第九章新型发动机与新能源汽车

第九章 新型发动机与新能源汽车

9.1 转子式发动机

9.1.1 概述

三角活塞旋转式发动机简称转子发动机。是德国工程师F·汪克尔发明的，

所以又称为汪克尔发动机。

1954年，F·汪克尔在总结前人取得的成果基础上，经过长期的研究，解决

了旋转式发动机气体密封的重大技术难题，并于1958年成功地制成了第一台转子

发动机。1964年，德国NSU公司首先把转子发动机装在轿车上作为正式产品。从

1967年日本东洋工业公司开始成批生产转子发动机轿车到1986年，总共生产了

150万辆。

往复活塞式发动机已有百余年的历史，其各种性能都已达到了相当高的水

平。但是，往复活塞式发动机得基本结构方案却带有根本性的缺陷，即存在许多

往复运动质量，如活塞组件及气门机构等。当提高发动机转速时，这些往复运动

质量所产生的往复惯性力和惯性力矩急剧增大，使轴承载荷显著增加，振动加剧，

噪声增强，并可能破坏气门机构的正常工作，致使发动机转速和功率的提高受到

极大的限制。

与往复活塞式发动机相比，转子发动机的优点是：升功率大，比质量小，振

动轻微，结构简单，零件数量少，拆装方便，维修简单，制造也不困难。进入80

年代后，转子发动机有了新的发展，其中包括采用涡轮增压，电控燃油喷射，排

气净化，分层燃烧和微机控制系统等技术，使转子发动机的经济性、动力性和排

放性等技术指标均达到较高的水平。

9.1.2 转子发动机的基本结构

转子发动机主要由转子、前后端盖、气缸体、密封件和主轴等零件组成。此

外，汽油转子发动机还有燃油供给系、点火系、润滑和冷却系等基本系统。图9-1

所示为国产GZ2-900型双缸汽油转子发动机的纵横剖面图。

气缸体2的内壁表面是由双弧长短幅圆外旋轮线构成的特殊型面。气缸体的

两个端面分别被前端盖1、中间隔板3和后端盖5封闭。气缸、前后端盖几中间隔

板是固定件。气缸内装有弧边三角形转子12。在转子的一个端面上固定着与转子

同心的内齿圈6，而与内齿圈相啮合的外齿圈7则固定在端盖上。发动机的主轴13

是偏心轴，其主轴颈支撑在与外齿轮同心的主轴承8上，而偏心轴颈则套在与内

齿圈同心的转子轴承11内。当发动机运转时，转子上的内齿圈6围绕固定的外齿

轮7啮合运转，作行星运动，即转子不仅绕固定的外齿轮中心（主轴承中心）公

转，同时又绕其自身的回转中心（偏心轴颈中心）自转。由于内、外齿轮的齿数

比为3：2，因此，转子自转速度与公转速度之比为1：3，即主轴13的转速为转子

12的自转速度的3倍。

三角转子的三个角顶与气缸型面紧密接触，三个弧面与气缸型面之间形成三

个工作腔。转子转动时工作腔的容积变化，其变化规律恰好符合四冲程内燃机对

气缸容积变化的要求。在气缸体的一侧装置火花塞14，另一侧设置进气孔15和排

气孔16。当发动机工作时，气体的爆发压力通过转子传递给偏心轴颈并推动主轴

旋转。

9.1.3汽油转子发动机工作循环

转子发动机的工作循环与往复活塞式发动机相同，即由进气、压缩、作功及

排气等四个过程组成。图9-2所示是转子发动机四行程工作过程原理图。图中以

三角转子的一个弧面AB与气缸型面之间形成的工作腔（AB的工作腔）为例，说

明转子发动机的四行程工作原理。当三角转子的角顶B转到进气孔左边的边缘

时，AB工作腔开始进气。在位置1进、排气孔连通，即进排气重叠。这时AB工

作腔的容积最小，相当于往复活塞式发动机的上止点位置 。随着转子继续转动，

AB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90º（主轴

转270º）到达位置4时，AB工作腔的容积达到最大，相当于往复活塞式发动机的

下止点位置，进气行程结束。三角转子继续转动，AB的工作腔的容积逐渐减小，

到位置5时，转子的角顶A越过了进气孔右边的边缘，这时AB工作腔被完全封闭，

开始压缩行程。当转子自转180º（主轴转540º）到达位置7时，AB工作腔的容积

最小，相当于往复活塞式发动机的下止点位置，压缩行程结束。这时，火花塞跳

火点燃混合气，开始膨胀作功行程。当转子自转270º（主轴转810º）到达位置10

时，AB工作腔的容积又达到最大，相当于往复活塞式发动机的下止点位置，作

功行程结束。三角转子的角顶B转过排气孔左边的边缘时，AB工作腔即开始排气。

位置11～12为排气行程。转子自转360º（主轴转三周）时，AB工作腔又回到位

置1，排气行程结束。实际上，排气要延续到角顶A转过排气孔之后。至此，AB

工作腔完成了一个工作循环。与此同时，BC及CA两个工作腔也分别完成了一个

工作循环。

图9-1 GZ2-900型汽油转子发动机结构（双缸，水冷，90kW，3600r/min）

1-前端盖；2-气缸体；3-中间隔板；4-偏心轴颈；5-后端盖；6-内齿圈；7-外齿轮；8-主轴承； 9-主轴颈；

10-飞轮；11-转子轴承；12-转子；13-主轴；14-火花塞；15-进气孔；16-排气孔

综上所述，转子每自转一周，主轴则转三周，三角转子与气缸型面之间形成

的三个工作腔各完成一个四行程工作循环，每一个行程所对应的主轴转角为

270º。

图9-2 转子发动机四行程工作原理

Ⅰ－进气行程 Ⅱ－压缩行程 Ⅲ－作功行程 Ⅳ－排气行程

9.2 燃气涡轮发动机

9.2.1 概述

燃气涡轮发动机简称燃气轮机，是另一种旋转式内燃机。

从1939年第一台电站燃气轮机在瑞士新堡正式运行起，至今不过60年。由于

它具有质量轻、体积小、操作灵活、维修简便及制造费用低等优点，自问世以来

发展非常迅速。

燃气轮机的应用几乎遍及整个国民经济领域。1950年，英国的罗弗（Rover）

公司制成世界上第一辆燃气轮机汽车。此后，该公司又制成第一辆燃气轮机竞赛

汽车，并在1963年及1965年的莱曼斯汽车大赛中取得了惊人的成绩。与此同时，

美国的福特（Ford）及克莱斯勒（Chrysler）公司相继制成燃气轮机轿车，并都

取得了令人瞩目的成就。目前，国外在重型货车及长途客车上已较多的采用燃气

轮机。

图9-3所示为一台汽车燃气轮机的结构实例。它主要由压气机、涡轮机、燃

烧室及回热器等四大部件组成。此外，还包括燃油供给系统、速度调节装置、起

动装置及各种辅助设备等。汽车燃气轮机一般有两根相互独立的传动轴。压气机

与压气机涡轮安装在一根轴上，而动力涡轮与减速装置则安装在另一根轴上。减

速装置与汽车变速器相连。燃气轮机的工作原理如图9-4所示。当起动机3接通电

源后，驱动压气机4旋转，空气经进气道1被吸入压气机，压缩后的空气流过扩压

管5，压力进一步增高。高压空气沿压缩空气流道6进入回热器10，在回热器中空

气与流经回热器的燃气进行热交换，空气吸收燃气的余热，温度进一步升高。高

温、高压的空气供入燃烧室9，与此同时，燃油经燃油泵2及燃油管7并通过燃油

喷嘴8喷入燃烧室。燃油与空气在燃烧室内混和 …… 此处隐藏：9288字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……