三角轉子發動機

轉子發動機和您汽車中的發動機一樣，是一種內燃發動機，但其工作方式卻與傳統的活塞式發動機完全不同。 在活塞式發動機中，同一空間內（氣缸）要交替完成四項不同的作業——進氣、壓縮、燃燒和排氣。 轉子發動機同樣也要完成這四項作業，但是每項作業是在各自的殼體中完成的。 這就好像每項作業有一個專用氣缸，活塞連續地從一個氣缸移至下一個氣缸。

轉子發動機是由費利克斯·汪克爾博士發明的，因此有時也稱為汪克爾發動機或汪克爾轉子發動機。

在本文中，我們將瞭解轉子發動機的工作原理。 首先從其基本工作原理談起。

與活塞式發動機一樣，轉子發動機也是利用空氣、燃油混合氣燃燒產生的壓力。 在活塞式發動機中，該壓力保存在氣缸中，驅使活塞運動。 連桿和曲軸將活塞的來回運動轉換為為汽車提供動力的旋轉運動。

在轉子發動機中，燃燒產生的壓力保存在殼體和三角形轉子（在該發動機中用來代替活塞）構成的密封室中。

馬自達RX-7中的轉子發動機的轉子和殼體：這些零件取代了活塞式發動機中的活塞、氣缸、氣門、連桿和凸輪軸。

轉子的行進路徑與呼吸測量儀產生的軌跡類似。 轉子的頂點與殼體接觸，從而形成三個獨立的氣室。 轉子不停地圍繞燃燒室運動，三種體積的氣體交替膨脹和收縮。 正是這種膨脹和收縮將空氣和燃料吸入發動機，然後對此混合氣體進行壓縮，並在氣體膨脹時生成有用的動力，最後排出廢氣。

下面我們將深入轉子發動機內部，瞭解其各個零件。首先我們來看一種裝備了新型轉子發動機的新車型。

馬自達一直是使用轉子發動機的量產車研發先鋒。 於1978年投放市場的RX-7大概是最成功的轉子發動機動力汽車。 但在它之前已經出現了一系列轉子發動機轎車、卡車甚至公共汽車，1967年的Cosmo Sport是最早的一款。RX-7於1995退出美國市場，但轉子發動機在不久的將來必將重返市場。

馬自達RX-8是馬自達公司推出的一款新型轎車，它裝配有RENESIS新型轉子發動機。 該發動機曾獲2003年國際最佳發動機獎。它是一種自然吸氣式雙轉子發動機，可產生約250馬力的強大動力。

零件

轉子有三個凸面，每個凸面相當於一個活塞。 轉子的每個凸面都有一個凹陷，用於增加發動機的排氣量，容納更多空氣、燃油混合氣。

每個凸面的頂點是一個金屬刀片，它形成對燃燒室的外部密封。 轉子的每側有金屬環，用於密封燃燒室的兩側。

轉子有一組內部輪齒，位於其中一個側面的中心。 它們與固定到殼體的齒輪相齧合。 這種齧合決定了轉子在殼體內運動的路徑和方向。

殼體大致呈橢圓形（實際上是一個外旋輪線——請查看此Java演示，瞭解該形狀是如何導出的）。 之所以設計成這樣，目的在於使轉子各頂點能夠始終與室壁接觸，從而形成三個獨立的密封氣室。

殼體的每一部分都專用於燃燒過程的一部分。 燃燒過程的四部分包括：

進氣 壓縮 燃燒 排氣 進、排氣口位於殼體中。它們沒有氣門。 排氣口直接連接到排氣裝置，進氣口直接連接到節氣門。

輸出軸有一些離心式圓形凸軸，也就是説，它們偏離了軸的中心線。 一個轉子與一個凸軸相合。 這些凸軸的作用類似於活塞式發動機中的曲軸。 當轉子沿其路徑在殼體內轉動時，會推動這些凸軸。 由於凸軸是以離心方式安裝在輸出軸上的，因此轉子施加給凸軸的力在輸出軸中產生力矩，從而使輸出軸旋轉。

下面，我們來看看這些零件是如何裝配在一起併產生動力的。

轉子發動機是分層裝配的。雙轉子發動機主要包含五層，它們由一圈長螺栓壓在一起。 冷卻液從圍繞該分層部件的管道中流過。

兩端的分層部件包含密封件和輸出軸軸承。 它們還將包含轉子的兩個殼體部分密封在內。 這些分層部件的內表面非常光滑，從而使轉子上的密封件能很好地發揮作用。 進氣口分別位於兩端分層部件上。

由外向內第二層是橢圓形的轉子殼體，它包含排氣口。 這是包含轉子的殼體部分。

中間一層部件包含兩個進氣口，分別用於兩個轉子。 它還用於將兩個轉子分開，因此其外表面非常光滑。

轉子的中心是一個較大的內部齒輪，它與一個固定在發動機殼體上的小齒輪相齧合。 這決定了轉子的運行軌跡。 轉子還與輸出軸上的大圓凸軸相齧合。

接下來，我們來看看這種發動機是如何產生動力的。

轉子發動機採用四衝程燃燒循環，這與活塞式發動機環相同。 但在轉子發動機中，它是以一種完全不同的方式完成的。

轉子發動機的核心是轉子。 它相當於活塞式發動機中的活塞。 轉子安裝在輸出軸上的大圓凸軸上。 此凸軸偏離軸中心線，其作用相當於絞盤上的曲軸，為轉子提供驅動輸出軸所需的槓桿。 當轉子在殼體內轉動時，會推動凸軸旋轉；轉子每轉一週，凸軸會旋轉三週。

如果您仔細觀察，會看到轉子每轉一週，輸出軸上的偏置凸軸將轉三週。 當轉子在殼體內運動時，由轉子構成的三個缸室的體積將發生變化。 這種變化會產生一種泵作用。 讓我們看看轉子的一個面經歷的四個發動機衝程。

循環進氣階段從轉子頂點經過進氣口時開始。 在進氣口接通缸室的那一刻，缸室的體積接近其最小值。 當轉子轉過進氣口時，缸室的體積將增大，從而將空氣、燃油混合氣吸入缸室。

當缸室的頂點經過進氣口時，該缸室即被密封，然後並開始壓縮。

當轉子繼續在殼體內運動時，缸室的體積會變得更小，進而壓縮空氣、燃油混合氣。 當轉子的面轉到火花塞處時，缸室的體積再次接近最小。 這是燃燒的起點。

多數轉子發動機有兩個火花塞， 燃燒室比較狹長。如果只有一個火花塞，火焰的蔓延速度會很慢。 當火花塞點燃空氣、燃油混合氣時，會迅速產生壓力，驅動轉子運動。

燃燒的壓力會驅動轉子沿着缸室體積增大的方向移動。 燃燒氣體繼續膨脹，推動轉子併產生動力，直至轉子的頂點再次經過排氣口。

當轉子的頂點經過排氣口時，高壓燃燒氣體會釋放到排氣裝置中。 當轉子繼續運動時，缸室開始壓縮，迫使剩餘廢氣排出。 當缸室體積接近最小時，轉子的頂點將經過進氣口，整個循環再次開始。

轉子發動機的一個亮點是，轉子的三個面始終作用於循環的某部分——在轉子轉滿一週時，將有三個燃燒衝程。 但是請注意，轉子每轉一週時，輸出軸將旋轉三週，這意味着針對輸出軸的每次旋轉都有一個燃燒衝程。

與傳統的活塞式發動機相比，轉子發動機有以下幾個突出優點。

與四衝程活塞式發動機相比，轉子發動機的運動零件要少得多。 雙轉子發動機主要有三個運動零件： 兩個轉子和一個輸出軸。 即使最簡單的四缸活塞式發動機也至少有40個運動零件，包括活塞、連桿、凸輪軸、氣門、氣門彈簧、搖臂、正時皮帶、正時齒輪和曲軸等。

運動零件的減少意味着轉子發動機的可靠性更高。 這就是為什麼某些飛機制造商（包括空中客車在內）傾向於使用轉子發動機而非活塞式發動機的原因。

轉子發動機中所有零件均沿一個方向持續旋轉，不需要像傳統發動機中的活塞那樣劇烈地變換方向。通過利用定向旋轉配重物來消除震動，轉子發動機實現了內部平衡。

轉子發動機中的動力輸出也非常順暢。 因為每次燃燒可使轉子旋轉90度，並且轉子每旋轉一週，輸出軸將旋轉三週，所以每次燃燒可使輸出軸旋轉270度。 這意味着單轉子發動機的一次燃燒可為每個輸出軸四分之三的旋轉提供動力。而單缸活塞式發動機完成一次燃燒需要曲軸（活塞式發動機的輸出軸）旋轉兩週，且燃燒使曲軸旋轉180度；也就是説，曲軸每次旋轉只有四分之一能獲得動力。

由於轉子的旋轉速度是輸出軸的三分之一，因而發動機的主要運動零件的運動速度比活塞式發動機要慢得多。 這也有利於提高可靠性。

挑戰

轉子發動機的設計面臨以下一些挑戰：

通常，使轉子發動機滿足美國的排放標準要困難一些（但並非不可能）。 製造成本更高，主要是因為其生產數量不像活塞式發動機那麼多。 通常比活塞式發動機更耗油，因為狹長的燃燒室和較低的壓縮比會降低熱動力效率。