03.05 汽车的转子发动机与往复式发动机区别在哪?为什么?

南京万通李泽峰


汽车的发动机基本上都是往复运动式发动机,做功的时候活塞在气缸里边做往复直线运动,再利用曲柄连杆机构将直线运动转化为旋转运动。而比较特殊的转子发动机工作方式则有所不同,它直接将燃油燃烧产生的膨胀力转化为旋转力矩。省去了直线往复运动机构。

相比往复式发动机,转子发动机的结构简单,体积小,而且震动和噪音更小。输出功率更是惊人,据资料记载,1.5L左右的转子发动机输出功率等同于2.0T往复式涡轮增压发动机输出功率。但是转子发动机并不是完美无缺的,它也有致命的缺陷。

首先,由于转子发动机技术比较尖端,制作工艺要求比较高,成本比较贵。其独特的三角形转子结构也使得其维修困难。目前,也仅仅只有马自达汽车使用过这项技术,并没有广泛普及到汽车行业中。

另外,转子发动机的耗油相当高。主要因为转子发动机不像往复式活塞发动机那样,利用直线往复运动产生高压缩比,所以燃烧不充分。而且由于转子发动机内三角转子的相邻容腔间只有一个密封条,时间一久密封条就会磨损造成漏气问题,所以会大大增加油耗与环境污染。我想这也是马自达转子发动机被禁止参加勒芒赛的真正原因,并非网上传说的因为转子发动机的黑科技而禁赛。

最后,转子发动机的输出轴位置比较高,整车布置困难,而且由于转子发动机市场上使用很少,所以维护费用昂贵。要想转子发动机普及,还需要攻克不少的问题,尤其是比较知名的几个缺陷。


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一般发动机是往复运动式发动机,工作时活塞在气缸里做往复直线运动,为了把活塞的直线运动转化为旋转运动,必须使用曲柄连杆机构。转子发动机则不同,它直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。与往复式发动机相比,转子发动机取消了无用的直线运动,因而同样功率的转子发动机尺寸较小,重量较轻,而且振动和噪声较低,具有较大优势。

转子发动机的运动特点是:三角转子的中心绕输出轴中心公转的同时,三角转子本身又绕其中心自转。在三角转子转动时,以三角转子中心为中心的内齿圈与以输出轴中心为中心的齿轮啮合,齿轮固定在缸体上不转动,内齿圈与齿轮的齿数之比为3:2。上述运动关系使得三角转子顶点的运动轨迹(即汽缸壁的形状)似“8”字形。三角转子把汽缸分成三个独立空间,三个空间各自先后完成进气、压缩、做功和排气,三角转子自转一周,发动机点火做功三次。由于以上运动关系,输出轴的转速是转子自转速度的3倍,这与往复运动式发动机的活塞与曲轴1:1的运动关系完全不同。


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有以下不同几点:运动零件更少,与四冲程活塞式发动机相比,转子发动机的运动零件要少得多。 双转子发动机主要有三个运动零件: 两个转子和一个输出轴。 即使最简单的四缸活塞式发动机也至少有40个运动零件,包括活塞、连杆、凸轮轴、气门、气门弹簧、摇臂、正时皮带、正时齿轮和曲轴等。运动零件的减少意味着转子发动机的可靠性更高。 这就是为什么某些飞机制造商(包括空中客车在内)倾向于使用转子发动机而非活塞式发动机的原因。

转子发动机壳体的内部空间(或旋轮线室)总是被分成三个工作室。 在转子的运动过程中,这三个工作室的容积不停地变动,在摆线形缸体内相继完成进气、压缩、燃烧和排气四个过程。每个过程都是在摆线形缸体中的不同位置进行,这明显区别于往复式发动机。而往复式发动机的四个过程都是在一个汽缸内进行的。

转子发动机中所有零件均沿一个方向持续旋转,不需要像传统发动机中的活塞那样剧烈地变换方向。通过利用定向旋转配重物来消除震动,转子发动机实现了内部平衡。由于转子的旋转速度是输出轴的三分之一,因而发动机的主要运动零件的运动速度比活塞式发动机要慢得多。 这也有利于提高可靠性。

转子发动机的排气量通常用单位工作室容积和转子的数量来表示。例如,对于型号为13B的双转子发动机,排量为“654cc &TImes; 2”。单位工作室容积指工作室最大容积和最小容积之间的差值;而压缩比是最大容积和最小容积的比值。往复式发动机上也使用同样的定义。





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首先,往复式发动机和转子发动机都依靠空燃混合气燃烧产生的膨胀压力以获得转动力。两种发动机的机构差异在于使用膨胀压力的方式。在往复式发动机中,产生在活塞顶部表面的膨胀压力向下推动活塞,机械力被传给连杆,带动曲轴转动。

体积小重量轻:转子发动机有几个优点,其中最重要的一点是减小了体积和减轻了重量。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,这个优点对于汽车工程师们有着无比的吸引力。

精简结构: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,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,包括正时齿带、凸轮轴、摇臂、气门、气门弹簧等,而这在往复式发动机中是必不可少的一部分。综上所述,转子发动机组成所需要的部件大幅度减少。

均匀的扭矩特性:根据研究结果,转子发动机在整个速度范围内有相当均匀的扭矩曲线,即使是在两转子的设计中,运行中的扭矩波动也与直列六缸往复式发动机具有相同的水平,三转子的布置则要小于V型八缸往复式发动机。

运行更安静,噪音更小:对于往复式发动机,活塞运动本身就是一个振动源,同时气门机构也会产生令人讨厌的机械噪音。转子发动机平稳的转动运动产生的振动相当小,而且没有气门机构,因此能够更平稳和更安静的运行。

可靠性和耐久性:转子的转速是发动机转速的三分之一。另外,由于转子发动机没有那些高转速运动部件,如摇臂和连杆,所以在高负荷运动中,更可靠和更耐久。


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与四冲程活塞式发动机相比,转子发动机的运动零件要少得多。 双转子发动机主要有三个运动零件: 两个转子和一个输出轴。 即使最简单的四缸活塞式发动机也至少有40个运动零件,包括活塞、连杆、凸轮轴、气门、气门弹簧、摇臂、正时皮带、正时齿轮和曲轴等。 转子发动机中所有零件均沿一个方向持续旋转,不需要像传统发动机中的活塞那样剧烈地变换方向。通过利用定向旋转配重物来消除震动,转子发动机实现了内部平衡。 转子发动机中的动力输出也非常顺畅。 因为每次燃烧可使转子旋转90度,并且转子每旋转一周,输出轴将旋转三周,所以每次燃烧可使输出轴旋转270度。 这意味着单转子发动机的一次燃烧可为每个输出轴四分之三的旋转提供动力。而单缸活塞式发动机完成一次燃烧需要曲轴(活塞式发动机的输出轴)旋转两周,且燃烧使曲轴旋转180度;也就是说,曲轴每次旋转只有四分之一能获得动力。 由于转子的旋转速度是输出轴的三分之一,因而发动机的主要运动零件的运动速度比活塞式发动机要慢得多。 这也有利于提高可靠性。


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一般发动机是往复运动式发动机,工作时活塞在气缸里做往复直线运动,为了把活塞的直线运动转化为旋转运动,必须使用曲柄连杆机构。转子发动机则不同,它直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。与往复式发动机相比,转子发动机取消了无用的直线运动,因而同样功率的转子发动机尺寸较小,重量较轻,而且振动和噪声较低,具有较大优势。

转子发动机的运动特点是:

三角转子的中心绕输出轴中心公转的同时,三角转子本身又绕其中心自转。在三角转子转动时,以三角转子中心为中心的内齿圈与以输出轴中心为中心的齿轮啮合,齿轮固定在缸体上不转动,内齿圈与齿轮的齿数之比为3:2。上述运动关系使得三角转子顶点的运动轨迹(即汽缸壁的形状)似“8”字形。

三角转子把汽缸分成三个独立空间,三个空间各自先后完成进气、压缩、做功和排气,三角转子自转一周,发动机点火做功三次。由于以上运动关系,输出轴的转速是转子自转速度的3倍,这与往复运动式发动机的活塞与曲轴1:1的运动关系完全不同

转子发动机的优点:

转子引擎的转子每旋转一圈就作功三次,与一般的四冲程发动机每旋转两圈才作功一次相比,具有高马力容积比(引擎容积较小就能输出较多动力)的优点。

另外,由于转子引擎的轴向运转特性,它不需要精密的曲轴平衡就能达到较高的运转转速。整个发动机只有两个转动部件,与一般的四冲程发动机具有进、排气活门等二十多个活动部件相比结构大大简化,发生故障的可能性也大大减小。除了以上的优点外,转子引擎的优点亦包括体积较小、重量轻、低重心、震动小等。

转子发动机的缺点:

油耗高,污染重。

由于没有往复式发动机的高压缩比,使得燃烧不能够很充分。虽然马自达公司曾经给转子发动机增加了单涡轮增压和双涡轮增压等东西,但只是提高了输出马力,并适度的减少了尾气排放,但还是与往复式发动机有着很大的差距。

磨损严重,零部件寿命短。

由于三角转子引擎的相邻容腔间只有一个径向密封片,径向密封片与缸体始终是线接触,并且径向密封片上与缸体接触的位置始终在变化,因此三个燃烧室非完全隔离(密封),径向密封片磨损快。引擎使用一段时间之后容易因为油封材料磨损而造成漏气问题,大幅增加油耗与污染。其独特的机械结构也造成这类引擎较难维修

转子发动机与传统往复式发动机的比较

往复式发动机和转子发动机都依靠空燃混合气燃烧产生的膨胀压力以获得转动力。两种发动机的机构差异在于使用膨胀压力的方式。在往复式发动机中,产生在活塞顶部表面的膨胀压力向下推动活塞,机械力被传给连杆,带动曲轴转动。

对于转子发动机,膨胀压力作用在转子的侧面。 从而将三角形转子的三个面之一推向偏心轴的中心(见图中力PG)。这一运动在两个分力的力作用下进行。一个是指向输出轴中心(见图中的Pb)的向心力,另一个是使输出轴转动的切线力(Ft)。

壳体的内部空间(或旋轮线室)总是被分成三个工作室。 在转子的运动过程中,这三个工作室的容积不停地变动,在摆线形缸体内相继完成进气、压缩、燃烧和排气四个过程。每个过程都是在摆线形缸体中的不同位置进行,这明显区别于往复式发动机。往复式发动机的四个过程都是在一个汽缸内进行的。

转子发动机的排气量通常用单位工作室容积和转子的数量来表示。例如,对于型号为13B的双转子发动机,排量为“654cc × 2”。

单位工作室容积指工作室最大容积和最小容积之间的差值;而压缩比是最大容积和最小容积的比值。往复式发动机上也使用同样的定义。

转子发动机与活塞式发动机的区别与传统的活塞式发动机相比,转子发动机有以下几个突出优点。

运动零件更少

与四冲程活塞式发动机相比,转子发动机的运动零件要少得多。 双转子发动机主要有三个运动零件: 两个转子和一个输出轴。 即使最简单的四缸活塞式发动机也至少有40个运动零件,包括活塞、连杆、凸轮轴、气门、气门弹簧、摇臂、正时皮带、正时齿轮和曲轴等。

运动零件的减少意味着转子发动机的可靠性更高。 这就是为什么某些飞机制造商(包括空中客车在内)倾向于使用转子发动机而非活塞式发动机的原因。

更顺畅

转子发动机中所有零件均沿一个方向持续旋转,不需要像传统发动机中的活塞那样剧烈地变换方向。通过利用定向旋转配重物来消除震动,转子发动机实现了内部平衡。

转子发动机中的动力输出也非常顺畅。 因为每次燃烧可使转子旋转90度,并且转子每旋转一周,输出轴将旋转三周,所以每次燃烧可使输出轴旋转270度。这意味着单转子发动机的一次燃烧可为每个输出轴四分之三的旋转提供动力。而单缸活塞式发动机完成一次燃烧需要曲轴(活塞式发动机的输出轴)旋转两周,且燃烧使曲轴旋转180度;也就是说,曲轴每次旋转只有四分之一能获得动力。

更缓慢

由于转子的旋转速度是输出轴的三分之一,因而发动机的主要运动零件的运动速度比活塞式发动机要慢得多。 这也有利于提高可靠性。


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一般发动机是往复运动式发动机,工作时活塞在气缸里做往复直线运动,为了把活塞的直线运动转化为旋转运动,必须使用曲柄连杆机构。转子发动机则不同,它直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。与往复式发动机相比,转子发动机取消了无用的直线运动,因而同样功率的转子发动机尺寸较小,重量较轻,而且振动和噪声较低,具有较大优势。

转子发动机的运动特点是:

三角转子的中心绕输出轴中心公转的同时,三角转子本身又绕其中心自转。在三角转子转动时,以三角转子中心为中心的内齿圈与以输出轴中心为中心的齿轮啮合,齿轮固定在缸体上不转动,内齿圈与齿轮的齿数之比为3:2。上述运动关系使得三角转子顶点的运动轨迹(即汽缸壁的形状)似“8”字形。

三角转子把汽缸分成三个独立空间,三个空间各自先后完成进气、压缩、做功和排气,三角转子自转一周,发动机点火做功三次。由于以上运动关系,输出轴的转速是转子自转速度的3倍,这与往复运动式发动机的活塞与曲轴1:1的运动关系完全不同

转子发动机的优点:

转子引擎的转子每旋转一圈就作功三次,与一般的四冲程发动机每旋转两圈才作功一次相比,具有高马力容积比(引擎容积较小就能输出较多动力)的优点。

另外,由于转子引擎的轴向运转特性,它不需要精密的曲轴平衡就能达到较高的运转转速。整个发动机只有两个转动部件,与一般的四冲程发动机具有进、排气活门等二十多个活动部件相比结构大大简化,发生故障的可能性也大大减小。除了以上的优点外,转子引擎的优点亦包括体积较小、重量轻、低重心、震动小等。

转子发动机的缺点:

油耗高,污染重。

由于没有往复式发动机的高压缩比,使得燃烧不能够很充分。虽然马自达公司曾经给转子发动机增加了单涡轮增压和双涡轮增压等东西,但只是提高了输出马力,并适度的减少了尾气排放,但还是与往复式发动机有着很大的差距。

磨损严重,零部件寿命短。

由于三角转子引擎的相邻容腔间只有一个径向密封片,径向密封片与缸体始终是线接触,并且径向密封片上与缸体接触的位置始终在变化,因此三个燃烧室非完全隔离(密封),径向密封片磨损快。引擎使用一段时间之后容易因为油封材料磨损而造成漏气问题,大幅增加油耗与污染。其独特的机械结构也造成这类引擎较难维修

转子发动机与传统往复式发动机的比较

往复式发动机和转子发动机都依靠空燃混合气燃烧产生的膨胀压力以获得转动力。两种发动机的机构差异在于使用膨胀压力的方式。在往复式发动机中,产生在活塞顶部表面的膨胀压力向下推动活塞,机械力被传给连杆,带动曲轴转动。

对于转子发动机,膨胀压力作用在转子的侧面。 从而将三角形转子的三个面之一推向偏心轴的中心(见图中力PG)。这一运动在两个分力的力作用下进行。一个是指向输出轴中心(见图中的Pb)的向心力,另一个是使输出轴转动的切线力(Ft)。

壳体的内部空间(或旋轮线室)总是被分成三个工作室。 在转子的运动过程中,这三个工作室的容积不停地变动,在摆线形缸体内相继完成进气、压缩、燃烧和排气四个过程。每个过程都是在摆线形缸体中的不同位置进行,这明显区别于往复式发动机。往复式发动机的四个过程都是在一个汽缸内进行的。

转子发动机的排气量通常用单位工作室容积和转子的数量来表示。例如,对于型号为13B的双转子发动机,排量为“654cc × 2”。

单位工作室容积指工作室最大容积和最小容积之间的差值;而压缩比是最大容积和最小容积的比值。往复式发动机上也使用同样的定义。

转子发动机与活塞式发动机的区别与传统的活塞式发动机相比,转子发动机有以下几个突出优点。

运动零件更少

与四冲程活塞式发动机相比,转子发动机的运动零件要少得多。 双转子发动机主要有三个运动零件: 两个转子和一个输出轴。 即使最简单的四缸活塞式发动机也至少有40个运动零件,包括活塞、连杆、凸轮轴、气门、气门弹簧、摇臂、正时皮带、正时齿轮和曲轴等。

运动零件的减少意味着转子发动机的可靠性更高。 这就是为什么某些飞机制造商(包括空中客车在内)倾向于使用转子发动机而非活塞式发动机的原因。

更顺畅

转子发动机中所有零件均沿一个方向持续旋转,不需要像传统发动机中的活塞那样剧烈地变换方向。通过利用定向旋转配重物来消除震动,转子发动机实现了内部平衡。

转子发动机中的动力输出也非常顺畅。 因为每次燃烧可使转子旋转90度,并且转子每旋转一周,输出轴将旋转三周,所以每次燃烧可使输出轴旋转270度。这意味着单转子发动机的一次燃烧可为每个输出轴四分之三的旋转提供动力。而单缸活塞式发动机完成一次燃烧需要曲轴(活塞式发动机的输出轴)旋转两周,且燃烧使曲轴旋转180度;也就是说,曲轴每次旋转只有四分之一能获得动力。

更缓慢

由于转子的旋转速度是输出轴的三分之一,因而发动机的主要运动零件的运动速度比活塞式发动机要慢得多。 这也有利于提高可靠性。


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