轉(zhuǎn)子發(fā)動機簡介

　　轉(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）所發(fā)明，他在總結(jié)前人的研究成果的基礎上，解決了一些關鍵技術問題，研制成功了第一臺轉(zhuǎn)子發(fā)動機。轉(zhuǎn)子發(fā)動機采用三角轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動來控制壓縮和排放，與傳統(tǒng)的往復活塞式發(fā)動機的直線運動迥然不同。

　　轉(zhuǎn)子發(fā)動機與傳統(tǒng)往復式發(fā)動機的比較：往復式發(fā)動機和轉(zhuǎn)子發(fā)動機都依靠空氣燃料混合氣燃燒產(chǎn)生的膨脹壓力以獲得轉(zhuǎn)動力。兩種發(fā)動機的機構(gòu)差異在于使用膨脹壓力的方式。在往復式發(fā)動機中，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)動。轉(zhuǎn)子發(fā)動機，對于轉(zhuǎn)子發(fā)動機，膨脹壓力作用在轉(zhuǎn)子的側(cè)面。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力，另一個是使輸出軸轉(zhuǎn)動的切線力

　　轉(zhuǎn)子發(fā)動機工作原理

　　在本文中，我們將了解轉(zhuǎn)子發(fā)動機的工作原理。 首先從其基本工作原理談起。

　　與活塞式發(fā)動機一樣，轉(zhuǎn)子發(fā)動機也是利用空氣、燃油混合氣燃燒產(chǎn)生的壓力。 在活塞式發(fā)動機中，該壓力保存在氣缸中，驅(qū)使活塞運動。 連桿和曲軸將活塞的來回運動轉(zhuǎn)換為為汽車提供動力的旋轉(zhuǎn)運動。

　　在轉(zhuǎn)子發(fā)動機中，燃燒產(chǎn)生的壓力保存在殼體和三角形轉(zhuǎn)子（在該發(fā)動機中用來代替活塞）構(gòu)成的密封室中。

　　馬自達RX-7中的轉(zhuǎn)子發(fā)動機的轉(zhuǎn)子和殼體：這些零件取代了活塞式發(fā)動機中的活塞、氣缸、氣門、連桿和凸輪軸。

　　轉(zhuǎn)子的行進路徑與呼吸測量儀產(chǎn)生的軌跡類似。 轉(zhuǎn)子的頂點與殼體接觸，從而形成三個獨立的氣室。轉(zhuǎn)子不停地圍繞燃燒室運動，三種體積的氣體交替膨脹和收縮。正是這種膨脹和收縮將空氣和燃料吸入發(fā)動機，然后對此混合氣體進行壓縮，并在氣體膨脹時生成有用的動力，最后排出廢氣。

　　下面我們將深入轉(zhuǎn)子發(fā)動機內(nèi)部，了解其各個零件。首先我們來看一種裝備了新型轉(zhuǎn)子發(fā)動機的新車型。

　　馬自達RX-8

　　馬自達一直是使用轉(zhuǎn)子發(fā)動機的量產(chǎn)車研發(fā)先鋒。于1978年投放市場的RX-7大概是最成功的轉(zhuǎn)子發(fā)動機動力汽車。但在它之前已經(jīng)出現(xiàn)了一系列轉(zhuǎn)子發(fā)動機轎車、卡車甚至公共汽車，1967年的 Cosmo Sport是最早的一款。RX-7于1995退出美國市場，但轉(zhuǎn)子發(fā)動機在不久的將來必將重返市場。

　　馬自達RX-8是馬自達公司推出的一款新型轎車，它裝配有RENESIS新型轉(zhuǎn)子發(fā)動機。 該發(fā)動機曾獲2003年國際最佳發(fā)動機獎。它是一種自然吸氣式雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機，可產(chǎn)生約250馬力的強大動力。

　　零件

　　轉(zhuǎn)子發(fā)動機具有與活塞式發(fā)動機類似的點火系統(tǒng)和燃油供給系統(tǒng)。 如果您從未見過轉(zhuǎn)子發(fā)動機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，那么您將會感到很驚訝，因為很多零件您都不認識。

　　轉(zhuǎn)子

　　轉(zhuǎn)子有三個凸面，每個凸面相當于一個活塞。 轉(zhuǎn)子的每個凸面都有一個凹陷，用于增加發(fā)動機的排氣量，容納更多空氣、燃油混合氣。

　　每個凸面的頂點是一個金屬刀片，它形成對燃燒室的外部密封。 轉(zhuǎn)子的每側(cè)有金屬環(huán)，用于密封燃燒室的兩側(cè)。

　　轉(zhuǎn)子有一組內(nèi)部輪齒，位于其中一個側(cè)面的中心。 它們與固定到殼體的齒輪相嚙合。 這種嚙合決定了轉(zhuǎn)子在殼體內(nèi)運動的路徑和方向。

　　殼體

　　殼體大致呈橢圓形（實際上是一個外旋輪線——請查看此Java演示，了解該形狀是如何導出的）。 之所以設計成這樣，目的在于使轉(zhuǎn)子各頂點能夠始終與室壁接觸，從而形成三個獨立的密封氣室。

　　殼體的每一部分都專用于燃燒過程的一部分。 燃燒過程的四部分包括：

　　* 進氣

　　* 壓縮

　　* 燃燒

　　* 排氣

　　進、排氣口位于殼體中。它們沒有氣門。 排氣口直接連接到排氣裝置，進氣口直接連接到節(jié)氣門。

　　輸出軸

　　輸出軸有一些離心式圓形凸軸，也就是說，它們偏離了軸的中心線。 一個轉(zhuǎn)子與一個凸軸相合。 這些凸軸的作用類似于活塞式發(fā)動機中的曲軸。當轉(zhuǎn)子沿其路徑在殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動時，會推動這些凸軸。由于凸軸是以離心方式安裝在輸出軸上的，因此轉(zhuǎn)子施加給凸軸的力在輸出軸中產(chǎn)生力矩，從而使輸出軸旋轉(zhuǎn)。

　　輸出軸（注意偏心凸軸。）

　　下面，我們來看看這些零件是如何裝配在一起并產(chǎn)生動力的。

　　轉(zhuǎn)子發(fā)動機的結(jié)構(gòu)

　　轉(zhuǎn)子發(fā)動機是分層裝配的。 雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機主要包含五層，它們由一圈長螺栓壓在一起。 冷卻液從圍繞該分層部件的管道中流過。

　　兩端的分層部件包含密封件和輸出軸軸承。 它們還將包含轉(zhuǎn)子的兩個殼體部分密封在內(nèi)。 這些分層部件的內(nèi)表面非常光滑，從而使轉(zhuǎn)子上的密封件能很好地發(fā)揮作用。 進氣口分別位于兩端分層部件上。

　　雙轉(zhuǎn)子汪克爾發(fā)動機的一個端部分層部件

　　包含轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子殼體部分（注意排氣口的位置）

　　中間一層部件包含兩個進氣口，分別用于兩個轉(zhuǎn)子。 它還用于將兩個轉(zhuǎn)子分開，因此其外表面非常光滑。

　　由外向內(nèi)第二層是橢圓形的轉(zhuǎn)子殼體，它包含排氣口。 這是包含轉(zhuǎn)子的殼體部分。

　　中間層部件包含每個轉(zhuǎn)子的另一個進氣口

　　轉(zhuǎn)子的中心是一個較大的內(nèi)部齒輪，它與一個固定在發(fā)動機殼體上的小齒輪相嚙合。 這決定了轉(zhuǎn)子的運行軌跡。 轉(zhuǎn)子還與輸出軸上的大圓凸軸相嚙合。

　　接下來，我們來看看這種發(fā)動機是如何產(chǎn)生動力的。

　　轉(zhuǎn)子發(fā)動機采用四沖程燃燒循環(huán)，這與活塞式發(fā)動機環(huán)相同。 但在轉(zhuǎn)子發(fā)動機中，它是以一種完全不同的方式完成的。

　　轉(zhuǎn)子發(fā)動機的核心是轉(zhuǎn)子。 它相當于活塞式發(fā)動機中的活塞。 轉(zhuǎn)子安裝在輸出軸上的大圓凸軸上。 此凸軸偏離軸中心線，其作用相當于絞盤上的曲軸，為轉(zhuǎn)子提供驅(qū)動輸出軸所需的杠桿。 當轉(zhuǎn)子在殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動時，會推動凸軸旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，凸軸會旋轉(zhuǎn)三周。

　　如果您仔細觀察，會看到轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，輸出軸上的偏置凸軸將轉(zhuǎn)三周。

　　當轉(zhuǎn)子在殼體內(nèi)運動時，由轉(zhuǎn)子構(gòu)成的三個缸室的體積將發(fā)生變化。 這種變化會產(chǎn)生一種泵作用。 讓我們看看轉(zhuǎn)子的一個面經(jīng)歷的四個發(fā)動機沖程。

　　進氣

　　循環(huán)進氣階段從轉(zhuǎn)子頂點經(jīng)過進氣口時開始。 在進氣口接通缸室的那一刻，缸室的體積接近其最小值。 當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過進氣口時，缸室的體積將增大，從而將空氣、燃油混合氣吸入缸室。

　　當缸室的頂點經(jīng)過進氣口時，該缸室即被密封，然后并開始壓縮。

　　壓縮

　　當轉(zhuǎn)子繼續(xù)在殼體內(nèi)運動時，缸室的體積會變得更小，進而壓縮空氣、燃油混合氣。 當轉(zhuǎn)子的面轉(zhuǎn)到火花塞處時，缸室的體積再次接近最小。 這是燃燒的起點。

　　燃燒

　　多數(shù)轉(zhuǎn)子發(fā)動機有兩個火花塞， 燃燒室比較狹長。如果只有一個火花塞，火焰的蔓延速度會很慢。 當火花塞點燃空氣、燃油混合氣時，會迅速產(chǎn)生壓力，驅(qū)動轉(zhuǎn)子運動。

　　燃燒的壓力會驅(qū)動轉(zhuǎn)子沿著缸室體積增大的方向移動。 燃燒氣體繼續(xù)膨脹，推動轉(zhuǎn)子并產(chǎn)生動力，直至轉(zhuǎn)子的頂點再次經(jīng)過排氣口。

　　排氣

　　當轉(zhuǎn)子的頂點經(jīng)過排氣口時，高壓燃燒氣體會釋放到排氣裝置中。 當轉(zhuǎn)子繼續(xù)運動時，缸室開始壓縮，迫使剩余廢氣排出。 當缸室體積接近最小時，轉(zhuǎn)子的頂點將經(jīng)過進氣口，整個循環(huán)再次開始。

　　轉(zhuǎn)子發(fā)動機的一個亮點是，轉(zhuǎn)子的三個面始終作用于循環(huán)的某部分——在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)滿一周時，將有三個燃燒沖程。 但是請注意，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周時，輸出軸將旋轉(zhuǎn)三周，這意味著針對輸出軸的每次旋轉(zhuǎn)都有一個燃燒沖程。

　　轉(zhuǎn)子發(fā)動機采用四沖程燃燒循環(huán)，這與活塞式發(fā)動機環(huán)相同。 但在轉(zhuǎn)子發(fā)動機中，它是以一種完全不同的方式完成的。

　　轉(zhuǎn)子發(fā)動機的核心是轉(zhuǎn)子。 它相當于活塞式發(fā)動機中的活塞。 轉(zhuǎn)子安裝在輸出軸上的大圓凸軸上。 此凸軸偏離軸中心線，其作用相當于絞盤上的曲軸，為轉(zhuǎn)子提供驅(qū)動輸出軸所需的杠桿。 當轉(zhuǎn)子在殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動時，會推動凸軸旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，凸軸會旋轉(zhuǎn)三周。