旋转活塞式发动机

旋转活塞式发动机是指燃烧室内产生的高温高压燃气推动活塞旋转以产生动力的内燃机。又叫做转子发动机，广泛应用于汽车领域。

发展历史

从18世纪70年代以来，各国的设计师和发明家研究设计出了各种各样的旋转活塞式机械，但多使用于鼓风机、压气机、蒸汽机等机器，直到1954年初，根据德国科学家费·汪克尔（Felix Wankel）的设计，经过三年的试验，终于在1957年2月1日，由德国AUDI-NCU0公司生产出了第一台单纯旋转型三角活塞旋转式发动机，命名为KKM125型，其排量为125毫升，在10000转/分时发出功率21kw（合28.6马力）。60年代初又研制出了行星旋转式发动机，命名为KKM512型，在6000转/分时发出功率80.85kw（合110马力）。NCU公司将这些发动机分别安装在士波德（SPIDER）轿车和“RO-80”型的各式轿车上，这种新型汽车发动机的产生在世界汽车制造业中引起了巨大的震动。随后，美国的莱诺汽车公司，日本的五十铃公司，德国的戴姆勒—奔驰公司、英国的波金斯公司、法国的西托安公司等汽车生产厂家相继投入了巨大的人力和物力，对旋转活塞发动机进行了进一步的研制和开发。

基本组成

气缸型面，两侧用端盖封闭，缸体和端盖均为固定件。在气缸内装有弧边三角形旋转活塞。发动机主轴（输出轴）由轴承支承在缸体上。外齿小齿轮与主轴同心，固定在端盖上。在主轴的偏心轴颈上通过轴承套装着旋转活塞。旋转活塞的另端固定有同心的内齿大齿轮。

发动机运转时，外齿的小齿轮不动，活塞上的内齿大齿轮绕外齿小齿轮啮合旋转作行星运动。旋转活塞绕偏心轴颈的轴线自转，偏心轴颈又绕主轴轴线公转。内齿大齿轮与外齿小齿轮的齿数比为3：2，故活塞的自转速度与公转速度之比为1：3，即主轴的转速为活塞绕偏心轴颈的转速的3倍。

原理

三角旋转式发动机的工作原理如下：

当三角形活塞按顺时针方向转动时，a、b腔排气，b、c腔吸气，c、a腔压缩吸进的空气和油的混合物到上止点（空间最小处），并由前火花塞点火使被压缩的可燃气体燃烧，随后由后火花塞继续点火，使可燃气体继续充分燃烧，高温高压气体推动三角活塞旋转，并通过输出轴输出机械能。

a、b腔继续排气，b、c腔吸气至下止点（空间最大处）c、a腔膨胀。

a、b腔排气至上止点，进排气重选，b、c腔开始压缩，c、a腔继续膨胀。

a、b腔吸气，b、c腔继续压缩，c、a腔膨胀至下止点，同时开始排气，如此循环下去。

以上是三角旋转式发动机的基本工作原理中的一个工作循环。从以上工作循环可以看出，三角旋转式发动机，在培养学生创新思维能力方面具有很强的指导作用，三角旋转式发动机在结构创新方面具有独到之处，但它仍然具备一般活塞式发动机的许多基本特点，如：吸气、压缩、做功、排气这几个冲程，只不过是用另一种方式来完成而已。

转子发动机的特点和发展

1、转子发动机工作效率高

旋转活塞式发动机的转子每转一圈，完成三个工作循环，产生三次动力，作三次功；而往复式四冲程发动机的曲轴需要旋转两圈才完成一个工作循环，产生一个动力，作一次功。显而易见，转子发动机的工作效率是比较高的。

2、转子发动机的结构简单

转子发动机转子的转动是靠转子偏心轴直接带动的，充气循环是由转子本身和外壳上的简单气口来控制的，没有进、排气阀装置。转子发动机与往复式发动机相比较，减少了曲柄—连杆机构和配气结构，没有笨重的曲柄连杆和平衡重，没有凸轮轴、摇臂、气门、气门导杆和气门座等零部件，结构简单（这也是提高转速，降低内耗，减轻震动的主要条件），造价低廉。输出功率相同的RC2—60— U5转子发动机（美国）与V8往复式发动机（美国）相比，前者的零部件数量为80余件，后者的零部件数量则达400多件，除此之外，前者的体积和重量也远比后者要小得多。

3、转子发动机工作平稳性好

发动机转子支持在转子偏心轴（输出轴）上，用一对内部齿轮装置来保证转子作正确的运动，三角转子绕其自身中心转动的同时还绕转子偏心轴旋转，速比为1∶3，当转子转一圈时，转子轴转动三圈，而转子轴每转一圈都有一次做功过程，功率输出比较连续。另外，转子发动机的工作循环仅需要一次推动扭矩，所以扭矩曲线要比往复式发动机均匀得多，工作平稳性好，功率损失相应较少。由于转子均做等角速旋转，没有往复运动的质量影响，减少了惯性力的冲击和震动，减轻了轴承的负荷，延长了轴承的寿命，如果采用多个转子组合时，可达到完全的机械平衡，运转的平稳程度还可进一步提高。

4、转子发动机的转速高

往复式四冲程发动机的进气、压缩、燃烧、排气基本上是在活塞运动的四个行程中完成的，这种充气循环的间断性，也是约束往复式发动机提高转速的原因之一，转子发动机的空气燃料混合气是在近似于椭圆形的行程上流动，并不对实际燃烧过程甚至发动机的转速有任何限制，所以可获得很高的气体速度和发动机的转速频率。

综上所述，转子发动机具有体积小、重量轻、结构简单、运转平稳和机器寿命长等优点。随着现代高科技（像燃料喷射、电子点火等技术）的开发与应用，转子发动机的设计越来越趋于完善，发展前景越来越乐观。

缺点

三角转子发动机也有它本身的弱点。由于其气缸密封线比往复机长，因此发动机在低速运转时的气体泄漏就高于往复机；加之，旋转活塞式发动机的燃烧室狭长，面容比大，相应旋转活塞式发动机的低速动力性能和燃料经济性也低于往复机（旋转活塞式发动机的高速动力性优于往复机）。随着转子发动机的结构设计、工艺、材料的不断改进和提高，特别是采用了分层燃烧技术以后，其差距正在逐步缩小，其燃料经济性已可以与先进的汽油往复机相媲美。另外，随着不断地强化试验和改进，其使用寿命正在日益接近往复机的水平。

转子发动机的缺点是不容忽视的，人们正在以不断的努力加以改进和克服。然而，旋转活塞式发动机的优点则更为突出，试以双缸汽油转子发动机为例，与一般同功率指标先进的6-8缸汽油往复机相比，它的自重仅为往复机的50-70%，体积约小30-50%，发动机零件总数约少20-40%，运动件数少40-60%，在生产批量相等的情况下，旋转活塞式发动机的生产成本约为同功率往复机的80%。在实际使用中表明，转子发动机还以运转平稳、振动小、噪音小、高速性能好、易于系列化等技术特点优于往复活塞式发动机。这就是为什么旋转活塞式发动机能够得到不断发展的根本原因。

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