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本帖最后由 小慧 于 2011-6-19 13:42 编辑
转子发动机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。
汪克尔于1902年出生在德国,1921年到1926年受雇于海德堡一家科技出版社的销售部。在1924年,汪克尔在海德堡建立了自己的公司,他花了大量的时间在那里进行转子发动机的研制,在1927年,诸如气密性和润滑等的一系列技术问题的攻克终于有了眉目。60年初在德国生产出第一辆装配了转子发动机的小跑车。当时业内人士认为这种发动机的结构紧凑轻巧,运转宁静畅顺,也许会取替传统的活塞式发动机。
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。 一向对新技术情有独钟的马自达公司投巨资从汪克尔公司买下了这项技术。由于这是一项高新技术,懂得这项技术的人寥寥无几,发动机坏了无人会修,而且耗油大,汽车界有人对这种发动机的市场前景产生了怀疑。70年代石油危机爆发,各国忙于应付各方面的困难而无暇顾及发展转子发动机,唯有马自达公司仍然深信转子发动机的潜力,独自研究和生产转子发动机,并为此付出了相当大的代价。他们逐步克服了转子发动机的缺陷,成功地由试验性生产过渡到商业性生产,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。
在世界环保意识日益强化,石油资源日渐沽竭的今天,以氢气做动力源的研究已成为一大课题。当年马自达坚持下来的转子发动机从结构上讲是最适合燃烧氢气,而且最干净,因为氢燃烧完后排出的是水蒸汽,对环境没有任何污染。马自达公司改制了RX-7型跑车的转子发动机,使它可以用氢做燃料。这种发动机装配在马自达HR一X汽车上,1立方米的燃料箱吸储了相当43立方米的压缩氢气,以每小时60公里的车速可行驶230公里,引起了各界人士的关注。
一般发动机是往复运动式发动机,工作时活塞在气缸里做往复直线运动,为了把活塞的直线运动转化为旋转运动,必须使用曲柄连杆机构。转子发动机则不同,它直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。与往复式发动机相比,转子发动机取消了无用的直线运动,因而同样功率的转子发动机尺寸较小,重量较轻,而且振动和噪声较低,具有较大优势。
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。
众所周知,现有的一般发动机是往复运动式发动机,工作时活塞在气缸里做往复直线运动,为了把活塞的直线运动转化为旋转运动,必须使用曲柄连杆机构。且存在四冲程发动机配气机构复杂,功率重量比小,单位升功率低而二冲程发动机虽然结构简单单位升功率大但因油耗过大污染环境及本身结构的原因使其良好润滑非常困难,造成其使用范围狭窄。而转子发动机则不同,它直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。与往复式发动机相比,转子发动机取消了无用的直线运动,现有的三角转子发动机转子引擎的转子每旋转一圈就作功一次,与一般的四冲程发动机每旋转两圈才作功一次相比,具有高升功率的优点。另外,由于转子引擎的轴向运转特性,它不需要精密的曲轴平衡就能达到较高的运转转速。整个发动机只有两个转动部件,与一般的四冲程发动机具有进、排气气门等二十多个活动部件相比结构大大简化,故障的可能性也大大减小。除了以上的优点外,转子引擎的优点亦包括体积较小、重量轻、低重心功率大等优点。但同时也存在以下较大缺点影响其普及应用
1 首先转子发动机虽然是消除了活塞往复运动中的冲击,但是由于转子是偏心结构,在其运转过程中又产生了额外偏心振动,而为了消除这种振动又需增加与转子反方向运动的平衡重,来缓解这种偏心振动。同时在其做功时,总是缸体一个局部区域受到巨大的冲击,造成了发动机壳体局部磨损剧烈,使得发动机磨损不平衡,严重降低的其使用寿命
2 由于转子发动机是由转子直接与主轴接触,驱动主轴转动的,因此由于转子自身是在气缸内进行偏心转动,其就是一个套在主轴外缘上作偏心运动的大齿轮,而主轴轴颈相对较小,因此就形成了大齿轮驱动小齿轮的驱动方式,使得其扭矩大大降低,也是转子发动机不能广泛推广的主要原因。
3 耗油量比较大。这主要是转子发动机燃烧室的形状不太有利于完全燃烧,火焰传播路径较长.使得燃油和机油的消耗增加。而且转子发动机只能用点燃式,不能用压燃式,也就是不能采用柴油
4 相对地,由于三角转子引擎的相邻容腔间由径向密封片密封,运转时径向密封片与缸体以极高的线速度做余摆线运动,极易造成径向密封片快速磨损并在缸体引起震颤波纹。造成引擎使用一段时间之后密封不严漏气等问题,大幅增加油耗与污染,严重影响其使用寿命。
如何解决转子发动机存在的上述问题是其能否普及应用的关键,一项新的发明【复合冲程转子发动机】给出了解决方案,其利用特殊齿形内啮合齿轮转子泵旋转时泵体内部空间的变化来完成内燃机的进气—压缩—做功—排气工作行程,由两套按一定角度刚性连接的同向旋转的具有特殊齿形的内啮合齿轮转子泵,及与转子泵内转子轴向旋转中心同心且固定在壳体上的进气配气管和做功配气管并与转子泵内转子进排气孔所形成的旋转阀配气机构。它具有结构简单,全旋转无偏心、振动小、功率重量比大、单位升功率高、输出扭矩大,能燃用多种燃料等优点。
下面是国人申请专利的复合冲程转子发动机演示视频
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