什么是双转子发动机技术?

转子发动机又称密勒循环发动机,利用三角转子的旋转运动来控制压缩和排放,与传统活塞往复式发动机的直线运动有很大不同。这种发动机由德国人菲加斯·万克尔发明,在总结前人研究成果的基础上解决了一些关键技术问题,成功研制出第一台转子发动机。

1964年,日内瓦的德法合资企业COMOBIL公司首次将转子发动机装上汽车,成为正式产品。1967年,日本人还把转子发动机装在马自达汽车上,开始大规模生产。

而且采用转子发动机的RX-7跑车已经进入美国市场,令人印象深刻。

转子发动机的运动特点是三角形转子的中心绕输出轴的中心旋转,同时三角形转子本身也绕其中心旋转。当三角转子转动时,以三角转子中心为圆心的内齿圈与以输出轴中心为圆心的齿轮啮合,齿轮固定在缸体上不转动。内齿圈的齿数与齿轮的齿数比为3:2。上述运动关系使得三角转子顶点(即筒壁形状)的运动轨迹看起来像一个“8”。三角形转子将气缸分成三个独立的空间,分别完成进气、压缩、做功和排气。三角转子旋转一周,发动机点火做功三次。由于上述运动关系,输出轴转速是转子转速的三倍,与往复式发动机不同。

RX-8动力总成RENESIS转子发动机在2004年北京车展上首次展出,象征着马自达汽车公司的核心。转子发动机的发展历史与马自达的成长密切相关。今天,马自达是世界上唯一一家生产和销售转子发动机汽车的公司。

现代的转子发动机由一个茧形外壳组成(外壳内放置一个三角形转子)。转子与壳壁之间的空间作为内部燃烧室,气体膨胀的压力驱动转子旋转。转子发动机和普通内燃机一样,在其工作室内必须形成进气、压缩、燃烧、排气四个工作过程。如果将三角形转子放在圆形壳体的中心,工作室的容积不会随着转子在壳体内的转动而变化。即使空气燃料混合物在那里被点燃,燃烧气体的膨胀压力也只会作用在转子的中部,而不会旋转。这就是为什么壳体的内圆周被设计成次摆线形状,并与安装在偏心轴上的转子组装在一起。因此,每转一周,工作室的容积变化两次,从而实现内燃机的四个工作过程。

在汪克尔型转子发动机上,转子的顶点在发动机壳体的内圆周上随着椭圆形壳体移动,同时在围绕发动机壳体中心的偏心轨道上保持与输出轴齿轮的接触。三角形转子的轨迹由相位齿轮机构限定。相位齿轮包括安装在转子内部的内齿圈和安装在偏心轴上的外齿轮。如果转子齿轮的内侧有30个齿,则轴齿轮的外圆周上有20个齿,因此齿数比为3:2。由于这个齿数比,转子和轴之间的速比限制在1:3。

与偏心轴相比,转子的转动周期更长。转子旋转一周,偏心轴旋转三周。当发动机转速为3000转/分时,转子的转速仅为1000转/分。

往复式发动机和旋转式发动机都是依靠空气燃料混合物燃烧产生的膨胀压力来获得旋转力。两种发动机的机理区别在于利用膨胀压力的方式。在往复式发动机中,活塞顶面产生的膨胀压力向下推动活塞,机械力传递给连杆,带动曲轴旋转。

壳体的内部空间(或转轮室)总是被分成三个工作室。在转子运动过程中,这三个工作腔的容积不断变化,在摆缸中先后完成进气、压缩、燃烧、排气四个过程。每一个过程都是在摆缸的不同位置进行的,与往复式发动机有明显的区别。往复式发动机的四个过程都是在一个气缸里进行的。

转子发动机的排量通常用单位工作室容积和转子数量来表示。比如型号为13B的双转子发动机,排量为“654cc ×2”。

单位工作室容积是指工作室的最大容积和最小容积之差;压缩比是最大体积与最小体积之比。同样的定义也用于往复式发动机。

如上一页图所示,我们可以看到转子发动机工作容积的变化,以及转子发动机与四冲程往复式发动机的区别。虽然两种发动机的工作腔容积呈波浪形平稳变化,但两者有明显的区别。一、各过程的旋转角度:往复式发动机旋转180度,而旋转式发动机旋转270度,是往复式发动机的1.5倍。换句话说,在转子发动机中,偏心轴旋转三次(1080度),转子旋转一次。这样,转子发动机可以获得较长的处理时间,形成较小的扭矩波动,从而使运转平稳顺畅。

此外,即使在高速运转时,转子的转速也相当缓慢,使进排气时间更加宽松,这为能够获得更高动力性能的系统的运转提供了便利。

结构简化:由于转子发动机直接将空燃混合气燃烧产生的膨胀压力转化为三角转子和偏心轴的旋转力,因此不需要设置连杆,进气口和排气口都是靠转子本身的运动来开闭的;不需要配气机构,包括正时皮带、凸轮轴、摇臂、气门和气门弹簧,是往复式发动机必不可少的部件。综上所述,转子发动机组成所需的部件大大减少。

均匀扭矩特性:根据研究结果,转子发动机在整个转速范围内具有相当均匀的扭矩曲线。即使是双转子的设计,运行中的扭矩波动也和直列六缸往复式发动机一样,三转子的布置也比V型八缸往复式发动机小。