轉子引擎復活，這一次被馬自達用在增程式電動車型上！
AutoLab汽車實驗室 2019-10-09 13:36:03 3
文/張一
馬自達對轉子引擎是有感情的，在上世紀70年代到90年代，馬自達在賽車場上取得的一系列輝煌幾乎就是一部轉子引擎的功勛史。但后來的事情我們都知道，轉子引擎的風光其實沒能持續(xù)多久，先是被勒芒耐力賽官方禁賽，而后轉子引擎因為保有量小，維修費用高等原因停產……
不過，如今隨著馬自達的EV車型計劃，轉子引擎很可能在不久的將來再次回歸大眾視線。即將在今年10月底亮相的馬自達首款EV新車型（或將被命名為馬自達e-TPV）將有兩個版本，一款為純電驅動，動力系統(tǒng)將擁有105kW（143Ps馬力）的最大功率和265N.m的扭矩，搭載一塊容量為35.5kWh的鋰電池組。
另一款為增程式電動車型，其增程引擎即為一臺轉子引擎。其實當年轉子引擎被停產，簡單說主要有兩個原因，一是排放差油耗高，二是可靠性低不好修。這些是轉子引擎自身的工作特性導致的。
但大家知道，一件事物往往缺點越大，伴隨的通常就是它在其它某些方面有著尋常無法企及的優(yōu)勢，轉子引擎即如此。首先我們理一理傳統(tǒng)活塞式引擎（也就是我們大家現在常見的汽車引擎）和轉子引擎的不同。
傳統(tǒng)活塞式引擎輸出動力的大致工作流程是，點火-氣缸內的可燃氣膨脹力推動活塞運動-曲柄連桿機構把活塞的的往復直線運動傳遞給曲軸，轉化為旋轉運動。
而轉子引擎的燃燒室（不能稱之為“氣缸”）是橢圓形的——這和傳統(tǒng)活塞引擎的氣缸不一樣，燃燒室里面有一個旋轉的轉子，轉子的形狀是三段圓弧組成的類似于等邊三角形的形狀，轉子內直接通過齒輪與中間軸（即輸出軸）嚙合，轉子不斷地做離心運動。
而在三角轉子運轉的過程中，轉子的頂角把汽缸分成三個獨立空間，其中一個空間的混合油氣被點燃爆炸的時候，就會把三角轉子向反方向推開，這個時候第二個空間順勢完成排氣，而第三個空間完成進氣，周而復始。換句話說，三角轉子自轉一周，引擎點火做功三次，轉子引擎的轉速和效率絕不是普通活塞式引擎可以相提并論。一般來說，1.3L的自然吸氣轉子引擎，就可以達到3.0L自然吸氣V6引擎的動力水平。
另外，在轉子引擎內，三角轉子轉動時，以三角轉子中心為中心的內齒圈與齒輪的齒數比為3:2，且內齒圈始終都是以兩者的接觸點為中心旋轉，所以旋轉半徑是內齒輪的3倍，由于這種運動關系，輸出軸的轉速會是三角轉子自轉速度的3倍。舉個例子，如果轉子引擎的輸出軸轉速達到15000轉，三角轉子的自轉速度只需要達到5000轉即可，而往復式活塞引擎曲軸轉速要達到15000轉，活塞則要進行往復運動30000次。
好吧，上面的內容可能不太好理解，那我們簡單歸納下來就是：首先，相比傳統(tǒng)活塞式引擎，轉子引擎可直接將可燃氣的燃燒膨脹力轉化為驅動扭矩。取消了曲柄連桿機構，導致了引擎機構大為簡化，零部件也減少了，體積和重量都得到了很好控制。
其次，由于轉子的結構特性，其轉速能夠輕松飆升到10000rpm以上。且轉子旋轉時的圓形運動幅度比傳統(tǒng)火活塞引擎更加平順，扭矩輸出也更均勻，同時由于沒有氣門、凸輪軸、搖臂、正時系統(tǒng)等這套噪音源機構，震動和噪音也比較好控制。
濃縮成一句話就是：轉子引擎體積小，結構簡單，利于高轉速輸出，扭矩輸出更均勻。不過最要命的事情在于，一輛車不是任何時候都能處于一個完美工況，走走停停，轉速的頻繁變化——尤其是起步，對于轉子引擎來說都會產生很大的負荷。這一點和阿特金森引擎尤其相似，不過阿特金森引擎得優(yōu)勢是，在中高轉速區(qū)間內，轉速的變化對于阿特金森引擎引擎基本上沒什么影響。
基于這一特性，阿特金森引擎可以在HEV和PHEV上直接通過機械結構驅動車輛行駛，但轉子引擎不行。其實從根本上看，阿特金森引擎也可以作為增程電動車上的增程器來使用，那么馬自達為啥依然選擇轉子引擎？情懷？當然不是。
如果作為一臺增程引擎，轉子引擎的優(yōu)勢簡直太完美。第一是體積小可以方便整車布置，給電池、電驅系統(tǒng)留更多空間；而高轉速大功率以及扭矩均勻輸出特性，則有利帶動發(fā)電機給電池組供電。最重要的是，在同等體積下，阿特金森引擎的功率輸出無法和轉子引擎相提并論。
傳統(tǒng)的REV增程電動車都會有這樣的問題，即增程引擎介入的時候，可以保證行駛，但頻繁狀態(tài)下加速持續(xù)性將大打折扣——這主要受限于驅動電機供電不足。而依照轉子引擎的特性，絕對可以做到同時給電池充電的同時，還能保證“一腳油”隨踩隨到。發(fā)電機直接帶動驅動電機的時候，轉子引擎的動力可以在“充電-驅動”兩種狀態(tài)下自由分配——“油門”踩狠了，大部分電力用于驅動電機，充電電能減弱。反過來，大部分電力用于充電，少部分電力用于驅動……不管什么狀態(tài)，轉子引擎都處于一個理想的恒定轉速區(qū)間。
我們或許可以這樣來看，轉子引擎是阿特金森引擎的高功率解決方案。相對于普通阿特金森引擎，搭載轉子引擎的REV增程電動車，可以選擇輸出更高的驅動電機——這才符合馬自達對于一輛REV增程電動車的運動性期待。
其實此前，網上曾爆出過馬自達一份前驅布局的增程式混合動力系統(tǒng)專利圖，在這份圖中，可以看出前橋為電動機，車身后部依次為內燃機、發(fā)電機、油箱及逆變器。
圖中編號為9的內燃機正是一款轉子引擎。在電池組電量不足時，這臺轉子引擎將點火運轉、帶動發(fā)電機發(fā)電，電能通過逆變器輸入電池組，從而為電池組充電。另外，和這份前驅布局的增程式混合動力系統(tǒng)專利圖一起，馬自達還曾申請過一項轉子引擎停機控制系統(tǒng)——可以在轉子引擎停機后通過發(fā)電機反向驅動轉子到合適的“停機位置”，以保證進氣道的隔絕，防止燃油、機油和尾氣進入進氣道當中。
如果這項技術能夠成功應用，那么轉子引擎在高轉速工況，油氣混合氣體來不及完全燃燒，被排出缸外的現象或許可以得到有效避免。如果排放和油耗能得到有效優(yōu)化，那轉子引擎將是具有真正運動性的REV增程電動車的最佳選擇——沒有之一……
早之前奧迪的一款增程式電動車型A1 e-tron也曾使用一臺排量為0.254L的轉子引擎，其動力系統(tǒng)布局和馬自達的方式類似。也是轉子引擎的增程器在后備箱位置，電池和一個12L的油箱放置在底盤中后部，電動機位于前引擎艙內。而奧迪之所以選擇轉子引擎做增程器的理由，主要也是看重了轉子引擎體積小、升功率高等特點。
其實，如果轉子引擎僅僅作為一臺增程器為電池組供電的話，在工況可以控制在相對單一的范圍內，針對轉子引擎排放、可靠性等方面的優(yōu)化工作可以更好的進行。所以，對于馬自達e-TPV這款增程式電動車型我們或許真的可以期待一下。
