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轉(zhuǎn)子發(fā)動機

轉(zhuǎn)子發(fā)動機

    發(fā)動機是汽車最為關(guān)鍵的部分,是決定車子性能的最重要的因素,猶如人的心臟。大部分人都知道我們?nèi)粘S玫氖腔钊鶑?fù)式發(fā)動機,又分為兩沖程發(fā)動機和四沖程發(fā)動機(以下以四沖程發(fā)動機為例),但是還有一種不為大部分人所熟知的發(fā)動機,那就是轉(zhuǎn)子發(fā)動機,又叫汪克爾發(fā)動機。

    我們?nèi)粘=?jīng)?吹降臑榛钊鶑(fù)運動形式的發(fā)動機,即活塞在汽缸內(nèi)作往復(fù)的直線運動,通過曲軸把活塞的直線運動轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn),而轉(zhuǎn)子發(fā)動機沒有這個轉(zhuǎn)化過程,它是通過活塞在汽缸內(nèi)的旋轉(zhuǎn)來帶動發(fā)動機主軸(即普通發(fā)動機的曲軸,因為不是彎曲的故不再叫曲軸)旋轉(zhuǎn)的,故兩者有著很大的區(qū)別。

    發(fā)動機通過燃燒油氣混合氣來推動活塞作往復(fù)運動帶動曲軸旋轉(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).以四沖程汽油發(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(曲軸旋轉(zhuǎn)角度0~180°),該沖程進氣門打開,排氣門關(guān)閉,氣室與大氣相通,通過大氣壓力使油氣混合氣進入,進氣終了汽缸內(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)閉,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內(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°),該沖程進氣門關(guān)閉,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)的氣壓約為0.105~0.115MPa。該沖程的結(jié)束也標志這發(fā)動機一個工作循環(huán)的結(jié)束。

『轉(zhuǎn)子發(fā)動機』

    下圖為轉(zhuǎn)子發(fā)動機與往復(fù)式發(fā)動機各沖程的比較(圖中兩個氣孔左側(cè)為進氣,右側(cè)為排氣),該轉(zhuǎn)子發(fā)動機與往復(fù)式四沖程發(fā)動機工循環(huán)相同,即由進氣、壓縮、作功、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。

a              b              c              d              a

    進氣沖程:當三角轉(zhuǎn)子的角頂C轉(zhuǎn)到進氣孔右邊的邊緣時,BC工作腔開始進氣,在位置a,進排氣孔相通,進排氣重疊。這是BC工作腔的容積最小,相當于往復(fù)式發(fā)動機的上止點位置。隨著轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動,BC工作腔的容積逐漸增大,可燃混合氣不斷被吸入氣缸。當轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)90°(主軸轉(zhuǎn)270°,轉(zhuǎn)子發(fā)動機中轉(zhuǎn)子與主軸轉(zhuǎn)速比為1:3,通過相互嚙合齒輪確定)到達位置b時,BC工作腔的容積達到最大,相當于往復(fù)式發(fā)動機的下止點位置,進氣沖程結(jié)束。

    壓縮沖程:隨著三角轉(zhuǎn)子的繼續(xù)轉(zhuǎn)動,角頂B越過進氣孔的左側(cè)邊緣,壓縮沖程開始,BC工作腔的容積逐漸縮小,壓力越來越大,到達位置c時,轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)180°(主軸旋轉(zhuǎn)540°),BC工作腔容積達到最小,相當于往復(fù)式發(fā)動機的上止點位置,壓縮沖程結(jié)束。

    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)轉(zhuǎn)動,BC工作腔的容積逐漸增大,當角頂C達到排氣孔右側(cè)邊緣,在位置d,轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)270°(主軸旋轉(zhuǎn)810°),BC工作腔的容積達到最大,相當于往復(fù)式發(fā)動機的下止點位置,作功沖程結(jié)束。

    排氣沖程:三角轉(zhuǎn)子角頂C轉(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)束,轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)360°(主軸轉(zhuǎn)三周),一個工作循環(huán)結(jié)束。同時,CA工作腔、AB工作腔也分別完成一個工作循環(huán)。

● 發(fā)動機構(gòu)成比較:

    轉(zhuǎn)子發(fā)動機:機體組、配氣機構(gòu)、供給系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)

    往復(fù)式活塞發(fā)動機: 機體組、曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、供給系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)

● 兩種發(fā)動機的優(yōu)缺點:

◆ 往復(fù)式發(fā)動機:

    優(yōu)點:

    1. 制造技術(shù)成熟,誕生已經(jīng)有120多年,各種技術(shù)不斷完善,是世界上應(yīng)用最廣的內(nèi)燃機,保養(yǎng)維修成本低。

    2. 工作可靠,良好的氣密性和功率傳遞可靠性。

    3. 良好的燃油經(jīng)濟性。

    缺點:

    1. 結(jié)構(gòu)復(fù)雜,體積大、重量大。

    2. 曲柄連桿機構(gòu)中活塞的往復(fù)運動引起的往復(fù)慣性力和慣性力矩不能得到完全平衡,這個慣性力大小與轉(zhuǎn)速平方成正比,使發(fā)動機運轉(zhuǎn)平順性下降,限制發(fā)展高轉(zhuǎn)速發(fā)動機。

    3. 由于四沖程往復(fù)式活塞發(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轉(zhuǎn),導(dǎo)致發(fā)動機的功率、扭矩輸出非常的不均勻,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點,但是不可能完全消除。

◆ 轉(zhuǎn)子發(fā)動機:

    優(yōu)點:

    1. 體積小、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),所以大大減小了發(fā)動機高度,同時降低了車輛重心。

    2. 結(jié)構(gòu)簡單。相比較于往復(fù)式活塞發(fā)動機,轉(zhuǎn)子發(fā)動機減少了曲柄連桿機構(gòu),導(dǎo)致了發(fā)動機機構(gòu)大為簡化,零件減少。

    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態(tài),所以扭矩輸出比較于往復(fù)式活塞發(fā)動機更加均勻。

    4. 利于發(fā)展高速發(fā)動機,由于活塞轉(zhuǎn)子與主軸轉(zhuǎn)速比為1:3,故不需很高的活塞轉(zhuǎn)速即可實現(xiàn)發(fā)動機的高轉(zhuǎn)速。

    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程,以3000rpm和往復(fù)式活塞發(fā)動機作對比,往復(fù)式活塞發(fā)動機噴油750次/分,轉(zhuǎn)子發(fā)動機相當于轉(zhuǎn)速為1000rpm,但是需要噴油3000次/分,可見轉(zhuǎn)子發(fā)動機油耗明顯高于往復(fù)式活塞發(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燒,火焰?zhèn)鞑ヂ窂介L,燃油機油消耗量大,同時導(dǎo)致廢氣中污染物含量較高。

    2. 發(fā)動機的結(jié)構(gòu)導(dǎo)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. 由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機采用偏心軸,導(dǎo)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。

    5. 轉(zhuǎn)子發(fā)動機的加工制造技術(shù)高,成本比較高。

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