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轉子引擎發動機運動特點

基本簡介

轉子發動機(WankelEngine、RotaryEngine)

這種發動機是由德國人菲加士·汪克爾(FelixWankel,1902-1988)所發明,他在總結前人的研究成果的基礎上,解決了一些關鍵技術問題,研製成功了第一台轉子發動機。轉子發動機采用三角轉子旋轉運動來控製壓縮和排放,與傳統的活塞往複式發動機的直線運動迥然不同。

曆史沿革

發明人

菲加士·汪克爾於1902年出生在德國,1921年到1926年受雇於海德堡一家科技出版社的銷售部。1924年,汪克爾在海德堡建立了自己的公司,他花了大量的時間在那裏進行轉子發動機的研製。1927年,諸如氣密性和潤滑等的一係列技術問題的攻克終於有了眉目。二戰期間,汪克爾曾為德國空軍部服務。

完成發明

1951年,菲加士·汪克爾與德國NSU公司簽訂了關於合作開發轉子發動機的合約。1954年4月13日,NSU公司研製成功第一台轉子發動機,並於1958年對這種發動機展開一係列測試。1960年,汪克爾轉子發動機在德國工程師協會的一次討論會上作首次公眾討論。三年後,NSU公司在法蘭克福車展上展出了裝備汪克爾轉子發動機的新車型。1964年,NSU公司和雪鐵龍在日內瓦組建合資企業COMOBIL公司,首次把轉子發動機裝在轎車上成為正式產品。1967年,日本東洋工業公司也將轉子發動機裝在馬自達轎車上開始成批生產。當時業內人士認為這種發動機的結構緊湊輕巧,運轉寧靜暢順,也許會取替傳統的活塞反複式發動機。

初步應用

一向對新技術情有獨鍾的馬自達公司投巨資從汪克爾公司買下了這項技術。由於這是一項高新技術,懂得這項技術的人寥寥無幾,發動機壞了無人會修,而且耗油大,汽車界有人對這種發動機的市場前景產生了懷疑。70年代石油危機爆發,各國忙於應付各方麵的困難而無暇顧及發展轉子發動機,唯有馬自達公司仍然深信轉子發動機的潛力,獨自研究和生產轉子發動機,並為此付出了相當大的代價。他們逐步克服了轉子發動機的缺陷,成功地由試驗性生產過渡到商業性生產,並將安裝了轉子發動機的RX-7型跑車打入了美國市場,令人刮目相看。

前景

在世界環保意識日益強化,石油資源日漸沽竭的今天,以氫氣做動力源的研究已成為一大課題。當年馬自達堅持下來的轉子發動機從結構上講是最適合燃燒氫氣,而且最“幹淨”,因為氫燃燒完後排出的是水蒸汽,對環境沒有任何汙染。馬自達公司改製了RX-7型跑車的轉子發動機,使它可以用氫做燃料。這種發動機裝配在馬自達HR-X汽車上,1立方米的燃料箱吸儲了相當43立方米的壓縮氫氣,以每小時60公裏的車速可行駛230公裏,引起了各界人士的關注。由於從生產裝配到維護修理,轉子發動機都與傳統的發動機大不一樣,開發成本大。加上往複式活塞發動機在功率、重量、排放、能耗等方麵都比過去有了顯著提高,加上各大汽車企業對往複式活塞發動機技術研究的成熟,而對轉子發動機技術的生疏,轉子發動機沒有顯出明顯的優勢,因此各大汽車企業都沒有積極性去開發利用,唯有馬自達一家。

運動特點

轉子發動機的運動特點是:三角轉子的中心繞輸出軸中心公轉的同時,三角轉子本身又繞其中心自轉。在三角轉子轉動時,以三角轉子中心為中心的內齒圈與以輸出軸中心為中心的齒輪齧合,齒輪固定在缸體上不轉動,內齒圈與齒輪的齒數之比為3:2。上述運動關係使得三角轉子頂點的運動軌跡(即汽缸壁的形狀)似“8”字形。三角轉子把汽缸分成三個獨立空間,三個空間各自先後完成進氣、壓縮、做功和排氣,三角轉子自轉一周,發動機點火做功三次。由於以上運動關係,輸出軸的轉速是轉子自轉速度的3倍,這與往複運動式發動機的活塞與曲軸1:1的運動關係完全不同

原理說明

一般發動機是往複運動式發動機,工作時活塞在氣缸裏做往複直線運動,為了把活塞的直線運動轉化為旋轉運動,必須使用曲柄滑塊機構。轉子發動機則不同,它直接將可燃氣的燃燒膨脹力轉化為驅動扭矩。與往複式發動機相比,轉子發動機取消了無用的直線運動,因而同樣功率的轉子發動機尺寸較小,重量較輕,而且振動和噪聲較低,具有較大優勢。

內部結構

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,這明顯區別於往複式發動機。往複式發動機的四個過程都是在一個汽缸內進行的。

轉子發動機的排氣量通常用單位工作室容積和轉子的數量來表示。例如,對於型號為13B的雙轉子發動機,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。往複式發動機上也使用同樣的定義。

轉子發動機工作容積的變化,以及與四循環往複式發動機的比較。盡管在這兩種發動機中,工作室容積都成波浪形穩定變化,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:往複式發動機轉動180度,而轉子發動機轉動270度,是往複式發動機的1.5倍。換句話說,在往複式發動機中,曲軸(輸出軸)在四個工作過程中轉兩圈(720度);而在轉子發動機中,偏心軸轉三圈(1080度),轉子轉一圈。這樣,轉子發動機就能獲得較長的過程時間,而且形成較小的扭矩波動,從而使運轉平穩流暢。

此外,即使在高速運轉中,轉子的轉速也相當緩慢,從而有更寬鬆的進氣和排氣時間,為那些能夠獲得較高的動力性能的係統的運行提供了便利。

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