轉(zhuǎn)子式發(fā)動機(jī)詳解

1、轉(zhuǎn)子式發(fā)動機(jī)詳解    現(xiàn)代的轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)由繭形殼體（一個三角形轉(zhuǎn)子被安置在其中)組成。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(jī)一樣，轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)必須在其工作室中相繼形成進(jìn)氣、壓縮、燃燒和排氣四個工作過程。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(jī)的

2、四個工作過程。 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(jī)一樣，轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)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(jī)的四個工作過程。圖1圖2黃色：新鮮氣；紅色：壓縮、點火；灰色：廢氣馬自達(dá)的轉(zhuǎn)子式發(fā)動機(jī)體積小重量輕： 轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)有幾個優(yōu)點，其中最重要

3、的一點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)動機(jī)。在保證相同的輸出功率水平前提下，轉(zhuǎn)子式發(fā)動機(jī)的設(shè)計重量是往復(fù)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(xué)、重量分布和空間利用等方面的要求越來越嚴(yán)格。 精簡結(jié)構(gòu)： 由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機(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)動來打開和關(guān)閉；不再需要配氣機(jī)構(gòu)，包括正時齒帶、凸輪軸、搖臂、氣門、氣門彈簧等，而這在往復(fù)式發(fā)動機(jī)中是必不可少的一部分。綜上所述，轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)組成所需要

4、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(jī)在整個速度范圍內(nèi)有相當(dāng)均勻的扭矩曲線，即使是在兩轉(zhuǎn)子的設(shè)計中，運(yùn)行中的扭矩波動也與直列六缸往復(fù)式發(fā)動機(jī)具有相同的水平，三轉(zhuǎn)子的布置則要小于V型八缸往復(fù)式發(fā)動機(jī)。 運(yùn)行更安靜，噪音更?。?對于往復(fù)式發(fā)動機(jī)，活塞運(yùn)動本身就是一個振動源，同時氣門機(jī)構(gòu)也會產(chǎn)生令人討厭的機(jī)械噪音。轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動運(yùn)動產(chǎn)生的振動相當(dāng)小，而且沒有氣門機(jī)構(gòu)，因此能夠更平穩(wěn)和更安靜的運(yùn)行。 可靠性和耐久性： 如前所述，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的三分之一。因此，在轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)以9000 rpm的轉(zhuǎn)速運(yùn)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(jī)沒有那些高

5、轉(zhuǎn)速運(yùn)動部件，如搖臂和連桿，所以在高負(fù)荷運(yùn)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。 與傳統(tǒng)往復(fù)式發(fā)動機(jī)的比較    往復(fù)式發(fā)動機(jī)和轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)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(jī)的機(jī)構(gòu)差異在于使用膨脹壓力的方式。在往復(fù)式發(fā)動機(jī)中，產(chǎn)生在活塞頂部表面的膨脹壓力向下推動活塞，機(jī)械力被傳給連桿，帶動曲軸轉(zhuǎn)動。對于轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，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(yùn)動在兩個分力的力作用下進(jìn)行。一個是指向輸出軸中心（見圖中的Pb）的向心力，另一個是使輸出軸

6、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(yùn)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(jìn)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(jìn)行，這明顯區(qū)別于往復(fù)式發(fā)動機(jī)。往復(fù)式發(fā)動機(jī)的四個過程都是在一個汽缸內(nèi)進(jìn)行的。    轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)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(jī)，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

7、積的比值。往復(fù)式發(fā)動機(jī)上也使用同樣的定義。如圖中所示，轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)工作容積的變化，以及與四循環(huán)往復(fù)式發(fā)動機(jī)的比較。盡管在這兩種發(fā)動機(jī)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(fù)式發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動180度，而轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動270度，是往復(fù)式發(fā)動機(jī)的1.5倍。換句話說，在往復(fù)式發(fā)動機(jī)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(jī)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(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)流暢。     此外，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速

8、也相當(dāng)緩慢，從而有更寬松的進(jìn)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(yùn)行提供了便利。轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的潛力    新型試驗發(fā)動機(jī)RENESIS是馬自達(dá)為新千年設(shè)計的一款轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，它在第33屆東京汽車展上為RXEVOLV概念車提供動力，充分體現(xiàn)了其可挖掘的巨大潛力。實踐證明它在性能、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放三個領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)越性。    RENESIS發(fā)動機(jī)在性能方面的特點：    (1)新的氣口形狀    RENESIS采用側(cè)置排氣口，

9、取消了氣口開啟重疊角，并能夠優(yōu)化氣口形狀，進(jìn)氣口提前開啟，在接近上死點時開啟。    (2)擴(kuò)大氣口面積    當(dāng)進(jìn)氣口開始打開時，氣口面積增加了30，排氣口面積幾乎增加了兩倍，改善了氣體流動特性。    (3)采用重量輕的轉(zhuǎn)子    RENESIS使用的轉(zhuǎn)子輕了14，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到了10000rpm。    (4)具有較高的壓縮比    RENESIS發(fā)

10、動機(jī)在燃油經(jīng)濟(jì)性方面的特點：    (1)取消氣口開啟重疊角    改善后的排氣口形狀取消了氣口重疊角，而且排氣口開啟延遲，增加了動力行程：同時由于沒有廢氣混入新鮮充氣中，改善了發(fā)動機(jī)的熱效率。    (2)良好的燃油噴射    RENESIS上裝有小巧的燃油噴射器以改善燃油噴射。    (3)高速狀態(tài)下有稀薄的混合氣    轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)獨(dú)特的燃燒特性要求在高

11、速范圍內(nèi)比往復(fù)式發(fā)動機(jī)有較稀的混合氣。    RENESIS發(fā)動機(jī)在排放方面的特點：    (1)減少了HC的排放    RENESIS采用了排氣口側(cè)向布置，HC不再從排氣口排出，而是在接下來的循環(huán)中被燃燒掉。    (2)改善了催化系統(tǒng)    RENESIS采用雙層排氣歧管使排氣保持高溫以改善催化活性。 MAZDA RX-7裝備的轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子有三個弧形表面，每個表面就像是一個活塞。每個表面

12、上都有一個空腔，用來增大排量，更大程度的混合汽油和空氣。在每兩個表面的連接處都有一金屬長條來保證燃燒室間的密封，同樣，在轉(zhuǎn)子的每邊都有金屬環(huán)來保證側(cè)面的密封。在轉(zhuǎn)子的中間有一副齒牙，齒牙和固定在缸體中間的齒輪緊密嚙合。這個齒輪決定了轉(zhuǎn)子的運(yùn)動軌跡和方向。 進(jìn)氣和排氣口是直接鑄于缸體上，上面沒有閥門，直接和外面相連注意中間特殊的圓形突出物 輸出軸的形狀是比較特殊的，上面的圓形突出物的中心線并不在軸的中心線上，而是有一個偏移量。每個圓形突出物和一個轉(zhuǎn)子相配合，作用類似于活塞式發(fā)動機(jī)中的曲軸。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，帶動有圓形突出物的輸出軸旋轉(zhuǎn)，在軸上產(chǎn)生扭矩。 最外的兩端包含著密封圈和輸出軸軸承，和裝著轉(zhuǎn)子

13、的缸體間也是保持密封的。這些部件的內(nèi)表非常光滑，以保證密封工作良好。每塊上有一個進(jìn)氣口。接下來的就是橢圓形的缸體了，上面有一個排氣口。最中間的有兩個進(jìn)氣口，分別對應(yīng)兩個轉(zhuǎn)子，并把它們對立開來，它的外表面是非常光滑的更少的活動部件 和活塞式發(fā)動機(jī)相比，轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)有著更少的活動部件。一個雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)只有以下3個主要活動部件：兩個轉(zhuǎn)子，一個輸出軸。而一個最簡單的4缸活塞式發(fā)動機(jī)擁有至少40個活動部件，包括：活塞、活塞連桿、凸輪軸、閥門，彈簧、正時皮帶和曲軸等。因此，更少的活動部件使得轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的可靠性較好，這也是一些飛機(jī)制造廠青睞轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的原因。 平順性好 轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)中的所有活動部件都是朝同一個方

14、向連續(xù)運(yùn)動的，相對于活塞式發(fā)動機(jī)來說，有這更好的平順性。每個燃燒過程大概持續(xù)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的90度左右，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)1周，輸出軸旋轉(zhuǎn)3周，每個燃燒過程相當(dāng)于輸出軸旋轉(zhuǎn)了270度，這就意味著一個單轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)在輸出軸轉(zhuǎn)動3/4周的時間內(nèi)一直傳遞著動力。而單缸的活塞式發(fā)動機(jī)，在兩周的時間里，只有180度的時間里是傳遞動力的，相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)動的1/4的時間里傳遞動力。這個更容易讓大家看懂詳細(xì)工作圖進(jìn)氣壓縮點火作功排氣轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的誕生    轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)源于一位名叫菲利克斯·汪克爾(Felix Wankel)的十七歲德國男孩兒的夢。1919年他做了一個神奇的夢，在夢中

15、他乘坐自己手工制作的汽車去參加音樂會，他甚至對他的朋友夸口，他發(fā)明了一款新型發(fā)動機(jī)一個半渦輪半往復(fù)式的發(fā)動機(jī)。第二天當(dāng)他夢醒時，他堅信這個夢是一款新型汽油發(fā)動機(jī)誕生的先兆。當(dāng)時他對內(nèi)燃機(jī)的了解幾乎是一片空白，但敏銳的洞察力和強(qiáng)烈的求知欲敦促他在轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的研究領(lǐng)域中不斷耕耘。1924年，年僅22歲的汪克爾建立了一個研究轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的小型試驗室，開始了研究轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的漫漫征程。二戰(zhàn)期間他在德國航空部和國內(nèi)一些大公司的支持下繼續(xù)他的研究，因為他們所有人都相信，一旦轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)被開發(fā)成功，它將推動德國工業(yè)獲得長足進(jìn)步。    二戰(zhàn)后，一個德國著名的摩托車制造公司N

16、SU公司對汪克兒的研究顯示出濃厚的興趣，并與之建立了合作伙伴關(guān)系。NSU公司將已開發(fā)成功的轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)應(yīng)用到汪克爾型增壓器中。使用了這種增壓器后，NSU摩托車刷新了一項50cc級別的世界紀(jì)錄，速度達(dá)到了1925kmh。1957年汪克爾和NSU公司聯(lián)袂完成了DKM型轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的原型設(shè)計，自此在發(fā)動機(jī)領(lǐng)域中又升起了一顆耀眼的新星轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)。然而轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的研究并不是一帆風(fēng)順的，由于DKM型轉(zhuǎn)于發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，使得它并不實用。一年后的1958年，更為實用的KKM型轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)被推出。盡管它的冷卻系統(tǒng)很復(fù)雜，但是這種轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)是目前汪克爾型轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的原型。 轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的發(fā)展  

17、  1959年11月，NSU公司向官方宣布，汪克兒型轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的研究獲得了極大成功。這一消息在世界汽車界激起了千層浪，全世界近100家公司爭先恐后地提出技術(shù)合作意向。當(dāng)時馬自達(dá)公司的總裁松田恒次(Tsuneji Matsuda)先生高瞻遠(yuǎn)矚，立刻意識到轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的巨大潛力，親自與NSU公司進(jìn)行協(xié)商，并于1961年7月雙方簽定了正式合同。隨后馬自達(dá)公司的第一個技術(shù)研究小組馬不停蹄地前往NSU公司，并獲得了400cc單轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)原型及相關(guān)草圖。單轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)在高速狀態(tài)下能夠平順運(yùn)轉(zhuǎn)，但低速狀態(tài)下工作極不穩(wěn)定，常導(dǎo)致波動和轉(zhuǎn)矩不足，這實際上是由單轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的基本特性決定的。于是19

18、61年11月，馬自達(dá)測試了NSU公司的單轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)后，克服了重重困難，成功地開發(fā)了雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，其轉(zhuǎn)矩波動達(dá)到了六缸四行程往復(fù)活塞式發(fā)動機(jī)的水平，進(jìn)一步改善了旋轉(zhuǎn)平順性。隨后馬自達(dá)公司又設(shè)計了三個轉(zhuǎn)子和四個轉(zhuǎn)子的發(fā)動機(jī)。    由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)具有緊湊、重量輕、性能卓越的顯著優(yōu)越性，當(dāng)時世界上各大汽車公司的頂尖研究人員紛紛投入到轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的開發(fā)研究中，但是最后均以失敗告終，而馬自達(dá)公司卻成功地將這一獨(dú)具匠心的設(shè)計概念商業(yè)化，這使馬自達(dá)成為家喻戶曉的品牌。1967年5月30日。馬自達(dá)開始銷售世界上第一臺裝有雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的汽車cosmo Sport。大批量生產(chǎn)后，馬自達(dá)公司又將它擴(kuò)展到其他轎車上。1970年，馬自達(dá)將轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)出口到美國。當(dāng)時美國政府正積極準(zhǔn)備推出它的Muskie法案一世界