最近,转子发动机靠着抖音和快手再次翻红,不少人都把转子发动机捧上了天。相信了解汽车知识的读者都知道,发动机有很多不同的类型,比如市面上最常见的直列、V型发动机,或者是W型、水平对置这种小众的类型,此外还有像转子发动机这种已经消失的发动机类型。看到这里不少读者会有一个问题——网上说转子发动机和水平对置发动机这么好,为什么没有成为主流发动机?今天小编就来给大家科普一下什么是W型、水平对置和转子发动机,分析一下它们为什么会成为小众或消失在汽车市场。
由于前两年一部热门电视剧,“大帕萨特”——辉腾火了起来,大家都知道了这款长相与帕萨特十分相似,但是其价格是帕萨特三倍的大众旗下旗舰车型。其搭载的W12发动机也为人熟知。由于W型发动机是大众集团的独家专利,所以我们只能在大众集团旗下车型见到W型发动机,所以天生就注定它是一种小众的发动机类型。
除辉腾以外,宾利旗下的大部分车型都搭载了W12发动机,例如欧陆GT。
还有搭载W16的布加迪Chiron
高尔夫作为大众的灵魂车型,肯定深得宠幸。在大众博物馆,就有一台搭载W12发动机的高尔夫。
在结构方面,许多人觉得W型发动机是相当于把两台V型发动机放在一起,其实这个说法并不严谨。严谨来说,W型发动机是由两个VR6发动机组合在一起。这就要说一说大众工程师们的头脑风暴了。在以前汽车技术相对落后的时代,想增加动力,大多数车厂会选择增加气缸数,V6动力不够?那就来一个V12!凯迪拉克就曾经推出过V16发动机,不仅仅凯迪拉克,在2、30年代,搭载V12、V16的车比比皆是。
传统的V型发动机两气缸夹角为60度到120度,如果组成V12发动机,发动机的尺寸就会很长,这样的话车头部分就要设计得很长才能放得下,过长的车头并不符合与时俱进的设计风格。另一方面如果把两个传统V6型发动机组合成W12,由于气缸夹角太大,就会使得发动机尺寸过宽。这时候大众工程师头脑风暴,发明出了VR6。
相比传统的V型发动机,VR6的气缸夹角仅为15度。这时候W12发动机的尺寸难题就迎刃而解,由两个VR6发动机组合而成的W12发动机的长度与普通V8发动机相近,而宽度也得以缩减。同理布加迪的W16是由两个VR8发动机组合而成。
但真正组合一个W型发动机没有想象中这么简单,在进排气系统设计和抖动控制方面,大众花了很大功夫才解决。W型发动机制造复杂、维修困难,同时研发和制造成本都十分高昂,即使其他厂家想要购买W型发动机的专利,也没有足够的技术储备可以使其搭载到自家车型上。所以这样一款定位“高贵”的发动机,注定小众。
对于水平对置发动机,最熟悉不过的就是保时捷911。放眼全球,现在还坚持使用水平对置发动机的就只有保时捷和斯巴鲁,为什么其余的厂家对水平对置发动机都嗤之以鼻,最主要的问题还是钱。
水平对置发动机顾名思义就是两个气缸在同一水平线上,也就是说两气缸夹角为180度,发动机整体构造看上去像英文字母H,所以也有人也称它为H型发动机。虽说现在水平对置发动机没落了,但多年以前水平对置发动机也有一段辉煌的历史,1896年,汽车之父卡尔·本茨发明了世界上第一款水平对置发动机,之后大众、奔驰、宝马、阿尔法·罗密欧相继使用,就连法拉利的F1赛车也曾经使用过水平对置发动机。
这种打破常规的气缸排列方式带来了意想不到的优点。首先,水平摆放的气缸使得整个发动机的高度大大降低,这样搭载水平对置发动机的发动机舱就可以设计得又扁又低,同时这样的设计可以使得汽车的重心大大降低,提高车辆行驶时的稳定性和减少高速过弯时车身的侧倾。所以水平对置发动机十分符合运动型车的设计取向。
再者,由于两气缸水平放置,所以两组活塞的运动方向是时刻相反的,发动机运转时,两组活塞同时向外运动,也同时向内运动,这就像两个力气相同的人在拔河,两边活塞运动时产生的惯性力会相互抵消,所以水平对置发动机运转时产生的噪音和震动十分低,同时它运转时的平顺性也十分优秀。
成也“水平”,败也“水平”。在理想的无重力真空环境下,水平对置发动机是完美的,但在重力作用下,气缸内起润滑作用的机油就会受重力作用向下流动,导致气缸上部缺少润滑,使得气缸上部容易造成磨损。面对这个难题,保时捷和斯巴鲁选择采用耐磨程度非常高的材质来制造缸体,这个方法可以很大程度的抑制磨损,但这种做法会导致制造成本上升。同时由于水平对置发动机的构造精密,所以制造和维修费用贵上加贵。高昂的费用使得大部分厂家都放弃水平对置发动机。
随着转子发动机在短视频平台上的爆火,三分之一的中国网民都了解到了马自达与转子发动机的故事。那今天小编就不讲转子发动机之前的辉煌事迹,我们着重分析一下转子发动机之所以消失的原因。
1954年,转子发动机之父菲加士·汪克尔与德国NSU公司一同研制出世界上第一台转子发动机。对新科技有着敏锐嗅觉的马自达斥巨资买下了转子发动机的技术,当时这一行为业界都不看好。转眼到了70年代石油危机爆发,各公司都忙着应对各种危机,只有马自达潜心研究转子发动机,与此同时马自达逐步克服困难,成功把转子发动机商业化,并且搭载到自家跑车RX-7上。
如果说水平对置发动机结构特别,那转子发动机的结构可以说是发动机中的“异形”。其实转子发动机的结构其实并不复杂,主要由缸体、转子和输出轴三个部分组成。当发动机运转时,莱洛三角形状的转子就会绕着中心轴偏心转动。
正是因为这个莱洛三角形状的转子,可以把椭圆状的气缸分成三个独立空间,并且这三个空间可以各自先后完成进气、压缩、做功和排气,所以转子每自转一周,发动机就点火做功三次。相比普通的四冲程发动机的曲轴每旋转两周才做一次功,转子发动机的做工效率是四冲程发动机的1.5倍。由于做工效率高,因此转子发动机的转速可以达到很高,轻轻松松突破5000转,所以转子发动机可以以很小的排量输出很高的动力。例如马自达RX-7,1.3L的排量就有高达280匹的马力。此外,由于转子是绕着输出轴转动的,减少了转递动力时造成的动力损耗。所以转子发动机相比普通四冲程发动机可以减少大概20个传动部件,从而达到传动效率高、自重轻等优点。
转子发动机有很多优点,但是它的缺点也十分致命。首先,转子分割的三个燃烧室的密封全靠上图红色框中所示的径向密封片。径向密封片与气缸内壁是直接接触的,由于转子发动机转速高,径向密封片与气缸内壁的摩擦时间十分长,所以径向密封片的磨损速度十分快。当径向密封片磨损过度后就会造成燃烧室漏气,导致油耗飙升。同时由于转子发动机的气缸是完全密封的,所以如果想要维修径向密封片,维修过程异常的复杂,就算付得起维修费,真正会修转子发动机的维修师傅也很少。
其次,由于转子转速高,同时单次做工时间短,所以燃料的燃烧十分不充分,有一些没有燃烧完全的汽油遇到高温的排气管会被引燃,所以我们可以看到一些视频中的RX-7的排气管会喷火。同时由于燃烧不充分,所以其油耗和尾气的污染程度会很高。如果用今日的国六排放标准来看,转子发动机注定与我们无缘。同时由于研发转子发动机需要大量的人力和物力,其他车厂出于经济成本的原因也不会从零开始研究这个已经不适合现代标准的转子发动机,所以马自达成为了全村的希望,我们有生之年能不能看到转子发动机重出江湖,全靠马自达了。
所以我们可以看到,上述几种发动机类型都沦为小众,甚至消失在人们眼中,很大原因是经济成本过高或者是废弃排放标准不达标。除此以外我们还能看到,按照现在汽车行业发展的趋势,发动机的排量只会越来越小,气缸数也会越来越少。可能到了我们的下一代,享受汽油机的咆哮,都是一件奢侈的事情。