外,旋转也会排放石油中含有的所有有害物质。
  • 密封转子也是一个固有的问题,制造商从来没有能够解决。因为进气和排气同时发生在同一个燃烧室里,所以一半是冷的,而另一半是灼热的。这意味着有大量的膨胀和收缩同时发生,这给旋转尖端(顶点密封)和燃烧室带来了很大的压力。
  • 旋转发动机缺乏扭矩,马自达RX-8完美地证明了这一点。它在8,500转时产生232马力,这很有趣。然而,159磅-英尺的扭矩很差。这种固有的缺乏扭矩,更确切地说是低扭矩,意味着它永远无法用于比小型车更大的东西。a的重量马自达CX-9或者任何大的豪华车会把引擎完全拖垮。
  • 压垮人们的最后一颗钉子是高燃油经济性。如今,我们期望一个小型发动机达到不低于40英里/加仑,但RX-8的综合EPA数据为18英里/加仑。
回转马达 马自达
万克尔旋转发动机 马自达
Wankel-type引擎 马自达

常见问题

还有剩余的旋转发动机生产型汽车吗?

不。马自达RX-8是最后一辆使用它的汽车。目前还没有新的旋转发动机的计划。

旋转式发动机与活塞式发动机:哪个是最好的?

这取决于应用,但值得一提的是,活塞发动机效率更高,需要更少的关注,即使它有更多的运动部件。由于其高转速的特性,旋转发动机总是更适合于速度,但即使这样,它们也因低扭矩输出而失望。

旋转引擎听起来有什么不同吗?

是的。用愤怒的吸尘器来形容最好不过了。由于大量未燃烧的燃料被排出到排气系统中,旋转式汽车也往往比普通的JDM汽车更容易爆炸。

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