轉(zhuǎn)子發(fā)動機的工作原理

1、轉(zhuǎn)子發(fā)動機的工作原理在過去的400 年中，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。人們希望有朝一日往復活塞式內(nèi)燃機將被優(yōu)雅的原動力引擎所取代，它的運動軌跡應該非常接近人類偉大的發(fā)明之一：輪子。實際上，在十六世紀末期，在出版物中首次出現(xiàn)“連續(xù)運轉(zhuǎn)內(nèi)燃機”的說法。連桿和曲柄機構(gòu)的發(fā)明人沃特詹姆斯 (1736-1819)，也曾研究轉(zhuǎn)子式內(nèi)燃機。特別是在過去的150 年里， 發(fā)明者提出了許多關(guān)于轉(zhuǎn)子發(fā)動機結(jié)構(gòu)的提案。在1846 年，人們畫出了當今轉(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。但是，這些概念都沒有實用化，直到汪克爾菲加士博士在1957 年研制出汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)

2、動機。汪克爾博士通過研究和分析各種轉(zhuǎn)子發(fā)動機類型的可行性，找到了旋輪線殼體的最佳形狀。他對飛機發(fā)動機上所用的回轉(zhuǎn)閥以及增壓器的氣密性密封機構(gòu)具有深刻的了解，這些機構(gòu)在其設(shè)計中的使用，使汪克爾型轉(zhuǎn)子發(fā)動機得以實用化?，F(xiàn)代的轉(zhuǎn)子發(fā)動機由繭形殼體（一個三角形轉(zhuǎn)子被安置在其中）組成。缸體內(nèi)部空間總是被分成三個工作室，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動這些工作室也在運動。 依次在擺線型缸體內(nèi)的不同位置完成進氣、壓縮、作功（燃燒）和排氣四個過程。轉(zhuǎn)子和殼體壁之間的空間作為內(nèi)部燃燒室，通過氣體膨脹的壓力驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。和普通內(nèi)燃機一樣，轉(zhuǎn)子發(fā)動機必須在其工作室中相繼形成四個工作過程。如果將三角形的轉(zhuǎn)子放置在圓形殼體的中心部， 工作室將

3、不會隨著殼體內(nèi)部轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而在體積上發(fā)生變化。即使空燃混合氣在那里點燃，燃燒氣體的膨脹壓力也僅作用在轉(zhuǎn)子的中部，不會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。這就是為什么殼體的內(nèi)側(cè)圓周被設(shè)計成旋輪線外形并和安裝在偏心軸上的轉(zhuǎn)子組裝在一起的原因。因此，每轉(zhuǎn)一圈，工作室的體積變化兩次，從而實現(xiàn)內(nèi)燃機的四個工作過程。在汪克爾型轉(zhuǎn)子發(fā)動機上，轉(zhuǎn)子的頂點隨著發(fā)動機殼體內(nèi)圓周的橢圓形殼體而運動，同時保持與圍繞在發(fā)動機殼體中心的一個偏心軌道上的輸出軸齒輪的接觸。三角形轉(zhuǎn)子的軌道是用一個相位齒輪機構(gòu)來規(guī)定的。相位齒輪包括安裝在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)的一個內(nèi)齒圈和安裝在偏心軸上的一個外齒輪。如果轉(zhuǎn)子齒輪在其內(nèi)側(cè)有30 個齒，軸齒輪將在其外原周上有20 個齒

4、，由此得到其齒數(shù)比為3:2 。由于這一齒數(shù)比，轉(zhuǎn)子和軸之間的轉(zhuǎn)速比被限定為1:3 。和偏心軸相比，轉(zhuǎn)子有較長的轉(zhuǎn)動周期。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一圈，偏心軸轉(zhuǎn)動三圈。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速為3000 轉(zhuǎn) / 分時，轉(zhuǎn)子的速度只有1000 轉(zhuǎn)/ 分。與傳統(tǒng)往復式發(fā)動機的比較往復式發(fā)動機和轉(zhuǎn)子發(fā)動機都依靠空燃混合氣燃燒產(chǎn)生的膨脹壓力以獲得轉(zhuǎn)動力。兩種發(fā)動機的機構(gòu)差異在于使用膨脹壓力的方式。 在往復式發(fā)動機中，產(chǎn)生在活塞頂部表面的膨脹壓力向下推動活塞，機械力被傳給連桿，帶動曲軸轉(zhuǎn)動。對于轉(zhuǎn)子發(fā)動機，膨脹壓力作用在轉(zhuǎn)子的側(cè)面。從而將三角形轉(zhuǎn)子的三個面之一推向偏心軸的中心（見圖中力pg ）。這一運動在兩個分力的力作用下進行。一個

5、是指向輸出軸中心（見圖中的pb）的向心力，另一個是使輸出軸轉(zhuǎn)動的切線力（ft ）。殼體的內(nèi)部空間（或旋輪線室）總是被分成三個工作室。在轉(zhuǎn)子的運動過程中，這三個工作室的容積不停地變動，在擺線形缸體內(nèi)相繼完成進氣、壓縮、燃燒和排氣四個過程。每個過程都是在擺線形缸體中的不同位置進行，這明顯區(qū)別于往復式發(fā)動機。往復式發(fā)動機的四個過程都是在一個汽缸內(nèi)進行的。轉(zhuǎn)子發(fā)動機的排氣量通常用單位工作室容積和轉(zhuǎn)子的數(shù)量來表示。例如，對于型號為13b 的雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機，排量為 654cc 2。單位工作室容積指工作室最大容積和最小容積之間的差值；而壓縮比是最大容積和最小容積的比值。往復式發(fā)動機上也使用同樣的定義。如圖中所

6、示，轉(zhuǎn)子發(fā)動機工作容積的變化，以及與四循環(huán)往復式發(fā)動機的比較。盡管在這兩種發(fā)動機中，工作室容積都成波浪形穩(wěn)定變化，但二者之間存在著明顯的不同。首先是每個過程的轉(zhuǎn)動角度：往復式發(fā)動機轉(zhuǎn)動180 度，而轉(zhuǎn)子發(fā)動機轉(zhuǎn)動270 度，是往復式發(fā)動機的 1.5 倍。換句話說，在往復式發(fā)動機中，曲軸（輸出軸）在四個工作過程中轉(zhuǎn)兩圈（720 度）；而在轉(zhuǎn)子發(fā)動機中，偏心軸轉(zhuǎn)三圈（ 1080 度），轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈。這樣，轉(zhuǎn)子發(fā)動機就能獲得較長的過程時間，而且形成較小的扭矩波動，從而使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)流暢。此外，即使在高速運轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也相當緩慢，從而有更寬松的進氣和排氣時間，為那些能夠獲得較高的動力性能的系統(tǒng)的運行提供

7、了便利。汪克爾型轉(zhuǎn)子發(fā)動機的特點體積小重量輕：轉(zhuǎn)子發(fā)動機有幾個優(yōu)點，其中最重要的一點是減小了體積和減輕了重量。在運行安靜性和平穩(wěn)性兩方面，雙轉(zhuǎn)子re相當于直列六缸往復式發(fā)動機。在保證相同的輸出功率水平前提下， 轉(zhuǎn)子式發(fā)動機的設(shè)計重量是往復式的三分之二，這個優(yōu)點對于汽車工程師們有著無比的吸引力。特別是近年來，在防撞性（碰撞安全）、空氣動力學、重量分布和空間利用等方面的要求越來越嚴格的情況下。精簡結(jié)構(gòu)：由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機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)動力，所以不需要設(shè)置連桿，進氣口和排氣口依靠轉(zhuǎn)子本身的運動來打開和關(guān)閉；不再需要配氣機構(gòu)，包括正時齒帶、凸輪軸、搖臂、氣門

8、、氣門彈簧等，而這在往復式發(fā)動機中是必不可少的一部分。綜上所述， 轉(zhuǎn)子發(fā)動機組成所需要的部件大幅度減少。均勻的扭矩特性：根據(jù)研究結(jié)果，轉(zhuǎn)子發(fā)動機在整個速度范圍內(nèi)有相當均勻的扭矩曲線，即使是在兩轉(zhuǎn)子的設(shè)計中，運行中的扭矩波動也與直列六缸往復式發(fā)動機具有相同的水平，三轉(zhuǎn)子的布置則要小于型八缸往復式發(fā)動機。運行更安靜，噪音更?。簩τ谕鶑褪桨l(fā)動機，活塞運動本身就是一個振動源，同時氣門機構(gòu)也會產(chǎn)生令人討厭的機械噪音。轉(zhuǎn)子發(fā)動機平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動運動產(chǎn)生的振動相當小，而且沒有氣門機構(gòu)，因此能夠更平穩(wěn)和更安靜的運行?？煽啃院湍途眯裕喝缜八觯D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是發(fā)動機轉(zhuǎn)速的三分之一。因此，在轉(zhuǎn)子發(fā)動機以9000 rpm 的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速約為該轉(zhuǎn)速的三分之一。另外， 由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機沒有那些高轉(zhuǎn)速運動部件，如搖臂和連桿，所以在高負荷運動中，更可靠和更耐久。在 1991 的勒芒汽車賽中的大獲全勝就充分證明了這一點。相對于往復式發(fā)動機的比較，轉(zhuǎn)子發(fā)動機有如下缺點，耗