旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)

圖2為旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的基本組成。缸體內(nèi)壁有 "8"字形的特定氣缸型面，兩側(cè)用端蓋封閉，缸體和端蓋均為固定件。在氣缸內(nèi)裝有弧邊三角形旋轉(zhuǎn)活塞。發(fā)動(dòng)機(jī)主軸(輸出軸)由軸承支承在缸體上。外齒 小齒輪與主軸同心，固定在端蓋上。在主軸的偏心軸頸上通過軸承套裝著旋轉(zhuǎn)活塞。旋轉(zhuǎn)活塞的另端固定有同心的內(nèi)齒大齒輪。

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，外齒的小齒輪不動(dòng)，活塞上的內(nèi)齒大齒輪繞外齒小齒輪嚙合旋轉(zhuǎn)作行星運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)活塞繞偏心軸頸的軸線自轉(zhuǎn)，偏心軸頸又繞主軸軸線公轉(zhuǎn)。內(nèi)齒大齒輪與外齒小齒輪的齒數(shù)比為3:2，故活塞的自轉(zhuǎn)速 度與公轉(zhuǎn)速度之比為1:3，即主軸的轉(zhuǎn)速為活塞繞偏心軸頸的轉(zhuǎn)速的3倍。

三角旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是，它用轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)代替了往復(fù)機(jī)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。它的三角轉(zhuǎn)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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋子三個(gè)頂端的三個(gè)徑向密封片始終貼著缸體型面滑動(dòng)，利用轉(zhuǎn)子輪廓與缸體型面之間容積的周期性變化，成功地實(shí)現(xiàn)了往復(fù)機(jī)的四行程工作循環(huán)，即:進(jìn)氣、壓縮、膨脹做功和排氣。轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，作用在轉(zhuǎn)子弧面上的燃燒氣體壓力推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)輸出動(dòng)力。它與往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)相比，省去了復(fù)雜的曲軸連桿機(jī)構(gòu)和配氣機(jī)構(gòu)。同時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子三個(gè)面所對(duì)應(yīng)的三個(gè)工作室各自完成一次熱力做功循環(huán)。這就是轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)比往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小的原因所在。

三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)也有它本身的弱點(diǎn)。由于其氣缸密封線比往復(fù)機(jī)長(zhǎng)，因此發(fā)動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的氣體泄漏就高于往復(fù)機(jī);加之，旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室狹長(zhǎng)，面容比大，相應(yīng)旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的低速動(dòng)力性能和燃料經(jīng)濟(jì)性也低于往復(fù)機(jī)(旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的高速動(dòng)力性優(yōu)于往復(fù)機(jī))。隨著轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝、材料的不斷改進(jìn)和提高，特別是采用了分層燃燒技術(shù)以后，其差距正在逐步縮小，目前其燃料經(jīng)濟(jì)性已可以與先進(jìn)的汽油往復(fù)機(jī)相媲美。另外，隨著不斷地強(qiáng)化試驗(yàn)和改進(jìn)，其使用壽命正在日益接近往復(fù)機(jī)的水平。

轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是不容忽視的，人們正在以不斷的努力加以改進(jìn)和克服。然而，旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)則更為突出，試以雙缸汽油轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)為例，與一般同功率指標(biāo)先進(jìn)的6-8缸汽油往復(fù)機(jī)相比，它的自重僅為往復(fù)機(jī)的50-70%，體積約小30-50%，發(fā)動(dòng)機(jī)零件總數(shù)約少20-40%，運(yùn)動(dòng)件數(shù)少40-60%，在生產(chǎn)批量相等的情況下，旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)成本約為同功率往復(fù)機(jī)的80%。在實(shí)際使用中表明，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)還以運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動(dòng)小、噪音小、高速性能好、易于系列化等技術(shù)特點(diǎn)優(yōu)于往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。這就是為什么旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)能夠得到不斷發(fā)展的根本原因。

燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)活塞旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生動(dòng)力的內(nèi)燃機(jī)。動(dòng)力由主軸輸出。自1876年德國(guó)人N.A.奧托發(fā)明往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)后，人們就曾試圖創(chuàng)制轉(zhuǎn)子式內(nèi)燃機(jī)，但都因轉(zhuǎn)子密封問題而失敗。雖然旋轉(zhuǎn)活塞式泵和壓縮機(jī)等已獲得應(yīng)用，但是旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)直到1954年聯(lián)邦德國(guó)工程師F.汪克爾在密封技術(shù)上有了突破之后才得以實(shí)現(xiàn)。他于1957年制成第一臺(tái)旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，有人稱之為汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)。它經(jīng)過改進(jìn)具有功率高、振動(dòng)小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕小等優(yōu)點(diǎn)。但這種發(fā)動(dòng)機(jī)只適用于高轉(zhuǎn)速，因燃料經(jīng)濟(jì)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(gè)別型號(hào)轎車以及極少數(shù)直升飛機(jī)、雪橇和舷外機(jī)上。