转子发动机的工作原理是什么?为什么很少听到有车企在使用它?
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发布时间：2022-04-24 21:06
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时间：2023-10-11 06:31
转子发动机的历史已经有半个多世纪，最初是由德国工程师发明的。起初阶段各大车企都对转子发动机投入了极大的热情，但是随着研发的深入工程师发现转子发动机的弊端越来越明显，以至于它相对活塞式往复运动内燃机的弊端远远大于优点且并不适合量产推广，所以纷纷都放弃继续投入。
这个时候也就马自达坚信转子发动机仍有发展潜力，随后买来了很多相关专利继续专注转子发动机的研发。而转子发动机因马自达名声大噪在于1991的勒芒耐力赛中马自达的787B以破釜沉舟之势取得了冠军，自此之后由于赛制规则的改变导致转子发动机失去了重返赛场的机会。虽然之前的比赛中转子发动机也多次登场，但正是这一次让全世界通过马自达知道了转子发动机的厉害之处。虽然厉害归厉害，但其结构缺陷和原理弊端仍导致其并不适合规模量产推广。
转子发动机的原理十分简单但正是因为其原理简单才导致它的结构也很简单。关键点在于其特殊的运行原理使其相对活塞做功具有更强的动力输出。
转子发动机主要结构包含如下：外壳、椭圆气缸缸、偏心输出轴、转子、转子齿圈、定子齿轮等等。
外壳：是保证气缸整体在一个相对稳定且无干扰的空间运行，外壳上预留有必要的进排气口和机油口、点火系统预留，是保证发动机有效运行的基础构件。
椭圆气缸：它是气体燃烧的空间，也是发动机最主要的结构。它不是一个标准的椭圆而是短轴面稍微凹陷，类似一个“花生”形椭圆，这样做的目的是保证转子切面能很好的和气缸壁贴合。同时气缸同样设计有进排气口、机油口和点火口，不过还包含冷却管道等其它设计。
偏心输出轴、转子齿圈、定子齿轮和转子共同组成转子发动机运行的必要结构。转子围绕定子做偏心旋转，通过燃烧做功将动力传递给偏心输出轴，从而直接将动力输出。
了解了转子发动机的结构，我们看看转子发动机的运行原理：
椭圆气缸为发动机提供了密闭空间，而转子的形状是一个类三角形，所以它有三个切面，这三个切面相当于是活塞面，用来压缩气体和承受动力的传递。如果发动机不运转，三角转子把气缸分为三个空间，转子发动机的吸气和排气口会经过精准的计算布局在缸体同一侧，而点火位置也会经过准确计算往往布局在缸体另一侧，这样做的目的就是转子在气缸内运行的过程中保证每个冲程都互补干涉且精准。定子齿轮会固定在气缸外壳上，用来规范转子的运行轨迹，转子齿圈安装在转子中心，偏心输出轴也会和转子相连。当发动机运行时转子齿圈会围绕定子齿轮啮合旋转从而带动偏心输出轴传递动力至外部。（这一些列组件必须经过精确计算才能保证各组件的完美契合）
转子发动机的特别之处除了上述说的直接传递转矩外就是它的做功特性。由于有三个密闭空间，所以转子旋转一周会有三次做功，如何理解：由于旋转做功的特性，转子的第一个切面（吸气-压缩-做功-排气）运行360度做完一个完整四冲程后，其它两个切面其实也做完了一个完整的四冲程。而一般的活塞式往复运行发动机一个完整的四冲程需要曲轴720度且只有一次做功行程。所以，转子发动机的功率输出比要高于往复式活塞发动机。
由于偏心输出轴偏心柱和转子齿圈的周长比被设定为3：1，所以转子每旋转一周就会带动偏心轴旋转三周。且转子由于每旋转120度都会有一次做功行程，加上两者周长比的设定可以让转子每旋转120度做一次功且输出轴都会旋转一周。简单理解为，转子每一次的做功冲程都会带动偏心输出轴旋转一圈输出转矩，这就保证转子发动机做功频率更快，动力输出更持续。而由于转子避免了类似活塞式的垂直无用功可以直接输出旋转力矩，加上质量轻、做功频率高等因素就使转子发动机可以用极少的排量爆发出相当大的转速和功率。这就是为何转子发动机轻松上5000转，且1.3L的排量就能压榨出3.0L或者更高的动力。
