汪克爾發(fā)動機

發(fā)動機對于汽車的重要性，猶如汽車的心臟。大部分人接觸到的發(fā)動機都是活塞往復(fù)式發(fā)動機，但是還有一種并不被大眾所熟知的發(fā)動機，那就是轉(zhuǎn)子發(fā)動機。

16世紀(jì)初，當(dāng)時還沒有發(fā)明“活塞機械”蒸汽機，但早已有了“風(fēng)輪”、“水輪”等機械，許多發(fā)明家和工程師一直都想開發(fā)一種連續(xù)運轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機，對此人們最初想到的動力機械就是“輪子”。汽機（連桿和曲柄機構(gòu)）的發(fā)明人瓦特·詹姆斯（1736-1819）也曾研究過轉(zhuǎn)子式內(nèi)燃機，但最終僅停留在概念上。自18世紀(jì)70年代以來，各國的設(shè)計師和發(fā)明家設(shè)計出了各種各樣的旋轉(zhuǎn)活塞機械，但多使用于鼓風(fēng)機、壓氣機、蒸汽機等機器，1846年，人們畫出了當(dāng)今轉(zhuǎn)子發(fā)動機工作室的幾何結(jié)構(gòu)，設(shè)計了使用外旋輪線的第一輛概念發(fā)動機，但這些概念都沒有實用化, 直到菲加士·汪克爾（Felix Wankel）于1957年研制出汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動機，在國際內(nèi)燃機界引起巨大的轟動。

汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動機與傳統(tǒng)的活塞往復(fù)式發(fā)動機的直線運動迥然不同，它是采用三角轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動來控制進氣、壓縮、做功和排氣的，于是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈就會有三次的動力行程，這也就是為什么其排量小而功率大的原因。

轉(zhuǎn)子發(fā)動機與勒洛三角形

對于這個當(dāng)時引起轟動的發(fā)動機，它的設(shè)計自然備受矚目，雖然說是三角轉(zhuǎn)子但是仔細(xì)觀察就能發(fā)現(xiàn)汪克爾發(fā)動機用的并不是“直來直往”的三角形，這個三角形是由三條弧線所構(gòu)成的,它叫做勒洛三角形。實際上勒洛三角形的構(gòu)圖是很簡單的：取一等邊三角形，以其三個頂點為圓心，邊長為半徑畫三個圓，三圓的重合部分就是勒洛三角形。那為什么勒洛三角形最終被選中呢？這一切還得從勒洛三角形的特性說起。

勒洛三角形是一個定寬圖形，它不論在任何方向上，寬度都是一樣的，永遠(yuǎn)都是它內(nèi)部這個等邊三角形的邊長。大家也可以這樣理解：過等邊三角形的正中心在任意方向作一條線段，線段與圖形交于兩點，這條線段的長度永遠(yuǎn)是一個定值。大家是不是覺得有點眼熟？沒錯，勒洛三角形的寬度就像圓的直徑一樣，在同一圖形中永遠(yuǎn)是相等的。

因為這個特性，勒洛三角形以像圓一樣，保證所有部分一直在平行線間運動，即勒洛三角形頂點的運動軌跡與車輪相同。

汪克爾受到勒洛三角形的啟發(fā)，如果以萊洛三角形為轉(zhuǎn)子，在這個轉(zhuǎn)子中間再加上偏心軸，再構(gòu)造一個特定的腔體，不就可以規(guī)避掉旋轉(zhuǎn)過程中心波動問題，并且還可以使得轉(zhuǎn)子持續(xù)轉(zhuǎn)動下去做功了么？那么可能有人不禁提出疑問，那為什么不將轉(zhuǎn)子發(fā)動機設(shè)計成圓形而要采用用勒洛三角形呢？

勒洛三角形在運動過程中因其重心時刻變化，波動的重心正好像搖動的手柄一樣，可以保證轉(zhuǎn)子在平面旋轉(zhuǎn)運動的的能量直接傳遞到輸出軸上。一方面在平面運動中我們既要通過轉(zhuǎn)子運動帶動輸出軸運動，又要保證有空間進行進氣、壓縮、作功和排氣的過程。而圓形具有天然的密閉性，一來氣流很難產(chǎn)生推力使其旋轉(zhuǎn)，再者它不能實現(xiàn)諸如萊洛三角形那樣，既能時刻緊貼內(nèi)部又能留足空間給燃?xì)狻?/p>

然而萊洛三角形是有3個明顯的角的，這3個尖角在實際加工過程中是不容易實現(xiàn)的，而且轉(zhuǎn)子在高速轉(zhuǎn)動時，必然會帶來更多的磨損，因此用尖角是不可行的。于是汪克爾采用了變形了的萊洛三角形，也就是讓一個圓在原先的萊洛三角形邊上滾動一圈，以這個圓的最大邊緣的軌跡重新構(gòu)造一個改進的萊洛三角形。

轉(zhuǎn)子發(fā)動機的“潮起”

理論上可行了，但是在實際加工制造過程中，汪克爾還要克服各種各樣的問題才有可能讓轉(zhuǎn)子發(fā)動機成為現(xiàn)實。1927年，汪克爾在經(jīng)過無數(shù)次試驗過后，基本上解決了諸如氣密性和潤滑等的一系列技術(shù)問題。二戰(zhàn)期間，他的研究被認(rèn)為能夠給德國帶來極大利益，因此得到了德國航空部以及許多大企業(yè)的支持，在這些條件的支持下，成功發(fā)明了轉(zhuǎn)子發(fā)動機，并獲得了轉(zhuǎn)子發(fā)動機的第一項專利。

二戰(zhàn)后，這匹德國的“千里馬”被“伯樂”NSU公司（納蘇公司，奧迪公司的前身之一，德國領(lǐng)先的摩托車公司 NSU Motorenwerk AG）相中，NSU公司與汪克爾合作，最先開始開發(fā)轉(zhuǎn)子發(fā)動機。1959 年底，NSU公司正式宣布完成汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動機后，全球約 100 家公司爭先恐后地提出合作伙伴關(guān)系，已將轉(zhuǎn)子發(fā)動機納入其產(chǎn)品中。

轉(zhuǎn)子發(fā)動機的“潮落”

1964年，NSU公司和雪鐵龍在日內(nèi)瓦組建合資企業(yè)COMOBIL公司，首次把轉(zhuǎn)子發(fā)動機裝在NSU Wankel Spider轎（跑）車上成為正式產(chǎn)品。搭載498 cc單轉(zhuǎn)子發(fā)動機（KKM 500型引擎），5500rpm時最大功率為40kW（55PS），這臺車的車身還是由知名的跑車設(shè)計公司博通公司（Bertone）設(shè)計的！后來由于轉(zhuǎn)子頂點密封材料的不可靠造成發(fā)動機磨損過快，從而轉(zhuǎn)子發(fā)動機被消費者打上了“不可靠”的負(fù)面標(biāo)簽，該車于1967年被迫停產(chǎn)。這應(yīng)該是世界上搭載三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機的第一款量產(chǎn)車，但并不“實用”，發(fā)動機壽命太短，沒有一臺發(fā)動機可以撐過2萬英里。1967年8月，“仍不死心”的NSU推出了第二款量產(chǎn)的轉(zhuǎn)子發(fā)動機車型—Ro80該車采用一顆995 cc雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機，可產(chǎn)出86 kW（116 PS）的最大功率，于隔年獲得德國年度風(fēng)云車的獎項。

1969年，德國NSU公司被大眾并購，隨后又與Auto Union合并形成了今天的奧迪，而其轉(zhuǎn)子技術(shù)自然也是在奧迪手里。收購之后的奧迪并沒有立馬停止轉(zhuǎn)子發(fā)動機的研發(fā)，如上文所說，NSU最后一款搭載轉(zhuǎn)子發(fā)動機的車型Ro 80，其早期因轉(zhuǎn)子發(fā)動機暴露的種種問題，正是在被奧迪收購后得到了解決的。

而NSU跟奧迪合并的原因，也正是由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機的開發(fā)成本太高，更多的是客戶對NSU Ro80沒完沒了的投訴：高溫、短命、怠速死火。先是密封性差，而且還漏氣。解決了漏氣后，點火又來問題，最后通過博世品牌解決。點火問題解決后接著又出現(xiàn)了潤滑問題…… 。奧迪就是這樣在客戶的抱怨下不停地……最終還是因為發(fā)動機的可靠性問題，最終在1969年NSU Ro 80也停產(chǎn)了。緊接著70年代初爆發(fā)的石油危機，轉(zhuǎn)子發(fā)動機“因高油耗”而徹底失去市場的信任，NSU這個品牌也從此退市。

難道轉(zhuǎn)子發(fā)動機就這樣沒落了嗎？其實并不是，一家來自日本廣島的“東洋工業(yè)株式會社”（Toyo Kogyo）生產(chǎn)廠家仍在堅持。，這也是后來大名鼎鼎的馬自達(dá)的前身。雖然汪克爾做出了能夠?qū)嵱玫霓D(zhuǎn)子發(fā)動機，但是最終把這項技術(shù)在汽車上發(fā)揚光大的，卻是來自日本的馬自達(dá)，轉(zhuǎn)子發(fā)動機也成為馬自達(dá)的招牌和經(jīng)典。想知道馬自達(dá)如何讓當(dāng)時已陷“滅頂之災(zāi)”的轉(zhuǎn)子發(fā)動機“起死回生”，請閱讀《馬自達(dá)與轉(zhuǎn)子發(fā)動機不可不說的故事》