活塞式發(fā)動機簡介

最常用的往復式發(fā)動機是利用汽油或者柴油燃料產生壓力的 。通常都不止一個活塞，每個活塞都在氣缸內，燃料-空氣混合物被注入其內，然后被點燃。 熱氣膨脹，推動活塞向后運動?；钊倪@種直線運動通過連桿和曲軸轉換成圓周運動。這種發(fā)動機經常被通稱為內燃機，盡管內燃機并不必須包括活塞。

現在的利用并不是很多，水蒸氣是另一種叫做蒸氣式發(fā)動機的往復式發(fā)動機的能源。這種情況下是利用非常高的蒸氣壓力來驅動活塞。蒸氣能的大部分利用中，活塞發(fā)動機已經被更為高效的渦輪機所取代，由于要求有更高的力矩活塞已經更多的運用到轎車領域中。

傳統(tǒng)四行程往復式活塞引擎，引擎轉兩周，各汽缸才完成一次進氣、壓縮、點火與排氣過程引擎。至于轉子引擎，轉子每轉一周便有三次進氣、壓縮、點火與排氣。轉子跟轉子引擎輸出軸的齒輪比例為三比一，故此轉子引擎只需轉一周，各轉子便有一次進氣、壓縮、點火與排氣過程，相當于往復式引擎運轉兩周，因此具有小排氣量就能成就高動力輸出的優(yōu)點(但相對的，同樣排氣量之下轉子引擎也較往復引擎的油耗高出許多)。另外，由于轉子引擎的軸向運轉特性，它不需要精密的曲軸平衡就可以達到非常高的運轉轉速。

活塞式發(fā)動機主要由氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機構、螺旋槳減速器、機匣等組成。

氣缸是混合氣(汽油和空氣)進行燃燒的地方。氣缸內容納活塞作往復運動。氣缸頭上裝有點燃混合氣的電火花塞(俗稱電嘴)，以及進、排氣門。發(fā)動機工作時氣缸溫度很高，所以氣缸外壁上有許多散熱片，用以擴大散熱面積。氣缸在發(fā)動機殼體(機匣)上的排列形式多為星形或V形。常見的星形發(fā)動機有5個、7個、9個、14個、18個或24個氣缸不等。在單缸容積相同的情況下，氣缸數目越多發(fā)動機功率越大?；钊惺苋細鈮毫υ跉飧變茸魍鶑瓦\動，并通過連桿將這種運動轉變成曲軸的旋轉運動。連桿用來連接活塞和曲軸。 曲軸是發(fā)動機輸出功率的部件。曲軸轉動時，通過減速器帶動螺旋槳轉動而產生拉力。除此而外，曲軸還要帶動一些附件(如各種油泵、發(fā)電機等)。氣門機構用來控制進氣門、排氣門定時打開和關閉。

機體是構成發(fā)動機的骨架，是發(fā)動機各機構和各系統(tǒng)的安裝基礎，其內、外安裝著發(fā)動機的所有主要零件和附件，承受各種載荷。因此，機體必須要有足夠的強度和剛度。機體組主要由氣缸體、汽缸套、氣缸蓋和氣缸墊等零件組成。

水冷發(fā)動機的氣缸體和上曲軸箱常鑄成一體，稱為氣缸體--曲軸箱，也可稱為氣缸體。氣缸體一般用灰鑄鐵鑄成，氣缸體上部的圓柱形空腔稱為氣缸，下半部為支承曲軸的曲軸箱，其內腔為曲軸運動的空間。在氣缸體內部鑄有許多加強筋，冷卻水套和潤滑油道等。

氣缸體應具有足夠的強度和剛度，根據氣缸體與油底殼安裝平面的位置不同，通常把氣缸體分為以下三種形式。

(1) 一般式氣缸體其特點是油底殼安裝平面和曲軸旋轉中心在同一高度。這種氣缸體的優(yōu)點是機體高度小，重量輕，結構緊湊，便于加工，曲軸拆裝方便;但其缺點是剛度和強度較差。

(2) 龍門式氣缸體其特點是油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉中心。它的優(yōu)點是強度和剛度都好，能承受較大的機械負荷;但其缺點是工藝性較差，結構笨重，加工較困難。

(3) 隧道式氣缸體這種形式的氣缸體曲軸的主軸承孔為整體式，采用滾動軸承，主軸承孔較大，曲軸從氣缸體后部裝入。其優(yōu)點是結構緊湊、剛度和強度好，但其缺點是加工精度要求高，工藝性較差，曲軸拆裝不方便。

氣缸直接鏜在氣缸體上叫做整體式氣缸，整體式氣缸強度和剛度都好，能承受較大的載荷，這種氣缸對材料要求高，成本高。如果將氣缸制造成單獨的圓筒形零件(即氣缸套)，然后再裝到氣缸體內。這樣，氣缸套采用耐磨的優(yōu)質材料制成，氣缸體可用價格較低的一般材料制造，從而降低了制造成本。同時，氣缸套可以從氣缸體中取出，因而便于修理和更換，并可大大延長氣缸體的使用壽命。

氣缸套有干式氣缸套和濕式氣缸套兩種。

干式氣缸套的特點是氣缸套裝入氣缸體后，其外壁不直接與冷卻水接觸，而和氣缸體的壁面直接接觸，壁厚較薄，一般為1~3mm。它具有整體式氣缸體的優(yōu)點，強度和剛度都較好，但加工比較復雜，內、外表面都需要進行精加工，拆裝不方便，散熱不良。

濕式氣缸套的特點是氣缸套裝入氣缸體后，其外壁直接與冷卻水接觸，氣缸套僅在上、下各有一圓環(huán)地帶和氣缸體接觸，壁厚一般為5~9mm。它散熱良好，冷卻均勻，加工容易，通常只需要精加工內表面，而與水接觸的外表面不需要加工，拆裝方便，但缺點是強度、剛度都不如干式氣缸套好，而且容易產生漏水現象。應該采取一些防漏措施。

通常簡稱為轉子引擎，又稱為三角旋轉活塞發(fā)動機，是四行程內燃機的一種，由德國工程師菲力·汪克爾(Felix Wankel)在1959年時發(fā)明，因此又稱為汪克爾引擎。與傳統(tǒng)的往復式活塞引擎不同的是，轉子引擎的運轉元件(稱為轉子，Rotor，其斷面造型類似一個三角形)是與輸出軸同樣采軸向運轉，而不需利用杠桿與凸輪結構將輸出的力量轉向，因而減少了運轉時能量的耗損。

轉子引擎的動力軸每旋轉一圈就作功一次，與一般的四沖程發(fā)動機每旋轉兩圈才作功一次相比，具有高馬力容積比(引擎容積較小就能輸出較多動力)的優(yōu)點。另外，由于轉子引擎的軸向運轉特性，它不需要精密的曲軸平衡就能達到較高的運轉轉速。整個發(fā)動機只有兩個轉動部件，與一般的四沖程發(fā)動機具有進、排氣活門等二十多個活動部件相比結構大大簡化，故障的可能性也大大減小。除了以上的優(yōu)點外，轉子引擎的優(yōu)點亦包括體積較小、重量輕、低重心等。

相對地，由于轉子引擎的三個燃燒室并非完全隔離，因此在引擎使用一段時間之后容易因為油封材料磨損而造成漏氣問題，大幅增加油耗與污染。其獨特的機械結構也造成這類引擎較難維修。

雖然轉子引擎具有以小排氣量、利用高轉速而產生高輸出的特性，但由于運轉特性與往復式引擎的不同，世界各國在制訂與引擎排氣量相關的稅則時，皆是以轉子引擎的實際排氣量乘以二來作為與往復式引擎之間的比較基準。舉例來說，日本馬自達(Mazda)旗下搭載了轉子引擎的RX-8跑車，其實際排氣量雖然只有1308立方厘米，但在日本國內卻是以2616立方厘米的排氣量來作為稅級計算的基準。

活塞式發(fā)動機只能為飛機提供軸功率，還要通過空氣螺旋槳將發(fā)動機的軸功率轉化為推進力，一起組成航空動力裝置。而螺旋槳在飛行速度高時推進效率急劇下降，因此活塞式發(fā)動機不能作為高速飛機、特別是超音速飛機的動力，故當今的飛機廣泛采用燃氣渦輪發(fā)動機。

燃燒室內產生的高溫高壓燃氣推動活塞旋轉以產生動力的內燃機。動力由主軸輸出。自1876年德國人N.A.奧托發(fā)明往復活塞式內燃機后，人們就曾試圖創(chuàng)制轉子式內燃機，但都因轉子密封問題而失敗。雖然旋轉活塞式泵和壓縮機等已獲得應用，但是旋轉活塞式發(fā)動機直到1954年聯(lián)邦德國工程師F.汪克爾在密封技術上有了突破之后才得以實現。他于1957年制成第一臺旋轉活塞式發(fā)動機，有人稱之為汪克爾發(fā)動機。它經過改進具有功率高、振動小、運轉平穩(wěn)、結構簡單輕小等優(yōu)點。但這種發(fā)動機只適用于高轉速，因燃料經濟性差低速性能不佳，排氣性能也不太理想，故未能廣泛使用。至80年代僅用在個別型號轎車以及極少數直升飛機、雪橇和舷外機上。

三角旋轉活塞式發(fā)動機結構的主要特點是，它用轉子的旋轉運動代替了往復機活塞的往復運動。它的三角轉子(即類似三角形的活塞)在雙圓弧外旋輪線的缸體(類似8字形的缸體)中作行星旋轉運動，旋子三個頂端的三個徑向密封片始終貼著缸體型面滑動，利用轉子輪廓與缸體型面之間容積的周期性變化，成功地實現了往復機的四行程工作循環(huán)，即:進氣、壓縮、膨脹做功和排氣。轉子發(fā)動機工作時，作用在轉子弧面上的燃燒氣體壓力推動轉子旋轉，進而帶動主軸旋轉輸出動力。它與往復式發(fā)動機相比，省去了復雜的曲軸連桿機構和配氣機構。同時，轉子旋轉一周，轉子三個面所對應的三個工作室各自完成一次熱力做功循環(huán)。這就是轉子發(fā)動機比往復式發(fā)動機結構簡單、重量輕、體積小的原因所在。

三角轉子發(fā)動機也有它本身的弱點。由于其氣缸密封線比往復機長，因此發(fā)動機在低速運轉時的氣體泄漏就高于往復機;加之，旋轉活塞式發(fā)動機的燃燒室狹長，面容比大，相應旋轉活塞式發(fā)動機的低速動力性能和燃料經濟性也低于往復機(旋轉活塞式發(fā)動機的高速動力性優(yōu)于往復機)。隨著轉子發(fā)動機的結構設計、工藝、材料的不斷改進和提高，特別是采用了分層燃燒技術以后，其差距正在逐步縮小，目前其燃料經濟性已可以與先進的汽油往復機相媲美。另外，隨著不斷地強化試驗和改進，其使用壽命正在日益接近往復機的水平。

轉子發(fā)動機的缺點是不容忽視的，人們正在以不斷的努力加以改進和克服。然而，旋轉活塞式發(fā)動機的優(yōu)點則更為突出，試以雙缸汽油轉子發(fā)動機為例，與一般同功率指標先進的6-8缸汽油往復機相比，它的自重僅為往復機的50-70%，體積約小30-50%，發(fā)動機零件總數約少20-40%，運動件數少40-60%，在生產批量相等的情況下，旋轉活塞式發(fā)動機的生產成本約為同功率往復機的80%。在實際使用中表明，轉子發(fā)動機還以運轉平穩(wěn)、振動小、噪音小、高速性能好、易于系列化等技術特點優(yōu)于往復活塞式發(fā)動機。這就是為什么旋轉活塞式發(fā)動機能夠得到不斷發(fā)展的根本原因。