轉子式發(fā)動機詳解

1、轉子式發(fā)動機詳解    現(xiàn)代的轉子發(fā)動機由繭形殼體（一個三角形轉子被安置在其中)組成。轉子和殼體壁之間的空間作為內部燃燒室，通過氣體膨脹的壓力驅動轉子旋轉。和普通內燃機一樣，轉子發(fā)動機必須在其工作室中相繼形成進氣、壓縮、燃燒和排氣四個工作過程。如果將三角形的轉子放置在圓形殼體的中心部，工作室將不會隨著殼體內部轉子的旋轉而在體積上發(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子的中部，不會產生旋轉。這就是為什么殼體的內側圓周被設計成旋輪線外形并和安裝在偏心軸上的轉子組裝在一起的原因。因此，每轉一圈，工作室的體積變化兩次，從而實現(xiàn)內燃機的

2、四個工作過程。 轉子和殼體壁之間的空間作為內部燃燒室，通過氣體膨脹的壓力驅動轉子旋轉。和普通內燃機一樣，轉子發(fā)動機必須在其工作室中相繼形成四個工作過程。如果將三角形的轉子放置在圓形殼體的中心部，工作室將不會隨著殼體內部轉子的旋轉而在體積上發(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子的中部，不會產生旋轉。這就是為什么殼體的內側圓周被設計成旋輪線外形并和安裝在偏心軸上的轉子組裝在一起的原因。因此，每轉一圈，工作室的體積變化兩次，從而實現(xiàn)內燃機的四個工作過程。圖1圖2黃色：新鮮氣；紅色：壓縮、點火；灰色：廢氣馬自達的轉子式發(fā)動機體積小重量輕： 轉子發(fā)動機有幾個優(yōu)點，其中最重要

3、的一點是減小了體積和減輕了重量。在運行安靜性和平穩(wěn)性兩方面，雙轉子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，轉子式發(fā)動機的設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。 精簡結構： 由于轉子發(fā)動機將空燃混合氣燃燒產生的膨脹壓力直接轉化為三角形轉子和偏心軸的轉動力，所以不需要設置連桿，進氣口和排氣口依靠轉子本身的運動來打開和關閉；不再需要配氣機構，包括正時齒帶、凸輪軸、搖臂、氣門、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，轉子發(fā)動機組成所需要

4、的部件大幅度減少。 均勻的扭矩特性： 根據研究結果，轉子發(fā)動機在整個速度范圍內有相當均勻的扭矩曲線，即使是在兩轉子的設計中，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，三轉子的布置則要小于V型八缸往復式發(fā)動機。 運行更安靜，噪音更?。?對于往復式發(fā)動機，活塞運動本身就是一個振動源，同時氣門機構也會產生令人討厭的機械噪音。轉子發(fā)動機平穩(wěn)的轉動運動產生的振動相當小，而且沒有氣門機構，因此能夠更平穩(wěn)和更安靜的運行。 可靠性和耐久性： 如前所述，轉子的轉速是發(fā)動機轉速的三分之一。因此，在轉子發(fā)動機以9000 rpm的轉速運轉時，轉子的轉速約為該轉速的三分之一。另外，由于轉子發(fā)動機沒有那些高

5、轉速運動部件，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。 與傳統(tǒng)往復式發(fā)動機的比較    往復式發(fā)動機和轉子發(fā)動機都依靠空燃混合氣燃燒產生的膨脹壓力以獲得轉動力。兩種發(fā)動機的機構差異在于使用膨脹壓力的方式。在往復式發(fā)動機中，產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，帶動曲軸轉動。對于轉子發(fā)動機，膨脹壓力作用在轉子的側面。從而將三角形轉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、轉動的切線力（Ft）。殼體的內部空間（或旋輪線室）總是被分成三個工作室。在轉子的運動過程中，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進行的。    轉子發(fā)動機的排氣量通常用單位工作室容積和轉子的數(shù)量來表示。例如，對于型號為13B的雙轉子發(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

7、積的比值。往復式發(fā)動機上也使用同樣的定義。如圖中所示，轉子發(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動角度：往復式發(fā)動機轉動180度，而轉子發(fā)動機轉動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兩圈（720度）；而在轉子發(fā)動機中，偏心軸轉三圈（1080度），轉子轉一圈。這樣，轉子發(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，從而使運轉平穩(wěn)流暢。     此外，即使在高速運轉中，轉子的轉速

8、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)的運行提供了便利。轉子發(fā)動機的潛力    新型試驗發(fā)動機RENESIS是馬自達為新千年設計的一款轉子發(fā)動機，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、燃油經濟性和排放三個領域具有顯著的優(yōu)越性。    RENESIS發(fā)動機在性能方面的特點：    (1)新的氣口形狀    RENESIS采用側置排氣口，

9、取消了氣口開啟重疊角，并能夠優(yōu)化氣口形狀，進氣口提前開啟，在接近上死點時開啟。    (2)擴大氣口面積    當進氣口開始打開時，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)采用重量輕的轉子    RENESIS使用的轉子輕了14，發(fā)動機的轉速達到了10000rpm。    (4)具有較高的壓縮比    RENESIS發(fā)

10、動機在燃油經濟性方面的特點：    (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    轉子發(fā)動機獨特的燃燒特性要求在高

11、速范圍內比往復式發(fā)動機有較稀的混合氣。    RENESIS發(fā)動機在排放方面的特點：    (1)減少了HC的排放    RENESIS采用了排氣口側向布置，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裝備的轉子發(fā)動機轉子轉子有三個弧形表面，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，在轉子的每邊都有金屬環(huán)來保證側面的密封。在轉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。這個齒輪決定了轉子的運動軌跡和方向。 進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子相配合，作用類似于活塞式發(fā)動機中的曲軸。當轉子旋轉時，帶動有圓形突出物的輸出軸旋轉，在軸上產生扭矩。 最外的兩端包含著密封圈和輸出軸軸承，和裝著轉子

13、的缸體間也是保持密封的。這些部件的內表非常光滑，以保證密封工作良好。每塊上有一個進氣口。接下來的就是橢圓形的缸體了，上面有一個排氣口。最中間的有兩個進氣口，分別對應兩個轉子，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)動機相比，轉子發(fā)動機有著更少的活動部件。一個雙轉子發(fā)動機只有以下3個主要活動部件：兩個轉子，一個輸出軸。而一個最簡單的4缸活塞式發(fā)動機擁有至少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子發(fā)動機的可靠性較好，這也是一些飛機制造廠青睞轉子發(fā)動機的原因。 平順性好 轉子發(fā)動機中的所有活動部件都是朝同一個方

14、向連續(xù)運動的，相對于活塞式發(fā)動機來說，有這更好的平順性。每個燃燒過程大概持續(xù)轉子旋轉的90度左右，轉子旋轉1周，輸出軸旋轉3周，每個燃燒過程相當于輸出軸旋轉了270度，這就意味著一個單轉子發(fā)動機在輸出軸轉動3/4周的時間內一直傳遞著動力。而單缸的活塞式發(fā)動機，在兩周的時間里，只有180度的時間里是傳遞動力的，相當于曲軸轉動的1/4的時間里傳遞動力。這個更容易讓大家看懂詳細工作圖進氣壓縮點火作功排氣轉子發(fā)動機的誕生    轉子發(fā)動機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)動機一個半渦輪半往復式的發(fā)動機。第二天當他夢醒時，他堅信這個夢是一款新型汽油發(fā)動機誕生的先兆。當時他對內燃機的了解幾乎是一片空白，但敏銳的洞察力和強烈的求知欲敦促他在轉子發(fā)動機的研究領域中不斷耕耘。1924年，年僅22歲的汪克爾建立了一個研究轉子發(fā)動機的小型試驗室，開始了研究轉子發(fā)動機的漫漫征程。二戰(zhàn)期間他在德國航空部和國內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，一旦轉子發(fā)動機被開發(fā)成功，它將推動德國工業(yè)獲得長足進步。    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系。NSU公司將已開發(fā)成功的轉子壓縮機應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級別的世界紀錄，速度達到了1925kmh。1957年汪克爾和NSU公司聯(lián)袂完成了DKM型轉子發(fā)動機的原型設計，自此在發(fā)動機領域中又升起了一顆耀眼的新星轉子發(fā)動機。然而轉子發(fā)動機的研究并不是一帆風順的，由于DKM型轉于發(fā)動機的結構相當復雜，使得它并不實用。一年后的1958年，更為實用的KKM型轉子發(fā)動機被推出。盡管它的冷卻系統(tǒng)很復雜，但是這種轉子發(fā)動機是目前汪克爾型轉子發(fā)動機的原型。 轉子發(fā)動機的發(fā)展  

17、  1959年11月，NSU公司向官方宣布，汪克兒型轉子發(fā)動機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合作意向。當時馬自達公司的總裁松田恒次(Tsuneji Matsuda)先生高瞻遠矚，立刻意識到轉子發(fā)動機的巨大潛力，親自與NSU公司進行協(xié)商，并于1961年7月雙方簽定了正式合同。隨后馬自達公司的第一個技術研究小組馬不停蹄地前往NSU公司，并獲得了400cc單轉子發(fā)動機原型及相關草圖。單轉子發(fā)動機在高速狀態(tài)下能夠平順運轉，但低速狀態(tài)下工作極不穩(wěn)定，常導致波動和轉矩不足，這實際上是由單轉子發(fā)動機的基本特性決定的。于是19

18、61年11月，馬自達測試了NSU公司的單轉子發(fā)動機后，克服了重重困難，成功地開發(fā)了雙轉子發(fā)動機，其轉矩波動達到了六缸四行程往復活塞式發(fā)動機的水平，進一步改善了旋轉平順性。隨后馬自達公司又設計了三個轉子和四個轉子的發(fā)動機。    由于轉子發(fā)動機具有緊湊、重量輕、性能卓越的顯著優(yōu)越性，當時世界上各大汽車公司的頂尖研究人員紛紛投入到轉子發(fā)動機的開發(fā)研究中，但是最后均以失敗告終，而馬自達公司卻成功地將這一獨具匠心的設計概念商業(yè)化，這使馬自達成為家喻戶曉的品牌。1967年5月30日。馬自達開始銷售世界上第一臺裝有雙轉子發(fā)動機的汽車cosmo Sport。大批量生產后，馬自達公司又將它擴展到其他轎車上。1970年，馬自達將轉子發(fā)動機出口到美國。當時美國政府正積極準備推出它的Muskie法案一世界