詳解轉子發動機 往復式活塞發動機原理

2022-05-03 00:51:03 字數 2883 閱讀 5494

發動機是汽車最為關鍵的部分,是決定車子效能的最重要的因素,猶如人的心臟。大部分人都知道我們日常用的是活塞往復式發動機,又分為兩衝程發動機和四衝程發動機(以下以四衝程發動機為例),但是還有一種不為大部分人所熟知的發動機,那就是轉子發動機,又叫汪克爾發動機。

『豐田皇冠往復式發動機』

『馬自達rx8轉子發動機』

我們日常經常看到的為活塞往復運動形式的發動機,即活塞在汽缸內作往復的直線運動,通過曲軸把活塞的直線運動轉化為曲軸的旋轉,而轉子發動機沒有這個轉化過程,它是通過活塞在汽缸內的旋轉來帶動發動機主軸(即普通發動機的曲軸,因為不是彎曲的故不再叫曲軸)旋轉的,故兩者有著很大的區別。

發動機通過燃燒油氣混合氣來推動活塞作往復運動帶動曲軸旋轉,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).以四衝程汽油發動機為例,如下圖

a進氣衝程:活塞從上止點運動到下止點的過程叫進氣衝程(曲軸旋轉角度0~180°),該衝程進氣門開啟,排氣門關閉,氣室與大氣相通,通過大氣壓力使油氣混合氣進入,進氣終了汽缸內壓力約為0.075~0.

09mpa。

b壓縮衝程:活塞從下止點運動到上止點的過程叫壓縮衝程(曲軸旋轉角度180°~360°),該衝程進排氣門全關閉,氣室內的油氣混合氣壓力逐漸公升高,壓縮衝程終了氣室內壓力約為0.6~1.

2mpa。

c作功衝程:活塞從上止點運動到下止點的過程叫作功衝程(曲軸旋轉角度360°~540°),該衝程進排氣門全關閉,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的壓力急劇公升高(可達到3~5mpa),推動活塞作向曲軸的運動,壓力逐漸下降,作功衝程終了氣室內壓力約為0.3~0.

5mpa。

d排氣衝程:活塞從下止點運動到上止點的過程叫排氣衝程(曲軸旋轉角度540°~720°),該衝程進氣門關閉,排氣門開啟,活塞向上運動推動燃燒後的廢氣排出氣室,該衝程終了氣室內的氣壓約為0.105~0.

115mpa。該衝程的結束也標誌這發動機乙個工作迴圈的結束。

『轉子發動機』

下圖為轉子發動機與往復式發動機各衝程的比較(圖中兩個氣孔左側為進氣,右側為排氣),該轉子發動機與往復式四衝程發動機工迴圈相同,即由進氣、壓縮、作功、排氣四個衝程構成,圖中由三角轉子的乙個弧面bc與氣缸型麵之間形成的工作腔(bc工作腔)為例,說明轉子發動機的四衝程工作原理。

a b c d a

進氣衝程:當三角轉子的角頂c轉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,相當於往復式發動機的上止點位置。

隨著轉子繼續轉動,bc工作腔的容積逐漸增大,可燃混合氣不斷被吸入氣缸。當轉子自轉90°(主軸轉270°,轉子發動機中轉子與主軸轉速比為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,相當於往復式發動機的下止點位置,進氣衝程結束。

壓縮衝程:隨著三角轉子的繼續轉動,角頂b越過進氣孔的左側邊緣,壓縮衝程開始,bc工作腔的容積逐漸縮小,壓力越來越大,到達位置c時,轉子自轉180°(主軸旋轉540°),bc工作腔容積達到最小,相當於往復式發動機的上止點位置,壓縮衝程結束。

作功衝程:在壓縮衝程終了,火花塞跳火,高溫高壓的氣體推動三角活塞繼續轉動,bc工作腔的容積逐漸增大,當角頂c達到排氣孔右側邊緣,在位置d,轉子自轉270°(主軸旋轉810°),bc工作腔的容積達到最大,相當於往復式發動機的下止點位置,作功衝程結束。

排氣衝程:三角轉子角頂c轉過排氣孔右側位置時,排氣衝程開始,最終三角轉子回到位置a,排氣衝程結束,轉子自轉360°(主軸轉三周),乙個工作迴圈結束。同時,ca工作腔、ab工作腔也分別完成乙個工作迴圈。

●發動機構成比較:

轉子發動機:機體組、配氣機構、供給系統、點火系統、冷卻系統、潤滑系統、啟動系統

往復式活塞發動機:機體組、曲柄連桿機構、配氣機構、供給系統、點火系統、冷卻系統、潤滑系統、啟動系統

●兩種發動機的優缺點:

◆往復式發動機:

優點:1. 製造技術成熟,誕生已經有120多年,各種技術不斷完善,是世界上應用最廣的內燃機,保養維修成本低。

2. 工作可靠,良好的氣密性和功率傳遞可靠性。

3. 良好的燃油經濟性。

缺點:1. 結構複雜,體積大、重量大。

2. 曲柄連桿機構中活塞的往復運動引起的往復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速平方成正比,使發動機運轉平順性下降,限制發展高轉速發動機。

3. 由於四衝程往復式活塞發動機的工作方式為四個衝程中有三個衝程完全依靠飛輪慣性旋轉,導致發動機的功率、扭矩輸出非常的不均勻,儘管現代發動機採用了多缸和v型排列來減小這個缺點,但是不可能完全消除。

◆轉子發動機:

優點:1. 體積小、重量輕,便於降低車輛重心。由於轉子發動機沒有曲柄連桿機構,所以大大減小了發動機高度,同時降低了車輛重心。

2. 結構簡單。相比較於往復式活塞發動機,轉子發動機減少了曲柄連桿機構,導致了發動機機構大為簡化,零件減少。

3. 均勻的扭矩特性。由於轉子發動機乙個氣缸同時有三個工作腔處於工作狀態,所以扭矩輸出比較於往復式活塞發動機更加均勻。

4. 利於發展高速發動機,由於活塞轉子與主軸轉速比為1:3,故不需很高的活塞轉速即可實現發動機的高轉速。

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,活塞轉子每旋轉一周相當於有三個作功衝程,以3000rpm和往復式活塞發動機作對比,往復式活塞發動機噴油750次/分,轉子發動機相當於轉速為1000rpm,但是需要噴油3000次/分,可見轉子發動機油耗明顯高於往復式活塞發動機,同時轉子發動機的燃燒室形狀不利於可燃混合氣的充分燃燒,火焰傳播路徑長,燃油機油消耗量大,同時導致廢氣中汙染物含量較高。

2. 發動機的結構導致只能採取點燃式而不能採用壓燃式,即只能用汽油作為燃料而不能用柴油。

3. 由於轉子發動機採用偏心軸,導致發動機振動較大。

4.功率輸出軸(主軸)位置高,不利於整車布置。

5.轉子發動機的加工製造技術高,成本比較高。

發動機教案

教案2006 2007學年第二學期 學校專業濟南九職專汽車專業部 課程名稱汽車發動機 專業 年級 班級汽車維修05級 1 2 主講教師趙俊山 濟南九職專 教案編寫說明 教案又稱課時授課計畫,是任課教師的教學實施方案。任課教師應遵循專業教學計畫制訂的培養目標,以教學大綱為依據,在熟悉教材 了解學生的基...

發動機原理

一 名詞解釋 工質 與能量轉換有關的工作物質 迴圈熱效率 工質所做的迴圈功w與迴圈加熱量q之比 壓縮比 va vc 壓力公升高比 pz pc 迴圈平均壓力pi 單位氣缸容積所做的迴圈功 指示功wi 乙個實際迴圈工質對活塞所做的有用功 平均指示壓力pmi 發動機單位汽缸工作容積的指示功 指示熱效率 i...

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