转子发动反击.docx

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转子发动反击

发动机是汽车最为关键的部分，是决定车子性能的最重要的因素，犹如人的心脏。

大部分人都知道我们日常用的是活塞往复式发动机，又分为两冲程发动机和四冲程发动机（以下以四冲程发动机为例），但是还有一种不为大部分人所熟知的发动机，那就是转子发动机，又叫汪克尔发动机。

『丰田皇冠往复式发动机』

『马自达RX8转子发动机』

我们日常经常看到的为活塞往复运动形式的发动机，即活塞在汽缸内作往复的直线运动，通过曲轴把活塞的直线运动转化为曲轴的旋转，而转子发动机没有这个转化过程，它是通过活塞在汽缸内的旋转来带动发动机主轴（即普通发动机的曲轴,因为不是弯曲的故不再叫曲轴）旋转的，故两者有着很大的区别。

发动机通过燃烧油气混合气来推动活塞作往复运动带动曲轴旋转，活塞顶面距曲轴中心线最远的位置称为上止点（TDC---TopDeadCenter）,活塞顶面距曲轴中心线最近的位置称为下止点（BDC---BottomDeadCenter）.以四冲程汽油发动机为例，如下图

a进气冲程：

活塞从上止点运动到下止点的过程叫进气冲程（曲轴旋转角度0~180°），该冲程进气门打开，排气门关闭，气室与大气相通，通过大气压力使油气混合气进入，进气终了汽缸内压力约为0.075~0.09MPa。

b压缩冲程：

活塞从下止点运动到上止点的过程叫压缩冲程（曲轴旋转角度180°~360°），该冲程进排气门全关闭，气室内的油气混合气压力逐渐升高，压缩冲程终了气室内压力约为0.6~1.2MPa。

c作功冲程：

活塞从上止点运动到下止点的过程叫作功冲程（曲轴旋转角度360°~540°），该冲程进排气门全关闭，活塞在上止点位置时火花塞跳火点燃油气混合气使气缸内的压力急剧升高（可达到3~5MPa），推动活塞作向曲轴的运动，压力逐渐下降，作功冲程终了气室内压力约为0.3~0.5MPa。

d排气冲程：

活塞从下止点运动到上止点的过程叫排气冲程（曲轴旋转角度540°~720°），该冲程进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动推动燃烧后的废气排出气室，该冲程终了气室内的气压约为0.105~0.115MPa。

该冲程的结束也标志这发动机一个工作循环的结束。

『转子发动机』

下图为转子发动机与往复式发动机各冲程的比较（图中两个气孔左侧为进气，右侧为排气）,该转子发动机与往复式四冲程发动机工循环相同，即由进气、压缩、作功、排气四个冲程构成，图中由三角转子的一个弧面BC与气缸型面之间形成的工作腔（BC工作腔）为例，说明转子发动机的四冲程工作原理。

a b c d a

进气冲程：

当三角转子的角顶C转到进气孔右边的边缘时，BC工作腔开始进气，在位置a，进排气孔相通，进排气重叠。

这是BC工作腔的容积最小，相当于往复式发动机的上止点位置。

随着转子继续转动，BC工作腔的容积逐渐增大，可燃混合气不断被吸入气缸。

当转子自转90°（主轴转270°，转子发动机中转子与主轴转速比为1：

3，通过相互啮合齿轮确定）到达位置b时，BC工作腔的容积达到最大，相当于往复式发动机的下止点位置，进气冲程结束。

压缩冲程：

随着三角转子的继续转动，角顶B越过进气孔的左侧边缘，压缩冲程开始，BC工作腔的容积逐渐缩小，压力越来越大，到达位置c时，转子自转180°（主轴旋转540°），BC工作腔容积达到最小，相当于往复式发动机的上止点位置，压缩冲程结束。

作功冲程：

在压缩冲程终了，火花塞跳火，高温高压的气体推动三角活塞继续转动，BC工作腔的容积逐渐增大，当角顶C达到排气孔右侧边缘，在位置d，转子自转270°（主轴旋转810°），BC工作腔的容积达到最大，相当于往复式发动机的下止点位置，作功冲程结束。

排气冲程：

三角转子角顶C转过排气孔右侧位置时，排气冲程开始，最终三角转子回到位置a，排气冲程结束，转子自转360°（主轴转三周），一个工作循环结束。

同时，CA工作腔、AB工作腔也分别完成一个工作循环。

●发动机构成比较：

转子发动机：

机体组、配气机构、供给系统、点火系统、冷却系统、润滑系统、启动系统

往复式活塞发动机:

 机体组、曲柄连杆机构、配气机构、供给系统、点火系统、冷却系统、润滑系统、启动系统

●两种发动机的优缺点：

◆往复式发动机：

优点：

1.制造技术成熟，诞生已经有120多年，各种技术不断完善，是世界上应用最广的内燃机，保养维修成本低。

2.工作可靠，良好的气密性和功率传递可靠性。

3.良好的燃油经济性。

缺点：

1.结构复杂，体积大、重量大。

2.曲柄连杆机构中活塞的往复运动引起的往复惯性力和惯性力矩不能得到完全平衡，这个惯性力大小与转速平方成正比，使发动机运转平顺性下降，限制发展高转速发动机。

3.由于四冲程往复式活塞发动机的工作方式为四个冲程中有三个冲程完全依靠飞轮惯性旋转，导致发动机的功率、扭矩输出非常的不均匀，尽管现代发动机采用了多缸和V型排列来减小这个缺点，但是不可能完全消除。

◆转子发动机：

优点：

1.体积小、重量轻，便于降低车辆重心。

由于转子发动机没有曲柄连杆机构，所以大大减小了发动机高度，同时降低了车辆重心。

2.结构简单。

相比较于往复式活塞发动机，转子发动机减少了曲柄连杆机构，导致了发动机机构大为简化，零件减少。

3.均匀的扭矩特性。

由于转子发动机一个气缸同时有三个工作腔处于工作状态，所以扭矩输出比较于往复式活塞发动机更加均匀。

4.利于发展高速发动机，由于活塞转子与主轴转速比为1：

3，故不需很高的活塞转速即可实现发动机的高转速。

缺点：

1.油耗高，尾气排放难达标。

因其每个气缸有三个工作腔，活塞转子每旋转一周相当于有三个作功冲程，以3000rpm和往复式活塞发动机作对比，往复式活塞发动机喷油750次/分，转子发动机相当于转速为1000rpm,但是需要喷油3000次/分，可见转子发动机油耗明显高于往复式活塞发动机，同时转子发动机的燃烧室形状不利于可燃混合气的充分燃烧，火焰传播路径长，燃油机油消耗量大，同时导致废气中污染物含量较高。

2.发动机的结构导致只能采取点燃式而不能采用压燃式，即只能用汽油作为燃料而不能用柴油。

3.由于转子发动机采用偏心轴，导致发动机振动较大。

4.功率输出轴（主轴）位置高，不利于整车布置。

5.转子发动机的加工制造技术高，成本比较高。

汽车转子发动机工作原理动画图

2007-11-1510:

04

转子发动机又称为米勒循环发动机。

它采用三角转子旋转运动来控制压缩和排放，与传统的活塞往复式发动机的直线运动迥然不同。

这种发动机由德国人菲加士·汪克尔发明，在总结前人的研究成果的基础上，解决了一些关键技术问题，研制成功第一台转子发动机。

　   汪克尔于1902年出生在德国，1921年到1926年受雇于海德堡一家科技出版社的销售部。

在1924年，汪克尔在海德堡建立了自己的公司，他花了大量的时间在那里进行转子发动机的研制，在1927年，诸如气密性和润滑等的一系列技术问题的攻克终于有了眉目。

60年初在德国生产出第一辆装配了转子发动机的小跑车。

当时业内人士认为这种发动机的结构紧凑轻巧，运转宁静畅顺，也许会取替传统的活塞式发动机。

     1964年，日内瓦的德法合资企业comobil公司，首次把转子发动机装在轿车上成为正式产品。

1967年，日本人也将转子发动机装在马自达轿车上开始成批生产。

　　一向对新技术情有独钟的马自达公司投巨资从汪克尔公司买下了这项技术。

由于这是一项高新技术，懂得这项技术的人寥寥无几，发动机坏了无人会修，而且耗油大，汽车界有人对这种发动机的市场前景产生了怀疑。

70年代石油危机爆发，各国忙于应付各方面的困难而无暇顾及发展转子发动机，唯有马自达公司仍然深信转子发动机的潜力，独自研究和生产转子发动机，并为此付出了相当大的代价。

他们逐步克服了转子发动机的缺陷，成功地由试验性生产过渡到商业性生产，并将安装了转子发动机的rx－7型跑车打入了美国市场，令人刮目相看。

　　在世界环保意识日益强化，石油资源日渐沽竭的今天，以氢气做动力源的研究已成为一大课题。

当年马自达坚持下来的转子发动机从结构上讲是最适合燃烧氢气，而且最“干净”，因为氢燃烧完后排出的是水蒸汽，对环境没有任何污染。

马自达公司改制了rx－7型跑车的转子发动机，使它可以用氢做燃料。

这种发动机装配在马自达hr一x汽车上，1立方米的燃料箱吸储了相当43立方米的压缩氢气，以每小时60公里的车速可行驶230公里，引起了各界人士的关注。

由于从生产装配到维护修理，转子发动机都与传统的发动机大不一样，开发成本大。

加上往复式活塞发动机在功率、重量、排放、能耗等方面都比过去有了显著提高，转子发动机没有显出明显的优势，因此各大汽车企业都没有积极性去开发利用，唯有马自达一家苦苦支撑。

　　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。

　马自达ｒｘ－８是继日产350z后，另一部有世界级叫座力的日本跑车。

它可以真正坐4人，轻松慢开可当一部代步车来用，快跑起来一至四档也可让你感受8千转以上的疯狂，内外设计细致优雅，又有正宗跑车驾驶味道。

这里并不是介绍它这款车的性能，而是着重介绍它的引擎－－世界上著名的转子引擎！

　　mazda这颗rx-8用的转子引擎说穿了依旧是从rx-7改良过来的，如果直接讲这中间的改良会有几个问题。

首先就是差异不大，不管mazda如何宣传，说真的，要在一代的间隔内让转子引擎有突飞猛进的进展，你我都知道不可能。

第二就是篇幅太短，如果不加上一些打混摸鱼的虚字，可能连一页的版面都充不了。

第三个问题就是：

“看不懂！

”，直接讲rx-8的转子引擎改良了哪些东西，除非你原本就对rx-7那颗转子引擎滚瓜烂熟，要不然本篇文章将会像中文天书一样，大家有看没有懂，那除了表示该编辑好像很厉害外，对读者一点意义都没有。

所以，我们还是从基础讲起吧！

　　由于转子的转速只有驱动轴的1/3，所以转子转一圈，飞轮要转三圈（1080°），而四冲程活塞引擎只要两圈（720°）就能完成一次循环。

　　转子引擎基本常识　

   　我们都知道，一般车辆使用的是四行程活塞引擎，引擎要上下各两次才能完成一次循环，所以被称为四行程引擎。

而转子引擎并没有活塞，有的是一颗三角弧型的转子。

当然也没有汽缸壁，而是一个8字型的气室，而转子就是在这8字型的气室内咕噜咕噜的转动。

　　是的！

转子在气室内不是规规矩矩的绕著同一个轴心转动的，如果转子真的是绕著固定轴心转动，那气室的形状将会是圆形，进气、压缩、动力、排气的内燃机四大基础动作将不存在，所以转子的驱动轴是偏心的，也就因为驱动轴是偏心的，所以转子才会忽上忽下忽左忽右的旋转，因此气室才会形成8字型。

　　这时气室就被三角弧型的转子分成了三份，而且大小会有变化，这大小的变化量就是转子引擎的排气量。

这时只要在气室的腰部上下开孔，孔就会因转子膨胀或压缩气室内的空间而变成进排气孔，而没开口的腰部，空气就会被压缩及膨胀，这时只要有火星塞就可以引爆汽油混合气，这样转子引擎就有了进气、压缩、动力、排气四个基础行程而可以运作。

　　而且因为转子是三角形的，所以有三个独立运作的空间，于是转子转一圈就会有三次的动力行程，媲美三缸活塞引擎。

除了8字型气室与三角型转子外，转子引擎还有一个很重要的比例，那就是转子齿与驱动齿的齿比绝对是‘2：

3’。

于是，这又带出一个转子引擎的绝对现象，就是转子转1圈驱动轴转3圈。

等等！

齿比不是2：

3吗？

怎么转速比不是3：

2而是3：

1。

　　原因很简单，当转子转1圈时，驱动轴除了被带动的自转外还有公转运动，所以转子转1圈驱动轴不是转1.5圈，而是两倍的3圈。

这也讲到转子引擎容易高转速化的优点，例如引擎转速9000rpm时，转子才3000rpm而已，不像活塞引擎在9000rpm时，活塞每分钟上下9000次共18000行程！

　知道转子转速与驱动轴转速的比例后，我们就能比较转子引擎与四行程活塞引擎的相对关系，当转子转1圈的时候驱动轴转3圈，驱动轴转3圈就代表飞轮转了3圈，而转子转一圈有三次动力行程，也就是说飞轮每一转就有一次动力。

而四行程活塞引擎要运转两圈才有一次，若要达到每一转就有一次动力则需要两缸，也就是说相同的转速下，一个转子相当于两缸。

不过，mazda一直对外宣称双转子相当于6缸引擎又是怎么一回事呢？

这就要看动力时间了。

　　四行程引擎由于每两转完成四个行程，所以动力行程为半圈180°，而转子转一圈驱动轴转了三圈，所以动力行程为3/4圈270°，每次动力行程较四行程活塞引擎多了50﹪，再加上同转速下一个转子相当于两缸，就变成动力时间长度相当于3缸引擎，所以双转子就拥有与六缸引擎等长的动力重叠时间，等于运转平顺度同于六缸引擎。

但这个270°的动力行程也成为转子引擎的致命伤，相对于四行程活塞引擎的180°，转子引擎多了1.5倍的燃烧时间，使得平均压力降低了约18.76﹪，说白点就是扭力只有同排气量活塞引擎的81.24﹪。

　　算到最后可以得知转子引擎的动力相当于1.625倍同排气量的活塞引擎，可是同时间的耗油量却是两倍，注定了转子引擎耗油的宿命。

综合来说，转子引擎有著很小的体积、很轻的重量、简单而扎实的结构，有著同排气量活塞引擎1.625倍的动力、2倍的油耗，动力平顺、震动与噪音都较活塞引擎低，具有超高转速的潜力等，如果油耗不是问题的话，转子引擎几乎都优于活塞引擎。

　　利用前后转子的时间差，就能多出一些进气压力来增加动力，这也就是为何rx-7的进气管都做成u型的原因。

　　转子引擎进步史

　　接下来讲转子引擎在mazda这家车厂手上到底做了哪些改良，才能继续沿用至今日的原因。

扣除初期研发的困难外，转子引擎到了70年代跟所有的车辆用引擎一样，都面临了环保的问题。

转子引擎由于燃烧时间较长的原因，并不会有高温产生nox的问题，但却因排气孔设置在气室壁上，而有hc较多的问题，这个问题在当时的解决方法为，用空气帮浦将空气强行打入排气管头段与触媒转化器之中，使多余的hc燃烧掉。

　　在70年代，除了环保问题之外，中东危机导致油价上涨，也使得油耗变成严重的问题，而油耗又正好是转子引擎的致命伤，为了让转子引擎能继续存活下去，mazda展开了‘凤凰计划’，计画提高20%的燃油效率，这计划的相关成果，也造就了目前转子引擎的风貌。

‘凤凰计画’的成果就是大家所熟知的第一代rx-7，与计画前转子引擎最大的差异点为，进气口变成了三个，而且还有一个是会关闭的，这套设计若对比于活塞引擎来说，相当于honda的vtec设计，再配合上倾斜燃烧技术，使得转子引擎的油耗降低了40%，马力也获得提升，成功的让转子引擎存活了下来，而两阶段三进气孔的设计就一直沿用到rx-8上，也是自然进气的”renesis”引擎能发出250匹马力的远因。

   　除了凤凰计画的两阶段三进气孔设计外，mazda在转子引擎的进气岐管上还有一项巧思，那就是动态增压系统。

这设计很有创意，mazda的的转子引擎多为双转子设计，于是在1983年时，mazda发现可以藉由调整两颗转子的时间差，使得即将关闭进气孔的转子施加压力给进气岐管，透过动态空气室后，对另一颗正在进气的转子进行微增压的动作，这设计也造就了现今mazda转子引擎都有u型进气岐管的面貌。

除了上述普见于mazda转子引擎的设计外，rx-7第二代的单涡轮增压器也是很特别的，mazda将它命名为twin-scrollturbo。

　　这颗涡轮有一个控制阀两个气室，当引擎低转速时，控制阀关闭，让所有的排气进入狭小的p室，使得流速加快以减轻涡轮迟滞，当引擎转速高时，控制阀打开，让排气平均的进入涡轮，降低排气阻力与增加涡轮效率。

不过到第三代rx-7就不这么麻烦了，直接采用序列式双涡轮，低转速用一个，高转速用两个，也是达到低速涡轮迟滞少，高速涡轮增压强的境界。

       rx-8的引擎到底有那些特色，且听我一一道来。

第一张图上讲到这颗引擎完全没有进排气重叠的时间，就不会有进气跑到排气管造成污染与浪费。

第一张图下讲到多阶段进气系统可因转速制宜，因此增进了油耗与动力表现。

第二张图说到进气口增加了30%的进气口径，这使得rx-8的转速　

　进入二十一世纪　

　大家都知道目前mazda的转子引擎已经传承到rx-8身上，那这颗renesis又有哪些进展呢？

首先是进气孔面积加大了30%，使得这颗引擎的进气量足以应付到10000rpm的需求。

但大家都知道，这样低转速会变得很糟糕，于是mazda将原本的三进气孔两阶段式设计，再进化成三进气孔三阶段式设计，尽量避免低转速域的无力现象，而为了高转速化，破天荒的将转子制成搂空状，大幅降低转子的重量，使得自然进气的rx-8可以藉由拉转速的方式，达到250匹马力的水准。

但renesis引擎最创新的地方在于排气口，以往转子引擎的排气口都是作在气室壁上，往往一些未燃烧的油气与些许的润滑油就会在此被刮入排气管，造成污染问题。

　　但在renesis上，排气口与进气口一样设在前后侧壁上，当场解决掉以往hc的污染问题，也顺带使得进排气完全不重叠，不会有进气漏到排气管的问题，也可在前后侧壁各开一个排气孔，让引擎排气孔变两个提升排气效率，以达成高转速化的目的。

（听说在280ps的rx-7上就已经是了）经过前述说明，相信大家都能了解rx-8为何能以1.3l的排气量，而且还是在自然进气的状态下，却能够产生250匹马力的原因。

mazda的转子引擎成就不是一蹴可及的，是不断透过一点一滴的修改，才能造就目前的rx-8的！