醉在地撸影院:双转子发动机技术

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转子发动机又称为米勒循环发动机.它采用三角转子旋转运动来控制压缩和排放,与传统的活塞往复式发动机的直线运动迥然不同.这种发动机由德国人菲加士·汪克尔发明,在总结前人的研究成果的基础上,解决了一些关键技术问题,研制成功第一台转子发动机. 
1964年,日内瓦的德法合资企业COMOBIL公司,首次把转子发动机装在轿车上成为正式产品.1967年,日本人也将转子发动机装在马自达轿车上开始成批生产.
并将安装了转子发动机的RX-7型跑车打入了美国市场,令人刮目相看.

转子发动机的运动特点是:三角转子的中心绕输出轴中心公转的同时,三角转子本身又绕其中心自转.在三角转子转动时,以三角转子中心为中心的内齿圈与以输出轴中心为中心的齿轮啮合,齿轮固定在缸体上不转动,内齿圈与齿轮的齿数之比为3:2.上述运动关系使得三角转子顶点的运动轨迹(即汽缸壁的形状)似"8"字形.三角转子把汽缸分成三个独立空间,三个空间各自先后完成进气,压缩,做功和排气,三角转子自转一周,发动机点火做功三次.由于以上运动关系,输出轴的转速是转子自转速度的3倍,这与往复运动式发动机的活塞与曲轴1:1的运动关系完全不同.
在2004北京汽车展中首次展出的RX-8动力总成:RENESIS转子发动机,象征着马自达汽车公司的核心.转子发动机发展史和马自达的成长缠绕在一起,密不可分.今天,马自达是世界上唯一生产和销售转子发动机汽车的公司
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.
在汪克尔型转子发动机上,转子的顶点随着发动机壳体内圆周的椭圆形壳体而运动,同时保持与围绕在发动机壳体中心的一个偏心轨道上的输出轴齿轮的接触.三角形转子的轨道是用一个相位齿轮机构来规定的.相位齿轮包括安装在转子内侧的一个内齿圈和安装在偏心轴上的一个外齿轮.如果转子齿轮在其内侧有30个齿,轴齿轮将在其外原周上有20个齿,由此得到其齿数比为3:2.由于这一齿数比,转子和轴之间的转速比被限定为1:3

和偏心轴相比,转子有较长的转动周期.转子转动一圈,偏心轴转动三圈.当发动机转速为3000 rpm时,转子的速度只有1000 rpm.

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

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.例如,对于型号为13B的双转子发动机,排量为"654cc ×2".
单位工作室容积指工作室最大容积和最小容积之间的差值;而压缩比是最大容积和最小容积的比值.往复式发动机上也使用同样的定义.

如上一页图中所示,可看到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差别.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.

此外,即使在高速运转中,转子的转速也相当缓慢,从而有更宽松的进气和排气时间,为那些能够获得较高的动力性能的系统的运行提供了便利
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.过去四十年来,全世界只有马自达公司在独立研究和生产转子发动机。这种发动机有什么独到之处,吸引这家车厂如此锲而不舍?资料来源:马自达公司(经整理)

上世纪60年代,马自达从汪克尔菲加士博士手中买下了转子发动机的专利。1967年,马自达在CosmoSports上安装了世界上第一台双转子发动机。迄今为止,马自达已经生产了将近两百万辆转子发动机汽车,其中转子赛车787B在1991年赢得勒芒24小时耐力赛冠军,不但成为第一辆在此赛事上获胜的日本汽车,更向世界证明了马自达转子发动机的成熟技术。

至今,马自达所持有的专利已经到期,转子发动机成为一个开放的技术,理论上其它车厂也可以投入发展。但由于马自达在多年研究中积累了多项周边技术专利,所以估计短期内不会有车厂加入转子发动机的阵营。转子发动机反映着马自达在技术上的创意和活力,已成为马自达品牌的形象代表。
转子发动机原理

在过去的400年中,许多发明家和工程师一直都在想开发一种连续运转的内燃机。人们希望往复活塞式内燃机能被更优雅的原动力发动机所取代,其运动轨迹应该接近人类最伟大的发明之一:轮子。十六世纪末期的出版物中首次出现“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。

  1846年,人们画出了当今转子发动机工作室的几何结果,但这些概念没有实用化,直到汪克尔博士在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。他运用了飞机发动机的回转阀及增压器气密性密封机构的技术,使汪克尔型转子发动机得以实用化。

现代的汪克尔型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。和普通内燃机一样,转子反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。壳体的内侧圆周被设计成旋轮线外形,和安装在偏心轴上的转子组装在一起,工作室随着壳体内部转子的旋转而在体积上发生变化,空燃混合气在那里点燃,燃烧气体的膨胀压力使转子产生旋转。转子每转一圈,工作室的体积变化两次,从而实现内燃机的四个工作过程。

三角形转子的轨道是用一个相位齿轮机构来规定的。相位齿轮包括安装在转子内侧的一个齿圈和安装在偏心轴上的一个齿轮,通过内侧和外圆周的齿数比差,转子和轴之间的转速比被限定为1:3,即转子转动一圈,偏心转动三圈,当发动机转速为3000rpm时,转子速度只有1000rmp。

  与往复式发动机的比较

由于输出轴每转动三圈,转子才转一圈,因此转子发动机内部有较长的过程时间,而形成较小的扭矩波动,使运转平稳刘畅。即使在高速运转中,转子的转速也相对缓慢,从而有更宽松的进气和排气时间,为获取较高的动力性能提供了先天优势。

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。例如,对于型号为13B的双转子发动机,排量为“654cc×2”.与传统复式发动机比较,汪克尔型转子发动机的优点是:

一、体积小重量轻:在保证相同的输出功率术水平前提下,转子发动机的设计重量是往复式的三分之二。这个优点对于整车布置非常有利,特别是近年来防撞结构、空气动力、重量分布和空间利用等方面的要求都越来越高。

二、精简结构:转子发动机不需要设置连干,没有配气结构(包括正时齿带、凸轮轴、摇臂、气门、气门弹簧等),而这些在往复式发动机中是必不可少的一部分。因此转子发动机的组成部件数大幅减少。

三、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,两转子的设计中运行扭矩波动与直列六缸发动机具有相同水平,三转子的布置则更盛V型八缸发动机。

四、运行噪音小:往复式发动机的活塞运动本身就是一个振动源,气门机构也会产生机械噪音。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,因此能更平稳和安静地运行。双转子发动机的安静性和平稳性相相当于直列六缸发动机。

五、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,因此转子的磨损情况并不激烈。另外,由于没有摇臂、连杆等高转速运动部件,所以在高负荷运动中更可靠和更耐久,1991的勒芒赛大获全胜就充分证明了这一点。