工艺技术_转子发动机工作原理

转子发动机工作原理我们都知道，一般车辆使用的是4行程活塞发动机，要上下各两次才能完成一次循环，所以被称为4行程发动机。而转子发动机并没有活塞，只有一颗三角弧形的转子。当然也没有气缸壁，只有一个蚕茧形的气室，而转子就是在这蚕茧形的气室内转动。转子在气室内不是规矩的绕着轴心转动，如果转子真的是绕着固定轴心转动，那气室的形状将会是圆形，进气，压缩，爆炸，排气的内燃机四个行程将不存在，所以转子的驱动轴是偏心的，也就因为驱动轴是偏心的，所以转子才能在蚕茧形气室内上下旋转，因此气室才会设计成蚕茧形。气室被三角弧形转子分成了三份，旋转时大小会不断变化，这些变化量就是转子发动机的排气量。这时只要在气室的侧壁上下开孔，下孔就会因转子压缩气室内的空间而变成排气孔，而没有开口的腰部，空气就会被压缩，只要有火花塞点火就可以引爆混合汽油空气产生膨胀，推动转子旋转，而混合燃油的空气则由上空吸入，这样转子发动机就完成了进气，压缩，爆炸，和排气四个行程。因为转子是三角弧形的，所以有三个独立运作的空间，于是转子转一圈就会有三次的动力行程；转子中间还有一个很重要的设计，那就是转子齿与驱动齿的齿比绝对是3：2，所以转子转一圈驱动轴转三圈，这就是转子发动机驱动轴可以轻易达到10000r/min的高转速的原因；而4行程活塞发动机若要达到每一转就有一次动力则需要两气缸，也就是说相同的转速下，一个转子相当于两气缸；四冲程发动机由于每两转完成四个行程，所以动力行程为半圈180度，而转子转一圈驱动轴转了三圈，所以动力行程为3/4圈270度，每次动力行程较四冲程活塞发动机多了50度，再加上同转速下一个转子=两个气缸，就变成动力时间长度相当于3气缸发动机，所以双转子就拥有与六缸发动机等长的动力重叠时间，等于运转平顺度与六缸发动机相同。RX-8所用的新一代改良NA转子引擎叫做“RENESIS”，RENESIS发动机最创新的地方在于排气口，以往转子发动机的排气口都是在气室壁上，往往一些未燃烧尽的油气与少许润滑油就会在此被刮入排气管，造成污染问题。但在RENESIS上，排气口与进气口一样设在前后侧壁上，当场解决掉以往碳氢化合物排放过高的问题，也使得进气与排气完全不重叠，不会有进气漏到排气管的问题；油耗也比上一代转子发动机降低了30%，100km约耗油11公升，废气排放降低了70%，达到欧三标准，提高了90匹的马力。转子引擎是用转子驱动，普通引擎是用活塞罗，这就是区别。自从马自达开始从事完善转子发动机的研发工作，公司就成功利用这种发动机本身所固有的轻量化、结构紧凑和高动力性能的优点，同时逐步克服其耗油和废气排放量大的缺点。在为RX-7开发的13BREW涡轮增压转子发动机上，马自达在转子发动机的发展中，就最大功率而言，达到了它的一个技术高峰。 然而推动马自达转子发动机开发的激情和梦想永无止境。工程师开始努力让这种动力装置更紧凑，并提高它的进气和燃烧效率。这些努力在MSP-RE上达到充分体现，并在1995年东京汽车展中推出的RX-01概念车上安装了这种发动机。自然吸气式MSP-RE 随后作为RX-8的动力总成进行批量生产，并更名为RENESIS，它代表着“The RE （rotary engine)s GENESIS”（ 转子发动机的起源)。 RENESIS转子式发动机，这种自然吸气式转子发动机在8,500 rpm下能够产生184 kW （250 PS)的最大功率（针对日本的高功率车型)，结构紧凑的轻量化车身使RX-8得以采用先进的前中置动力总成布置，和以前的RX-7相比，发动机位置更低更靠后。由于RENESIS具有平稳的性能、紧凑的尺寸和独特的行驶特点，在全新的RX-8推出不久，即在2003年6月被命名为International Engine of the Year（国际年度最佳发动机)。 汪克尔型转子发动机的结构和工作原理 在过去的400年中，许多发明家和工程师一直都想开发一种连续运转的内燃机。人们希望有朝一日往复活塞式内燃机将被优雅的原动力引擎所取代，它的运动轨迹应该非常接近人类伟大的发明之一：轮子。 实际上，在十六世纪末期，在出版物中首次出现“连续运转内燃机”的说法。连杆和曲柄机构的发明人沃特詹姆斯 （1736-1819)，也曾研究转子式内燃机。特别是在过去的150年里，发明者提出了许多关于转子发动机结构的提案。在1846年，人们画出了当今转子发动机工作室的几何结构，设计了使用外旋轮线的第一辆概念发动机。但是，这些概念都没有实用化，直到汪克尔菲加士博士在1957年研制出汪克尔转子发动机。汪克尔博士通过研究和分析各种转子发动机类型的可行性，找到了旋轮线壳体的最佳形状。他对飞机发动机上所用的回转阀以及增压器的气密性密封机构具有深刻的了解，这些机构在其设计中的使用，使汪克尔型转子发动机得以实用化。 现代的转子发动机由茧形壳体（一个三角形转子被安置在其中)组成。转子和壳体壁之间的空间作为内部燃烧室，通过气体膨胀的压力驱动转子旋转。和普通内燃机一样，转子发动机必须在其工作室中相继形成进气、压缩、燃烧和排气四个工作过程。如果将三角形的转子放置在圆形壳体的中心部，工作室将不会随着壳体内部转子的旋转而在体积上发生变化。即使空燃混合气在那里点燃，燃烧气体的膨胀压力也仅作用在转子的中部，不会产生旋转。这就是为什么壳体的内侧圆周被设计成旋轮线外形并和安装在偏心轴上的转子组装在一起的原因。因此，每转一圈，工作室的体积变化两次，从而实现内燃机的四个工作过程。 与传统往复式发动机的比较往复式发动机和转子发动机都依靠空燃混合气燃烧产生的膨胀压力以获得转动力。两种发动机的机构差异在于使用膨胀压力的方式。在往复式发动机中，产生在活塞顶部表面的膨胀压力向下推动活塞，机械力被传给连杆，带动曲轴转动。 对于转子发动机，膨胀压力作用在转子的侧面。从而将三角形转子的三个面之一推向偏心轴的中心。这一运动由两个分开的力作用而成。一个是指向输出轴中心的向心力，另一个是使输出轴转动的切线力（Ft)。壳体的内部空间（或旋轮线室)总是被分成三个工作室。在转子的运动过程中，这三个工作室的容积不停地变动，在摆线形缸体内相继完成进气、压缩、燃烧和排气四个过程。每个过程都是在摆线形缸体中的不同位置进行，这明显区别于往复式发动机。往复式发动机的四个过程都是在一个汽缸内进行的。 转子发动机的排气量通常用单位工作室容积和转子的数量来表示。每个过程的转动角度：往复式发动机转动180度，而转子发动机转动270度，是往复式发动机的1.5倍。换句话说，在往复式发动机中，曲轴（输出轴)在四个工作过程中转两圈（720度)；而在转子发动机中，偏心轴转三圈（1080度)，转子转一圈。这样，转子发动机就能获得较长的过程时间，而且形成较小的扭矩波动，从而使运转平稳流畅。 汪克尔型转子发动机的特点 体积小重量轻： 转子发动机有几个优点，其中最重要的一点是减小了体积和减轻了重量。在运行安静性和平稳性两方面，双转子RE相当于直列六缸往复式发动机。在保证相同的输出功率水平前提下，转子式发动机的设计重量是往复式的三分之二，这个优点对于汽车工程师们有着无比的吸引力。特别是近年来，在防撞性（碰撞安全)、空气动力学、重量分布和空间利用等方面的要求越来越严格。 精简结构： 由于转子发动机将空燃混合气燃烧产生的膨胀压力直接转化为三角形转子和偏心轴的转动力，所以不需要设置连杆，进气口和排气口依靠转子本身的运动来打开和关闭；不再需要配气机构，包括正时齿带、凸轮轴、摇臂、气门、气门弹簧等，而这在往复式发动机中是必不可少的一部分。综上所述，转子发动机组成所需要的部件大幅度减少。 均匀的扭矩特性： 根据研究结果，转子发动机在整个速度范围内有相当均匀的扭矩曲线，即使是在两转子的设计中，运行中的扭矩波动也与直列六缸往复式发动机具有相同的水平，三转子的布置则要小于V型八缸往复式发动机。运行更安静，噪音更小： 对于往复式发动机，活塞运动本身就是一个振动源，同时气门机构也会产生令人讨厌的机械噪音。转子发动机平稳的转动运动产生的振动相当小，而且没有气门机构，因此能够更平稳和更安静的运行。 可靠性和耐久性： 如前所述，转子的转速是发动机转速的三分之一。因此，在转子发动机以9000 rpm的转速运转时，转子的转速约为该转速的三分之一。另外，由于转子发动机没有那些高转速运动部件，如摇臂和连杆，所以在高负荷运动中，更可靠和更耐久。转子发动机工作容积的变化，以及与四循环往复式发动机的比较。尽管在这两种发动机中，工作室容积都成波浪形稳定变化，但二者之间存在着明显的不同。首先是每个过程的转动角度：往复式发动机转动180度，而转子发动机转动270度，是往复式发动机的1.5倍。换句话说，在往复式发动机中，曲轴（输出轴）在四个工作过程中转两圈（720度）；而在转子发动机中，偏心轴转三圈（1080度），转子转一圈。这样，转子发动机就能获得较长的过程时间，而且形成较小的扭矩波动，从而使运转平稳流畅。当转子转1圈时，驱动轴除了被带动的自转外还有公转运动，所以转子转1圈驱动轴不是转1.5圈，而是两倍的3圈。这也讲到转子引擎容易高转速化的优点，例如引擎转速9000rpm时，转子才3000rpm而已，不像活塞引擎在9000rpm时，活塞每分钟上下9000次共18000行程！ 知道转子转速与驱动轴转速的比例后，我们就能比较转子引擎与四行程活塞引擎的相对关系，当转子转1圈的时候驱动轴转3圈，驱动轴转3圈就代表飞轮转了3圈，而转子转一圈有三次动力行程，也就是说飞轮每一转就有一次动力。而四行程活塞引擎要运转两圈才有一次，若要达到每一转就有一次动力则需要两缸，也就是说相同的转速下，一个转子相当于两缸。不过，MAZDA一直对外宣称双转子相当于6缸引擎又是怎么一回事呢？这就要看动力时间了。四行程引擎由于每两转完成四个行程，所以动力行程为半圈180，而转子转一圈驱动轴转了三圈，所以动力行程为3/4圈270，每次动力行程较四行程活塞引擎多了50，再加上同转速下一个转子相当于两缸，就变成动力时间长度相当于3缸引擎，所以双转子就拥有与六缸引擎等长的动力重叠时间，等于运转平顺度同于六缸引擎。但这个270的动力行程也成为转子引擎的致命伤，相对于四行程活塞引擎的180，转子引擎多了1.5倍的燃烧时间，使得平均压力降低了约18.76，说白点就是扭力只有同排气量活塞引擎的81.24。 算到最后可以得知转子引擎的动力相当于1.625倍同排气量的活塞引擎，可是同时间的耗油量却是两倍，注定