1、水平對(duì)置 雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)深度剖析前言：說(shuō)到汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，我們比較熟悉的有直列式發(fā)動(dòng)機(jī)，如L4即直列4缸；V型發(fā)動(dòng)機(jī)，如V6、V8；還有像大眾旗下的W型發(fā)動(dòng)機(jī)，如W8和W12。而還有一些并不是十分普及的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，像水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)和三角活塞旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)（轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)），它們?cè)谄囶I(lǐng)域的應(yīng)用仍屬小眾派，我們不妨稱它們?yōu)椤胺侵髁鳌卑l(fā)動(dòng)機(jī)。氣缸的排列形式?jīng)Q定了發(fā)動(dòng)機(jī)外型尺寸和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的剛度和強(qiáng)度也有影響，并關(guān)系到汽車的總體布置。下面我們就來(lái)解析一下這兩種非主流發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)通常也被稱為B型發(fā)動(dòng)機(jī)，如B6、B4，分別代表水平對(duì)置6缸和4缸發(fā)動(dòng)機(jī)。B是英

2、文單詞“Boxer”（拳擊手）的第一個(gè)字母。由于水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸呈水平相對(duì)的方式排列，活塞在水平方向上進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，就像是拳擊手在出拳搏擊一樣，B型發(fā)動(dòng)機(jī)也因此而得名。所以水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)通常也被稱為BOXER。水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)通常也被稱為BOXER如果我們將水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造理解為是把V型發(fā)動(dòng)機(jī)兩排氣缸的夾角加大到180度而形成的，那么就很好理解水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的幾大特點(diǎn)了。水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的本質(zhì)依然為往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，依然采用了曲柄連桿機(jī)構(gòu)作為運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，依然有進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程，這就決定了水平對(duì)置發(fā)動(dòng)依然會(huì)有普通發(fā)動(dòng)機(jī)的一些優(yōu)缺點(diǎn)，但也正因?yàn)樗?dú)特的氣缸排列形式又有它自己獨(dú)有的優(yōu)

3、缺點(diǎn)。水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖可以把水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造理解為V型發(fā)動(dòng)機(jī)夾角加大到180度（動(dòng)態(tài)演示）水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)就是重心低，如果我們對(duì)比水平對(duì)置和V型發(fā)動(dòng)機(jī)，就可以很好理解水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)重心低的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)了。如果再將所有的運(yùn)動(dòng)部件看作質(zhì)點(diǎn)的話，那么他們都在一個(gè)水平面上，自然重心也就在該水平面上了。重心低這個(gè)優(yōu)點(diǎn)直接增加了車輛行駛穩(wěn)定性，高速過(guò)彎時(shí)車輛的側(cè)傾更小，減小了側(cè)翻的可能。水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖（對(duì)比直列式與V型發(fā)動(dòng)機(jī)）水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)將氣缸放在一條直線上當(dāng)然高度自然就會(huì)降低，這與前面所說(shuō)的造成重心低那個(gè)優(yōu)點(diǎn)的原因有些類似，而發(fā)動(dòng)機(jī)整體高度較小就便于在有限的發(fā)動(dòng)機(jī)艙中增加渦輪增壓

4、器的裝置。保時(shí)捷一直鐘情于水平對(duì)置式發(fā)動(dòng)機(jī)有很大一部分原因是源于它的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楸r(shí)捷911車型都采用了“溜背”式的外形設(shè)計(jì)和后置后驅(qū)的驅(qū)動(dòng)方式，這就需要高度較小的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)提供動(dòng)力。水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)拍圖低振動(dòng)是水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的另外一大優(yōu)點(diǎn)，活塞運(yùn)動(dòng)的平衡良好（180度左右抵消），相比直列式，在曲軸方面所需的平衡配重因素減少，有助轉(zhuǎn)速提升。它能保持650轉(zhuǎn)的低轉(zhuǎn)速，并保證發(fā)動(dòng)機(jī)平穩(wěn)的工作。水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)近景實(shí)拍既然水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)擁有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，那為什么目前在全球市場(chǎng)，一直采用水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的只有保時(shí)捷和斯巴魯兩個(gè)廠商？必然是它存在一定的缺點(diǎn)。首先是，潤(rùn)滑系統(tǒng)不太理想，技術(shù)要求很高；其次是冷卻

5、系統(tǒng)也要求很嚴(yán)格；最重要的是它的制造成本要比V型發(fā)動(dòng)機(jī)還高，之前我們介紹的一大優(yōu)點(diǎn)振動(dòng)小是種理想狀態(tài)，要在實(shí)際工作中達(dá)到這種理想狀態(tài)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)制造工藝和零部件裝配精度的要求較高，因此制造成本相比常見(jiàn)的直列或V型發(fā)動(dòng)機(jī)高出不少，而且維修保養(yǎng)難度較大。保時(shí)捷水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)保時(shí)捷水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)保時(shí)捷水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入70年代不斷增長(zhǎng)的馬力需求，催化轉(zhuǎn)換器/無(wú)鉛汽油引入以及新廢氣排放條例的實(shí)施讓保時(shí)捷急需增大引擎容積。要擴(kuò)大容積有兩個(gè)選擇：一個(gè)拉長(zhǎng)沖程（增加長(zhǎng)度），一個(gè)增大口徑（增加寬度）。保時(shí)捷911系列車型（09款Carrea敞篷）水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)是保時(shí)捷的經(jīng)典技術(shù)雖然在911 Turbo上保時(shí)

6、捷可以大幅增加車尾的寬度來(lái)增大引擎?zhèn)}空間，但這樣會(huì)大大增加空氣阻力而且成本也非常高，在普通的911行不通。憑借在賽車場(chǎng)上累積的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，保時(shí)捷從增強(qiáng)缸體強(qiáng)度減少缸壁厚度增大汽缸口徑找到突破點(diǎn)，新型高強(qiáng)度金屬材料和電子燃油噴注的應(yīng)用也讓911引擎最高轉(zhuǎn)數(shù)和輸出大幅提升。保時(shí)捷911 GT-2水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖雖然引擎的總體尺寸沒(méi)有明顯增大，但容積在2.7L以上的911引擎為了不增加車尾寬度保持最優(yōu)化的整體布局，引擎和排擋箱/傳動(dòng)軸之間是有一個(gè)傾斜的齒輪連接，跟一般汽車直連是有區(qū)別的。保時(shí)捷水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)保時(shí)捷水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)冷911 Flat 6引擎在993一代已經(jīng)發(fā)展到極限，使用風(fēng)冷設(shè)計(jì)3

7、.2L一個(gè)技術(shù)極限同時(shí)為了保留冷卻空間，保時(shí)捷一直使用占用空間較少的SOHC 2V per clinder 設(shè)計(jì)，而沒(méi)有采用同代引擎已經(jīng)普遍使用高性能DOHC 4V。風(fēng)冷引擎曾經(jīng)是保時(shí)捷911的招牌，但在911 GT1/Boxster上保時(shí)捷首先試驗(yàn)水冷Flat 6 DOHC設(shè)計(jì)，并在隨后的996一代911上采用了水冷設(shè)計(jì)。得益于水冷設(shè)計(jì)996引擎容積達(dá)到空前的3.8L(911 GT3)。保時(shí)捷911 GT-2水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)加裝了燃油直噴技術(shù)的保時(shí)捷3.6L水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)然是保時(shí)捷的經(jīng)典技術(shù)，然而結(jié)合燃油直噴技術(shù)的水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)讓保時(shí)捷獲得動(dòng)力方面的全面提升，以保時(shí)捷09款91

8、1為例，得益于燃油噴射系統(tǒng)的改進(jìn)，保時(shí)捷3.6L水平對(duì)置六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出提高了20馬力，達(dá)到345馬力。3.8L水平對(duì)置六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率從原來(lái)的350馬力提高到385馬力，最大扭矩從原來(lái)的400N·m/4600rpm提升到420N·m/4400rpm。斯巴魯水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)斯巴魯?shù)乃綄?duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)說(shuō)到斯巴魯?shù)乃綄?duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)，翼豹就屬于這一技術(shù)的代表車型，而最讓斯巴魯感到得意的應(yīng)該就是翼豹在世界汽車?yán)﹀\標(biāo)賽（WRC）上取得過(guò)比較優(yōu)異的戰(zhàn)績(jī)。幫助斯巴魯在賽車界揚(yáng)名立萬(wàn)的“利器”正是水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)和左右對(duì)稱全時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)這兩項(xiàng)在斯巴魯技術(shù)武庫(kù)中最具有“殺傷力”的核心技

9、術(shù)，而水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)又是左右對(duì)稱全時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)揮作用的基礎(chǔ)和動(dòng)力源。斯巴魯翼豹斯巴魯翼豹斯巴魯和保時(shí)捷的水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)之間最大的區(qū)別其實(shí)在于安裝方式：斯巴魯是前縱置引擎、前輪驅(qū)動(dòng)或者四輪驅(qū)動(dòng)，跟一般的前橫置引擎前輪驅(qū)動(dòng)車型不一樣，斯巴魯?shù)囊鎸?shí)際上跟奧迪的V型引擎+Quattro的布局很相似，是非常典型的Symmetric AWD Layout。斯巴魯水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)拍圖斯巴魯左右對(duì)稱全時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)斯巴魯水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖及實(shí)車發(fā)動(dòng)機(jī)艙斯巴魯2.5L/3.6L水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)拍圖由于EJ系列引擎只有4/6缸容積不超過(guò)3000cc，前置引擎?zhèn)}的空間比較充裕因此斯巴魯只需要解決引擎的供油和

10、散熱問(wèn)題就可以。所以也有這樣一種說(shuō)法：其實(shí)斯巴魯?shù)囊娌⒉皇呛芟冗M(jìn)或者很特別的設(shè)計(jì)，只是現(xiàn)在同級(jí)廠商沒(méi)有使用水平對(duì)向設(shè)計(jì)所以顯得“與眾不同”。轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理三角活塞旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)也就是轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，它采用三角轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)控制壓縮和排放，與傳統(tǒng)的活塞往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的直線運(yùn)動(dòng)迥然不同。一般發(fā)動(dòng)機(jī)是往復(fù)運(yùn)動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)，工作時(shí)活塞在氣缸里做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，為了把活塞的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，必須使用曲柄連桿機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)實(shí)拍圖轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理（動(dòng)態(tài)演示）轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)則不同，它直接將可燃?xì)獾娜紵蛎浟D(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)扭矩。在轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃燒產(chǎn)生的壓力保存在殼體和三角形轉(zhuǎn)子（在該發(fā)動(dòng)機(jī)中用

11、來(lái)代替活塞）構(gòu)成的密封室中。轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理轉(zhuǎn)子的行進(jìn)路徑與呼吸測(cè)量?jī)x產(chǎn)生的軌跡類似。轉(zhuǎn)子的頂點(diǎn)與殼體接觸，從而形成三個(gè)獨(dú)立的氣室。轉(zhuǎn)子不停地圍繞燃燒室運(yùn)動(dòng)，三種體積的氣體交替膨脹和收縮。正是這種膨脹和收縮將空氣和燃料吸入發(fā)動(dòng)機(jī)，然后對(duì)此混合氣體進(jìn)行壓縮，并在氣體膨脹時(shí)生成有用的動(dòng)力，最后排出廢氣。德國(guó)人菲加士·汪克爾發(fā)明的首臺(tái)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)馬自達(dá)投巨資購(gòu)得轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)版權(quán) 這種發(fā)動(dòng)機(jī)由德國(guó)人菲加士·汪克爾發(fā)明，在總結(jié)前人的研究成果的基礎(chǔ)上，解決了一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，研制成功第一臺(tái)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，所以也有的稱之為汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)（Wankel Engine）。汪

12、克爾發(fā)動(dòng)機(jī)的面世，讓很多有實(shí)力的汽車生產(chǎn)商都嗅到了新時(shí)代技術(shù)的氣味。可是，汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)試驗(yàn)中暴露出的缺點(diǎn)，卻打消了很多向汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)挑戰(zhàn)的年頭。馬自達(dá)的首臺(tái)量產(chǎn)型轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)10A-8010馬自達(dá)首臺(tái)實(shí)用化兼量產(chǎn)化的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)車-Mazda Cosmo Sport一向?qū)π录夹g(shù)情有獨(dú)鐘的馬自達(dá)公司投巨資從汪克爾公司買下了這項(xiàng)技術(shù)，馬自達(dá)在購(gòu)得版權(quán)后，以RE-Rotary engine譯名轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)作為汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)的新名稱。1964年，日內(nèi)瓦的德法合資企業(yè)COMOBIL公司，首次把轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)裝在轎車上成為正式產(chǎn)品。1967年，日本人也將轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)裝在馬自達(dá)轎車上開始成批生產(chǎn)。馬自達(dá)RX7馬自達(dá)

13、RX-8所使用的1.3L轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)70年代石油危機(jī)爆發(fā)，各國(guó)忙于應(yīng)付各方面的困難而無(wú)暇顧及發(fā)展轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，唯有馬自達(dá)公司仍然深信轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的潛力，獨(dú)自研究和生產(chǎn)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，并為此付出了相當(dāng)大的代價(jià)。他們逐步克服了轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的缺陷，成功地由試驗(yàn)性生產(chǎn)過(guò)渡到商業(yè)性生產(chǎn)，并將安裝了轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的RX7型跑車打入了美國(guó)市場(chǎng)，令人刮目相看。不過(guò)，RX-7于1995退出美國(guó)市場(chǎng)。轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)分析由于從生產(chǎn)裝配到維護(hù)修理，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)都與傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)大不一樣，開發(fā)成本大。加上往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)在功率、重量、排放、能耗等方面都比過(guò)去有了顯著提高，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有顯出明顯的優(yōu)勢(shì)，因此各大汽車企業(yè)都沒(méi)有積極性去開發(fā)

14、利用，唯有馬自達(dá)一家苦苦支撐。轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)面圖都說(shuō)“存在就是有意義的”，那么我們就來(lái)客觀的分析一下轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，也許看完這些，我們也會(huì)明白為什么馬自達(dá)會(huì)對(duì)這“非主流”的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)那么情有獨(dú)鐘。馬自達(dá)對(duì)這“非主流”的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)情有獨(dú)鐘轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，其中最重要的一點(diǎn)是減小了體積和減輕了重量。在運(yùn)行安靜性和平穩(wěn)性兩方面，雙轉(zhuǎn)子RE相當(dāng)于直列六缸往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)。在保證相同的輸出功率水平前提下，轉(zhuǎn)子式發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)重量是往復(fù)式的三分之二，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)對(duì)于汽車工程師們有著無(wú)比的吸引力。轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)減小了體積和重量由于轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)將空燃混合氣燃燒產(chǎn)生的膨脹壓力直接轉(zhuǎn)化為三角形轉(zhuǎn)子和偏心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)力，所以不需要設(shè)置連桿，進(jìn)氣口和排氣口依靠轉(zhuǎn)子本身的運(yùn)動(dòng)來(lái)打開和關(guān)閉；不再需要配氣機(jī)構(gòu)，包括正時(shí)齒帶、凸輪軸、搖臂、氣門、氣門彈簧等，而這在往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)中是必不可少的一部分。綜上所述，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)組成所需要的部件大幅度減少。轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)中的“轉(zhuǎn)子”轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)組成所需要的部件大幅度減少根據(jù)研究結(jié)果，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)速度范圍內(nèi)有相當(dāng)均勻的扭矩曲線，即使是在兩轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)中，運(yùn)行中的扭矩波動(dòng)也與