轉子�(fā)動機(Wankel Engine、Rotary Engine)是由德國人菲加士·汪克爾(Felix Wankel�1902-1988)所�(fā)�,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�,研制成功了臺轉子發(fā)動機。轉子發(fā)動機采用三角轉子旋轉運動來控制壓縮和排放,與傳統(tǒng)的往復活塞式�(fā)動機的直線運動迥然不��
轉子�(fā)動機與傳�(tǒng)往復式�(fā)動機的比較:往復式�(fā)動機和轉子發(fā)動機都依靠空氣燃料混合氣燃燒產生的膨脹壓力以獲得轉動�。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�(fā)動機�,產生在活塞頂部表面的膨脹壓力向下推動活�,機械力被傳給連桿,帶動曲軸轉動。轉子發(fā)動機,對于轉子發(fā)動機,膨脹壓力作用在轉子的側�。從而將三角形轉子的三個面之一推向偏心軸的中心。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的向心�,另一個是使輸出軸轉動的切線力(Ft��
我們日常經常看到的為活塞往復運動形式的�(fā)動機,即活塞在汽缸內作往復的直線運動,通過曲軸把活塞的直線運動轉化為曲軸的旋轉,�轉子�(fā)動機沒有這個轉化過�,它是通過活塞在汽缸內的旋轉來帶動�(fā)動機主軸(即普通發(fā)動的曲軸,因為不是彎曲的故不再叫曲軸)旋轉�,故兩者有著很大的區(qū)��
�(fā)動機通過燃燒油氣混合氣來推動活塞作往復運動帶動曲軸旋�,活塞頂面距曲軸中心線最遠的位置稱為上止點(TDC---Top Dead Center�,活塞頂面距曲軸中心線最近的位置稱為下止點(BDC---Bottom Dead Center�.以沖
程汽油發(fā)動機為例,如下圖�
a進氣沖程:活塞從上止點運動到下止點的過程叫進氣沖程(曲軸旋轉角�0~180°�,該沖程進氣門打開,排氣門關閉,氣室與大氣相�,通過大氣壓力使油氣混合氣進入,進氣終了汽缸內壓力約�0.075~0.09MPa�
b壓縮沖程:活塞從下止點運動到上止點的過程叫壓縮沖程(曲軸旋轉角度180°~360°�,該沖程進排氣門全關�,氣室內的油氣混合氣壓力逐漸升高,壓縮沖程終了氣室內壓力約為0.6~1.2MPa�
c作功沖程:活塞從上止點運動到下止點的過程叫作功沖程(曲軸旋轉角度360°~540°�,該沖程進排氣門全關�,活塞在上止點位置時火花塞跳火點燃油氣混合氣使氣缸內的壓力急劇升高(可達到3~5MPa),推動活塞作向曲軸的運�,壓力逐漸下降,作功沖程終了氣室內壓力約為0.3~0.5MPa�
d排氣沖程:活塞從下止點運動到上止點的過程叫排氣沖程(曲軸旋轉角度540°~720°�,該沖程進氣門關閉,排氣門打開,活塞向上運動推動燃燒后的廢氣排出氣�,該沖程終了氣室內的氣壓約為0.105~0.115MPa。該沖程的結束也標志這發(fā)動機一個工作循�(huán)的結��
下圖為轉子發(fā)動機與往復式�(fā)動機各沖程的比較(圖中兩個氣孔左側為進氣,右側為排氣�,該轉子發(fā)動機與往復式四沖程發(fā)動機工循�(huán)相同,即由進氣、壓�、作�、排氣四個沖程構�,圖中由三角轉子的一個弧面BC與氣缸型面之間形成的工作腔(BC工作腔)為例,說明轉子發(fā)動機的四沖程工作原理�
進氣沖程:當三角轉子的角頂C轉到進氣孔右邊的邊緣�,BC工作腔開始進氣,在位置a,進排氣孔相�,進排氣重疊。這是BC工作腔的容積最�,相當于往復式�(fā)動機的上止點位置。隨著轉子繼�(xù)轉動,BC工作腔的容積逐漸增大,可燃混合氣不斷被吸入氣�。當轉子自轉90°(主軸轉270°,轉子發(fā)動機中轉子與主軸轉速比�1�3,通過相互嚙合齒輪確定)到達位置b時,BC工作腔的容積達到,相當于往復式�(fā)動機的下止點位置,進氣沖程結束�
壓縮沖程:隨著三角轉子的繼續(xù)轉動,角頂B越過進氣孔的左側邊緣,壓縮沖程開�,BC工作腔的容積逐漸縮小,壓力越來越�,到達位置c�,轉子自�180°(主軸旋�540°�,BC工作腔容積達到最�,相當于往復式�(fā)動機的上止點位置,壓縮沖程結��
作功沖程:在壓縮沖程終了,火花塞跳火,高溫高壓的氣體推動三角活塞繼續(xù)轉動,BC工作腔的容積逐漸增大,當角頂C達到排氣孔右側邊緣,在位置d,轉子自�270°(主軸旋�810°�,BC工作腔的容積達到,相當于往復式�(fā)動機的下止點位置,作功沖程結��
排氣沖程:三角轉子角頂C轉過排氣孔右側位置時,排氣沖程開始,最終三角轉子回到位置a,排氣沖程結�,轉子自�360°(主軸轉三周�,一個工作循�(huán)結束。同時,CA工作�、AB工作腔也分別完成一個工作循�(huán)�
� 往復式�(fā)動機� �(yōu)點: 1. 制造技術成熟,誕生已經�120多年,各種技術不斷完善,是世界上應用最廣的內燃�,保�(yǎng)維修成本低� 2. 工作可靠,良好的氣密性和功率傳遞可靠�� 3. 良好的燃油經濟性� 缺點� 1. 結構復雜,體積大、重量大� 2. 曲柄連桿機構中活塞的往復運動引起的往復慣性力和慣性力矩不能得到完全平�,這個慣性力大小與轉速平方成正比,使�(fā)動機運轉平順性下�,限制發(fā)展高轉速發(fā)動機� 3. 由于四沖程往復式活塞�(fā)動機的工作方式為四個沖程中有三個沖程完全依靠飛輪慣性旋�,導致發(fā)動機的功�、扭矩輸出非常的不均�,盡管現(xiàn)代發(fā)動機采用了多缸和V型排列來減小這個缺�,但是不可能完全消除� � 轉子�(fā)動機� �(yōu)點: 1. 體積�、重量輕,便于降低車輛重�。由于轉子發(fā)動機沒有曲柄連桿機構,所以大大減小了�(fā)動機高度,同時降低了車輛重心� 2. 結構簡單。相比較于往復式活塞�(fā)動機,轉子發(fā)動機減少了曲柄連桿機構,導致了�(fā)動機機構大為簡化,零件減少� 3. 均勻的扭矩特�。由于轉子發(fā)動機一個氣缸同時有三個工作腔處于工作狀�(tài),所以扭矩輸出比較于往復式活塞�(fā)動機更加均勻� 4. 利于�(fā)展高速發(fā)動機,由于活塞轉子與主軸轉速比�1�3,故不需很高的活塞轉速即可實�(xiàn)�(fā)動機的高轉�� 缺點� 1. 油耗高,尾氣排放難達標。因其每個氣缸有三個工作腔,活塞轉子每旋轉一周相當于有三個作功沖程,�3000rpm和往復式活塞�(fā)動機作對�,往復式活塞�(fā)動機噴油750�/分,轉子�(fā)動機相當于轉速為1000rpm,但是需要噴�3000�/�,可見轉子發(fā)動機油耗明顯高于往復式活塞�(fā)動機,同時轉子發(fā)動機的燃燒室形狀不利于可燃混合氣的充分燃�,火�?zhèn)鞑ヂ窂介L,燃油機油消耗量大,同時導致廢氣中污染物含量較高� 2. �(fā)動機的結構導致只能采取點燃式而不能采用壓燃式,即只能用汽油作為燃料而不能用柴油� 3. 由于轉子�(fā)動機采用偏心�,導致發(fā)動機振動較大� 4. 功率輸出軸(主軸)位置高,不利于整車布置�
一般發(fā)動機是往復運動式�(fā)動機,工作時活塞在氣缸里做往復直線運�,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�。轉子發(fā)動機則不�,它直接將可燃氣的燃燒膨脹力轉化為驅動扭�。與往復式�(fā)動機相比,轉子發(fā)動機取消了無用的直線運動,因而同樣功率的轉子�(fā)動機尺寸較小,重量較�,而且振動和噪聲較低,具有較大�(yōu)��
殼體的內部空間(或旋輪線室)總是被分成三個工作室?!≡谵D子的運動過程�,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�。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�(fā)動機。往復式�(fā)動機的四個過程都是在一個汽缸內進行��
轉子�(fā)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�,對于型號為13B的雙轉子�(fā)動機,排量為"654cc × 2"�
單位工作室容積指工作室容積和最小容積之間的差�;而壓縮比是容積和最小容積的比�。往復式�(fā)動機上也使用同樣的定��
轉子�(fā)動機工作容積的變�,以及與四循�(huán)往復式�(fā)動機的比�。盡管在這兩種發(fā)動機�,工作室容積都成波浪形穩(wěn)定變�,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�(fā)動機轉動180�,而轉子發(fā)動機轉動270�,是往復式�(fā)動機�1.5倍。換句話�,在往復式�(fā)動機�,曲軸(輸出軸)在四個工作過程中轉兩圈(720度); 而在轉子�(fā)動機�,偏心軸轉三圈(1080度),轉子轉一�。這樣,轉子發(fā)動機就能獲得較長的過程時�,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,轉子的轉速也相當緩慢,從而有更寬松的進氣和排氣時�,為那些能夠獲得較高的動力性能的系�(tǒng)的運行提供了便利�
菲加士·汪克爾�1902年出生在德國�1921年到1926年受雇于海德堡一家科技出版社的銷售��1924年,汪克爾在海德堡建立了自己的公�,他花了大量的時間在那里進行轉子�(fā)動機的研��1927�,諸如氣密性和潤滑等的一系列技術問題的攻克終于有了眉目。二�(zhàn)期間,汪克爾曾為德國空軍部服��
1951年,菲加士·汪克爾與德國NSU公司簽訂了關于合作開�(fā)轉子�(fā)動機的合��1954�4�13�,NSU公司研制成功臺轉子發(fā)動機,并�1958年對這種�(fā)動機展開一系列測試�1960年,汪克爾轉子發(fā)動機在德國工程師�(xié)會的一次討論會上作首次公眾討論。三年后,NSU公司在法蘭克福車展上展出了裝備汪克爾轉子�(fā)動機的新車型�1964�,NSU公司和雪鐵龍在日內瓦組建合資企業(yè)COMOBIL公司,首次把轉子�(fā)動機裝在轎車上成為正式產��1967�,日本東洋工�(yè)公司也將轉子�(fā)動機裝在馬自達轎車上開始成批生產。當時業(yè)內人士認為這種�(fā)動機的結構緊湊輕�,運轉寧靜暢�,也許會取替?zhèn)鹘y(tǒng)的活塞式�(fā)動機�
一向對新技術情有獨鐘的馬自達公司投巨資從汪克爾公司買下了這項技�。由于這是一項高新技�,懂得這項技術的人寥寥無幾,�(fā)動機壞了無人會修,而且耗油�,汽車界有人對這種�(fā)動機的市場前景產生了懷疑�70年代石油危機爆發(fā),各國忙于應付各方面的困難而無暇顧及發(fā)展轉子發(fā)動機,唯有馬自達公司仍然深信轉子�(fā)動機的潛力,獨自研究和生產轉子發(fā)動機,并為此付出了相當大的代價。他們逐步克服了轉子發(fā)動機的缺�,成功地由試驗性生產過渡到商業(yè)性生�,并將安裝了轉子�(fā)動機的RX-7型跑車打入了美國市場,令人刮目相��
在世界環(huán)保意識日益強�,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�。當年馬自達堅持下來的轉子發(fā)動機從結構上講是最適合燃燒氫氣,而且最“干凈�,因為氫燃燒完后排出的是水蒸�,對�(huán)境沒有任何污�。馬自達公司改制了RX-7型跑車的轉子�(fā)動機,使它可以用氫做燃料。這種�(fā)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�60公里的車速可行駛230公里,引起了各界人士的關�。由于從生產裝配到維護修�,轉子發(fā)動機都與傳統(tǒng)的發(fā)動機大不一�,開�(fā)成本大。加上往復式活塞�(fā)動機在功�、重�、排�、能耗等方面都比過去有了顯著提高,加上各大汽車企�(yè)對往復式活塞�(fā)動機技術研究的成熟,而對轉子�(fā)動機技術的生疏,轉子發(fā)動機沒有顯出明顯的優(yōu)勢,因此各大汽車企業(yè)都沒有積極性去開發(fā)利用,唯有馬自達一��
維庫電子通,電子知識,一查百��
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