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轉子發動機與傳統往複式發動機的比較往複式發動機和轉子發動機都依靠空燃混合氣燃燒產生的膨脹壓力以獲得轉動力。兩種發動機的機構差異在於使用膨脹壓力的方式。在往複式發動機中,產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,帶動曲軸轉動。轉子發動機 對於轉子發動機,膨脹壓力作用在轉子的側面。 從而將三角形轉子的三個面之一推向偏心軸的中心(見圖中力PG)。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(見圖中的Pb)的向心力,另一個是使輸出軸轉動的切線力(Ft)。

1簡介

轉子發動機

  轉子發動機

轉子發動機(Wankel EngineRotary Engine)
目前在商品汽車上普遍使用往複式活塞發動機。還有一種知名度很高,但應用很少的發動機,這就是三角活塞旋轉式發動機,也就是轉子發動機。這種發動機是由德國人菲加士·汪克爾(Felix Wankel,1902-1988)所發明,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題,研製成功了第一台轉子發動機。轉子發動機採用三角轉子旋轉運動來控制壓縮和排放,與傳統的活塞往複式發動機的直線運動迥然不同。

2歷史

完成發明
1951年,菲加士·汪克爾與德國NSU公司簽訂了關於合作開發轉子發動機的合約。1954年4月13日,NSU公司研製成功第一台轉子發動機,並於1958年對這種發動機展開一系列測試。1960年,汪克爾轉子發動機在德國工程師協會的一次討論會上作首次公眾討論。三年後,NSU公司在法蘭克福車展上展出了裝備汪克爾轉子發動機的新車型。1964年,NSU公司和雪鐵龍在日內瓦組建合資企業COMOBIL公司,首次把轉子發動機裝在轎車上成為正式產品。1967年,日本東洋工業公司也將轉子發動機裝在馬自達轎車上開始成批生產。當時業內人士認為這種發動機的結構緊湊輕巧,運轉寧靜暢順,也許會取替傳統的活塞反覆式發動機。
前景
在世界環保意識日益強化,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子發動機從結構上講是最適合燃燒氫氣,而且最「乾淨」,因為氫燃燒完後排出的是水蒸汽,對環境沒有任何污染。馬自達公司改制了RX-7型跑車的轉子發動機,使它可以用氫做燃料。這種發動機裝配在馬自達 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,以每小時60公里的車速可行駛230公里,引起了各界人士的關注。由於從生產裝配到維護修理,轉子發動機都與傳統的發動機大不一樣,開發成本大。加上往複式活塞發動機在功率、重量、排放、能耗等方面都比過去有了顯著提高,加上各大汽車企業對往複式活塞發動機技術研究的成熟,而對轉子發動機技術的生疏,轉子發動機沒有顯出明顯的優勢,因此各大汽車企業都沒有積極性去開發利用,唯有馬自達一家。

3原理

運動特點
轉子發動機的運動特點是:三角轉子的中心繞輸出軸中心公轉的同時,三角轉子本身又繞其中心自轉。在三角轉子轉動時,以三角轉子中心為中心的內齒圈與以輸出軸中心為中心的齒輪嚙合,齒輪固定在缸體上不轉動,內齒圈與齒輪的齒數之比為3:2。上述運動關係使得三角轉子頂點的運動軌跡(即汽缸壁的形狀)似「8」字形。三角轉子把汽缸分成三個獨立空間,三個空間各自先後完成進氣、壓縮、做功和排氣,三角轉子自轉一周,發動機點火做功三次。由於以上運動關係,輸出軸的轉速是轉子自轉速度的3倍,這與往複運動式發動機的活塞與曲軸1:1的運動關係完全不同
優點
轉子引擎的轉子每旋轉一圈就作功三次,與一般的四衝程發動機每旋轉兩圈才作功一次相比,具有高馬力容積比(引擎容積較小就能輸出較多動力)的優點。另外,由於轉子引擎的軸向運轉特性,它不需要精密的曲軸平衡就能達到較高的運轉轉速。整個發動機只有兩個轉動部件,與一般的四衝程發動機具有進、排氣活門等二十多個活動部件相比結構大大簡化,發生故障的可能性也大大減小。除了以上的優點外,轉子引擎的優點亦包括體積較小、重量輕、低重心、震動小等。

缺點

油耗高,污染重。由於沒有往複式發動機的高壓縮比,使得燃燒不能夠很充分。雖然馬自達公司曾經給轉子發動機增加了單渦輪增壓和雙渦輪增壓等東西,但只是提高了輸出馬力,並適度的減少了尾氣排放,但還是與往複式發動機有著很大的差距。
磨損嚴重,零部件壽命短。由於三角轉子引擎的相鄰容腔間只有一個徑向密封片,徑向密封片與缸體始終是線接觸,並且徑向密封片上與缸體接觸的位置始終在變化,因此三個燃燒室非完全隔離(密封),徑向密封片磨損快。引擎使用一段時間之後容易因為油封材料磨損而造成漏氣問題,大幅增加油耗與污染。其獨特的機械結構也造成這類引擎較難維修。
部分標準欠缺。雖然轉子引擎具有以小排氣量、利用高轉速而產生高輸出的特性,但由於運轉特性與往複式引擎的不同,世界各國在制訂與引擎排氣量相關的稅則時,皆是以轉子引擎的實際排氣量乘以二來作為與往複式引擎之間的比較基準。舉例來說,日本馬自達(Mazda)旗下搭載了轉子引擎的RX-8跑車,其實際排氣量雖然只有1308立方厘米,但在日本國內卻是以2616立方厘米的排氣量來作為稅級計算的基準。
利益問題也是其發展不利的一個重要原因。傳統生產往複式發動機的廠家們,對於往複式發動機已經投入了大量的財力人力物力去改造去完善去創新了,在往複式發動機的潛力還沒有挖掘盡的情況下,轉而投入財力人力物力去改造前景不是很光明的轉子發動機,可能性很小。況且,還有各種環保法規的出台,也預示著轉子發動機的末日。尤其是1991年馬自達奪得勒芒24小時汽車賽冠軍后,1992年被國際汽聯明令禁止參賽,其背後利益的關聯,可想而知了。

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