转子发动机浅谈
转子发动机浅谈
发动机是汽车的心脏,它通过一系列变化将汽油或者柴油的化学能转变为汽车前进的动能,为汽车提供前进的动力。发动机作为汽车中的核心部件,可以说它的的优劣直接决定了汽车的好坏。从第一辆汽车面世开始,发动机伴随着汽车走过了将近100年的历程,虽然现代发动机和100年前的发动机性能发生了翻天覆地的变化,但是发动机工作的基本原理却一直没有发生改变-----都是通过吸气,压缩,做工和排气四个冲程,在发动机内模拟燃料的剧烈爆炸,推动活塞做功从而使汽车前进。
发动机按照活塞运动方式,可以分为往复活塞式发动机和转子发动机。相比较往复活塞式发动机的从第一辆汽车就开始使用到如今的汽车仍然广泛应用,转子发动机可以算是汽车中的新生儿和少数派。往复活塞式发动机是德国人奥托于1876 年发明并投入使用的。而直到1956年,才由德国人汪克尔(F.ankel)发明了转子式发动机,1964年,将转子式发动机才首次安装在汽车上。转子发动机命运比起往复活塞式发动机一番风顺的际遇来说,命运颇为坎坷。在转子发动机刚刚诞生的时候,它曾经一度被认为会取代传统的往复活塞式发动机,而其后它被陆续使用到真实的汽车上一向对新技术情有独钟的日本马自达公司更是从汪克尔公司手上买下了这项技术,但由于它是一项新技术,维修和售后服务难度较高,并且耗油量较大。,在20世纪50年代末期,全世界的汽车生产厂家都曾投入大量研发资源试图开发转子发动机以期付诸实用,但是由于无法攻克各种技术难题,许多汽车厂家最终不得不放弃。最终只剩下一家厂家----马自达公司坚持对转子发动机的研究。经过长期艰苦的的研究,马自达公司的努力终于获得了回报,他们攻克了转子发动机逐步克服其油耗和排放方面的缺点,成功的使转子发动机由实验性生产变为商业性生产,而在1991年,马自达公司的车型“Mazda 787B”创造了历史,成为第一辆夺得法国勒芒24小时耐力赛冠军的转子发动机车型,除此以外,马自达转子发动机车型还在日本国内耐力赛以及美国IMSA(国际汽车运动协会)系列赛分别获得了百多次优胜,取得了辉煌的战绩。 现在转子发动机在充斥着往复活塞式汽车市场中一枝独秀,成为汽车市场中的少数派,但同样在汽车市场中也占有极其重要的地位。
转子发动机能在活塞式发动机的环境中顽强的生存下来,甚至夺得汽车拉力赛的冠军,足以证明其本身不俗的地方。现代的转子发动机由茧形壳体、三角形转子、偏心轴等组成。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。在活塞式发动机中,同一空间内(气缸)要交替完成四项不同的作业——进气、压缩、燃烧和排气。 转子发动机同样也要完成这四项作业,但是每项作业是在各自的壳体中完成的。这就好像每项作业有一个专用气缸,活塞连续地从一个气缸移至下一个气缸。相比较活塞式发动机而言工作过程而言,转子发动机由于每个冲程都有一个实际上相对独立的汽缸,从而使四个冲程间不会发生干扰。
转子发动机偏心轴的设置也颇有趣味。设想一下,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。无论燃料如何的爆炸燃烧,转子也只是绕着圆心做圆周运动,不会带动齿轮做功。而通过偏心轴的设置,使得在转子发动机内,转子的顶点随着发动机壳体内圆周的外旋轮线而运动。同时保持与围绕在发动机壳体中心的偏心轨道上的输出轴齿轮的接触。由于内外齿轮齿数不同,转子和轴之间的转速比被限定为1:3。与偏心轴相比,转子有较长的转动周期。转子转动一圈,偏心轴转动三圈。输出轴有一些离心式圆形凸轴,也就是说,它们偏离了轴的中心线。 一个转子与一个凸轴相合。 这些凸轴的作用类似于活塞式发动机中的曲轴。 当转子沿其路径在壳体内转动时,会推动这些凸轴。 由于凸轴是以离心方式安装在输出轴上的,因此转子施加给凸轴的力在输出轴中产生力矩,从而使输出轴旋转。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。与往复式活塞发动机相比,转子发动机进行一个完整的做功
过程可以使凸轴转动三圈,同等情况下,往复式活塞发动机只能使曲轴转动一圈。转子发动机在对做功旋转的利用方面,有往复式活塞发动机所无法比拟的优势。
转子发动机能和往复式活塞发动机在现在的市场上长期共存,虽然往复式活塞发动机占据了大半壁江山,但转子发动机作为一种所需技术要求颇为高端的发动机,更加体现了活力和创新的特质。俗话说,存在即为合理,转子发动机作为少数派受到一些人追捧从而经久不衰势必有它的原因。先从转子发动机本身的结构方面来说,第一点,也是最重要的一点是体积和重量减小。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,从而减少了传动过程中的机械损耗;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,很多在往复式发动机中是必不可少的一部分,在转子发动机中都不再需要。因此转子发动机在运行安静性和平稳性两方面,相当于直列六缸往复式发动机;在保证相同的输出功率水平前提下,转子式发动机的设计重量是往复式的三分之二,这使得有汽车设计师在车子内有更多的空间安置其他配件并且可以减轻汽车的自重。第二点,转子发动机扭矩均匀,运行安静。转子发动机在整个速度范围内有相当均匀的扭矩曲线;就往复式发动机来说,活塞运动本身就是一个振动源,同时气门机构也会产生机械噪音。转子发动机平稳的旋转产生的振动相当小.而且没有气门机构。因此能够更平稳和更安静地运行。第三点,由于在转子发动机中偏心轴的作用,使得其转子的转速是发动机转速的1/3左右。因此,在转子发动机以9000 r/min的转速运转时,转子的转速约为该转速的1/3。由于没有高速运动部件,所以在长久高负荷运动中显得更持久。 转子发动机作为发动机中的“非主流”产品,虽然没有往复活塞式发动机这样广为人知,但是也正因为它较小的受众使它更加具有一种雍容华贵的气质和风度。而制造转子发动机所需要的技术也使他成为技术实力的代表。在当今汽车界中,比起颇具王者之气的往复活塞式发动机,转子发动机更像是一个醉心与技术的科学家,一直在攀登技术的高峰。转子发动机的研究催生了很多新兴技术,而转子发动机在航空航天上得到了比往复活塞式发动机更广泛的应用也证明了转子发动机的研发潜力。相信随着技术的发展和材料的革新,转子发动机会得到更加广泛的应用。