�(zhuǎn)子發(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�(jié)前人的研究成果的基礎(chǔ)�,解決了一些關(guān)鍵技�(shù)問題,研制成功了臺轉(zhuǎn)子發(fā)動機。轉(zhuǎn)子發(fā)動機采用三角�(zhuǎn)子旋�(zhuǎn)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��
�(zhuǎn)子發(fā)動機與傳�(tǒng)往復式�(fā)動機的比較:往復式�(fā)動機和轉(zhuǎn)子發(fā)動機都依靠空氣燃料混合氣燃燒�(chǎn)生的膨脹壓力以獲得轉(zhuǎn)動力。兩種發(fā)動機的機�(gòu)差異在于使用膨脹壓力的方�。在往復式�(fā)動機�,產(chǎn)生在活塞頂部表面的膨脹壓力向下推動活塞,機械力被傳給連桿,帶動曲軸轉(zhuǎn)�。轉(zhuǎn)子發(fā)動機,對于轉(zhuǎn)子發(fā)動機,膨脹壓力作用在�(zhuǎn)子的�(cè)�。從而將三角形轉(zhuǎn)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�(zhuǎn)動的切線力(Ft��
我�?nèi)粘=?jīng)常看到的為活塞往復運動形式的�(fā)動機,即活塞在汽缸內(nèi)作往復的直線運動,通過曲軸把活塞的直線運動�(zhuǎn)化為曲軸的旋�(zhuǎn),��(zhuǎn)子發(fā)動機沒有這個轉(zhuǎn)化過�,它是通過活塞在汽缸內(nèi)的旋�(zhuǎn)來帶動發(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(zhuǎn)�,故兩者有著很大的區(qū)別�
�(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�(zhuǎn),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�(zhuǎn)角度0~180°�,該沖程進氣門打開,排氣門�(guān)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�(nèi)壓力約為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(zhuǎn)角度180°~360°),該沖程進排氣門全關(guān)�,氣室內(nèi)的油氣混合氣壓力逐漸升高,壓縮沖程終了氣室內(nèi)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(zhuǎn)角度360°~540°�,該沖程進排氣門全關(guān)閉,活塞在上止點位置時火花塞跳火點燃油氣混合氣使氣缸�(nèi)的壓力急劇升高(可達到3~5MPa�,推動活塞作向曲軸的運動,壓力逐漸下降,作功沖程終了氣室內(nèi)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(zhuǎn)角度540°~720°�,該沖程進氣門�(guān)�,排氣門打開,活塞向上運動推動燃燒后的廢氣排出氣室,該沖程終了氣室內(nèi)的氣壓約�0.105~0.115MPa。該沖程的結(jié)束也標志這發(fā)動機一個工作循�(huán)的結(jié)束�
下圖為轉(zhuǎn)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�(cè)為進氣,右�(cè)為排氣),該轉(zhuǎn)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(gòu)成,圖中由三角轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子發(fā)動機的四沖程工作原理�
進氣沖程:當三角�(zhuǎn)子的角頂C�(zhuǎn)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(zhuǎn)子繼�(xù)�(zhuǎn)�,BC工作腔的容積逐漸增大,可燃混合氣不斷被吸入氣缸。當�(zhuǎn)子自�(zhuǎn)90°(主軸轉(zhuǎn)270°,轉(zhuǎn)子發(fā)動機中轉(zhuǎn)子與主軸�(zhuǎn)速比�1�3,通過相互嚙合齒輪確定)到達位置b�,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�(jié)��
壓縮沖程:隨著三角轉(zhuǎn)子的繼續(xù)�(zhuǎn)動,角頂B越過進氣孔的左側(cè)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時,�(zhuǎn)子自�(zhuǎn)180°(主軸旋�(zhuǎn)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(jié)��
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)�(zhuǎn)�,BC工作腔的容積逐漸增大,當角頂C達到排氣孔右�(cè)邊緣,在位置d,轉(zhuǎn)子自�(zhuǎn)270°(主軸旋�(zhuǎn)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(jié)��
排氣沖程:三角轉(zhuǎn)子角頂C�(zhuǎn)過排氣孔右側(cè)位置時,排氣沖程開始,最終三角轉(zhuǎn)子回到位置a,排氣沖程結(jié)�,轉(zhuǎn)子自�(zhuǎn)360°(主軸轉(zhuǎn)三周�,一個工作循�(huán)�(jié)�。同�,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�(shù)成熟,誕生已�(jīng)�120多年,各種技�(shù)不斷完善,是世界上應用最廣的�(nèi)燃機,保�(yǎng)維修成本�� 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(jīng)濟�� 缺點� 1. �(jié)�(gòu)復雜,體積大、重量大� 2. 曲柄連桿機構(gòu)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(zhuǎn)速平方成正比,使�(fā)動機運轉(zhuǎn)平順性下�,限制發(fā)展高�(zhuǎn)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�(zhuǎn),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� � �(zhuǎn)子發(fā)動機� �(yōu)點: 1. 體積�、重量輕,便于降低車輛重心。由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機沒有曲柄連桿機構(gòu),所以大大減小了�(fā)動機高度,同時降低了車輛重心� 2. �(jié)�(gòu)簡單。相比較于往復式活塞�(fā)動機,轉(zhuǎn)子發(fā)動機減少了曲柄連桿機構(gòu),導致了�(fā)動機機構(gòu)大為簡化,零件減�� 3. 均勻的扭矩特性。由于轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子與主軸�(zhuǎn)速比�1�3,故不需很高的活塞轉(zhuǎn)速即可實�(xiàn)�(fā)動機的高�(zhuǎn)�� 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(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周相當于有三個作功沖�,以3000rpm和往復式活塞�(fā)動機作對�,往復式活塞�(fā)動機噴油750�/�,轉(zhuǎn)子發(fā)動機相當于轉(zhuǎn)速為1000rpm,但是需要噴�3000�/�,可見轉(zhuǎn)子發(fā)動機油耗明顯高于往復式活塞�(fā)動機,同時轉(zhuǎn)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�,同時導致廢氣中污染物含量較�� 2. �(fā)動機的結(jié)�(gòu)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�(zhuǎn)子發(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(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動,必須使用曲柄滑塊機�(gòu)。轉(zhuǎn)子發(fā)動機則不�,它直接將可燃氣的燃燒膨脹力�(zhuǎn)化為�(qū)動扭�。與往復式�(fā)動機相比,轉(zhuǎn)子發(fā)動機取消了無用的直線運動,因而同樣功率的�(zhuǎn)子發(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(nèi)部空間(或旋輪線室)總是被分成三個工作室?!≡谵D(zhuǎn)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(nèi)相繼完成進氣、壓�、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(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(nèi)進行��
�(zhuǎn)子發(fā)動機的排氣量通常用單位工作室容積和轉(zhuǎn)子的�(shù)量來表示。例如,對于型號�13B的雙�(zhuǎn)子發(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��
�(zhuǎn)子發(fā)動機工作容積的變化,以及與四循環(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�(zhuǎn)動角度:往復式�(fā)動機�(zhuǎn)�180�,而轉(zhuǎn)子發(fā)動機�(zhuǎn)�270�,是往復式�(fā)動機�1.5�。換句話說,在往復式�(fā)動機�,曲軸(輸出軸)在四個工作過程中�(zhuǎn)兩圈�720度); 而在�(zhuǎn)子發(fā)動機�,偏心軸�(zhuǎn)三圈�1080度),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一�。這樣,轉(zhuǎn)子發(fā)動機就能獲得較長的過程時間,而且形成較小的扭矩波�,從而使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)流暢�
此外,即使在高速運�(zhuǎn)中,�(zhuǎn)子的�(zhuǎn)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部�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�(zhuǎn)子發(fā)動機的研��1927�,諸如氣密性和潤滑等的一系列技�(shù)問題的攻克終于有了眉�。二�(zhàn)期間,汪克爾曾為德國空軍部服��
1951�,菲加士·汪克爾與德國NSU公司簽訂了關(guān)于合作開�(fā)�(zhuǎn)子發(fā)動機的合約�1954�4�13�,NSU公司研制成功臺轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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�(zhuǎn)子發(fā)動機的新車型�1964�,NSU公司和雪鐵龍在日�(nèi)瓦組建合資企�(yè)COMOBIL公司,首次把�(zhuǎn)子發(fā)動機裝在轎車上成為正式產(chǎn)��1967�,日本東洋工�(yè)公司也將�(zhuǎn)子發(fā)動機裝在馬自達轎車上開始成批生產(chǎn)。當時業(yè)�(nèi)人士認為這種�(fā)動機的結(jié)�(gòu)緊湊輕巧,運�(zhuǎn)寧靜暢順,也許會取替?zhèn)鹘y(tǒng)的活塞式�(fā)動機�
一�?qū)π录夹g(shù)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�(shù)。由于這是一項高新技�(shù),懂得這項技�(shù)的人寥寥無幾,發(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(chǎn)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(zhuǎn)子發(fā)動機,唯有馬自達公司仍然深信�(zhuǎn)子發(fā)動機的潛�,獨自研究和生產(chǎn)�(zhuǎn)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(zhuǎn)子發(fā)動機的缺�,成功地由試驗性生�(chǎn)過渡到商�(yè)性生�(chǎn),并將安裝了�(zhuǎn)子發(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題。當年馬自達堅持下來的轉(zhuǎn)子發(fā)動機從結(jié)�(gòu)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�(zhuǎn)子發(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(guān)�。由于從生產(chǎn)裝配到維護修理,�(zhuǎn)子發(fā)動機都與傳統(tǒng)的發(fā)動機大不一�,開�(fā)成本�。加上往復式活塞�(fā)動機在功率、重�、排放、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�(shù)研究的成�,而對�(zhuǎn)子發(fā)動機技�(shù)的生疏,�(zhuǎn)子發(fā)動機沒有顯出明顯的優(yōu)�,因此各大汽車企�(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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