活塞式发动机相关资料

活塞式发动机只能为飞机提供轴功率，还要通过空气螺旋桨将发动机的轴功率转化为推进力，一起组成航空动力装置。而螺旋桨在飞行速度高时推进效率急剧下降，因此活塞式发动机不能作为高速飞机、特别是超音速飞机的动力，故当今的飞机广泛采用燃气涡轮发动机。

通常简称为转子引擎，又称为三角旋转活塞发动机，是四行程内燃机的一种，由德国工程师菲力·汪克尔(Felix Wankel)在1959年时发明，因此又称为汪克尔引擎。与传统的往复式活塞引擎不同的是，转子引擎的运转元件(称为转子，Rotor，其断面造型类似一个三角形)是与输出轴同样采轴向运转，而不需利用杠杆与凸轮结构将输出的力量转向，因而减少了运转时能量的耗损。

转子引擎的动力轴每旋转一圈就作功一次，与一般的四冲程发动机每旋转两圈才作功一次相比，具有高马力容积比(引擎容积较小就能输出较多动力)的优点。另外，由于转子引擎的轴向运转特性，它不需要精密的曲轴平衡就能达到较高的运转转速。整个发动机只有两个转动部件，与一般的四冲程发动机具有进、排气活门等二十多个活动部件相比结构大大简化，故障的可能性也大大减小。除了以上的优点外，转子引擎的优点亦包括体积较小、重量轻、低重心等。

相对地，由于转子引擎的三个燃烧室并非完全隔离，因此在引擎使用一段时间之后容易因为油封材料磨损而造成漏气问题，大幅增加油耗与污染。其独特的机械结构也造成这类引擎较难维修。

虽然转子引擎具有以小排气量、利用高转速而产生高输出的特性，但由于运转特性与往复式引擎的不同，世界各国在制订与引擎排气量相关的税则时，皆是以转子引擎的实际排气量乘以二来作为与往复式引擎之间的比较基准。举例来说，日本马自达(Mazda)旗下搭载了转子引擎的RX-8跑车，其实际排气量虽然只有1308立方厘米，但在日本国内却是以2616立方厘米的排气量来作为税级计算的基准。

活塞式发动机主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣等组成。

气缸是混合气(汽油和空气)进行燃烧的地方。气缸内容纳活塞作往复运动。气缸头上装有点燃混合气的电火花塞(俗称电嘴)，以及进、排气门。发动机工作时气缸温度很高，所以气缸外壁上有许多散热片，用以扩大散热面积。气缸在发动机壳体(机匣)上的排列形式多为星形或V形。常见的星形发动机有5个、7个、9个、14个、18个或24个气缸不等。在单缸容积相同的情况下，气缸数目越多发动机功率越大。活塞承受燃气压力在气缸内作往复运动，并通过连杆将这种运动转变成曲轴的旋转运动。连杆用来连接活塞和曲轴。 曲轴是发动机输出功率的部件。曲轴转动时，通过减速器带动螺旋桨转动而产生拉力。除此而外，曲轴还要带动一些附件(如各种油泵、发电机等)。气门机构用来控制进气门、排气门定时打开和关闭。

机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由气缸体、汽缸套、气缸盖和气缸垫等零件组成。

水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体--曲轴箱，也可称为气缸体。气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。

气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为以下三种形式。

(1) 一般式气缸体其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种气缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便;但其缺点是刚度和强度较差。

(2) 龙门式气缸体其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷;但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。

(3) 隧道式气缸体这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。

气缸直接镗在气缸体上叫做整体式气缸，整体式气缸强度和刚度都好，能承受较大的载荷，这种气缸对材料要求高，成本高。如果将气缸制造成单独的圆筒形零件(即气缸套)，然后再装到气缸体内。这样，气缸套采用耐磨的优质材料制成，气缸体可用价格较低的一般材料制造，从而降低了制造成本。同时，气缸套可以从气缸体中取出，因而便于修理和更换，并可大大延长气缸体的使用寿命。

气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种。

干式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁不直接与冷却水接触，而和气缸体的壁面直接接触，壁厚较薄，一般为1~3mm。它具有整体式气缸体的优点，强度和刚度都较好，但加工比较复杂，内、外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热不良。

湿式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁直接与冷却水接触，气缸套仅在上、下各有一圆环地带和气缸体接触，壁厚一般为5~9mm。它散热良好，冷却均匀，加工容易，通常只需要精加工内表面，而与水接触的外表面不需要加工，拆装方便，但缺点是强度、刚度都不如干式气缸套好，而且容易产生漏水现象。应该采取一些防漏措施。

最常用的往复式发动机是利用汽油或者柴油燃料产生压力的 。通常都不止一个活塞，每个活塞都在气缸内，燃料-空气混合物被注入其内，然后被点燃。 热气膨胀，推动活塞向后运动。活塞的这种直线运动通过连杆和曲轴转换成圆周运动。这种发动机经常被通称为内燃机，尽管内燃机并不必须包括活塞。

现在的利用并不是很多，水蒸气是另一种叫做蒸气式发动机的往复式发动机的能源。这种情况下是利用非常高的蒸气压力来驱动活塞。蒸气能的大部分利用中，活塞发动机已经被更为高效的涡轮机所取代，由于要求有更高的力矩活塞已经更多的运用到轿车领域中。

传统四行程往复式活塞引擎，引擎转两周，各汽缸才完成一次进气、压缩、点火与排气过程引擎。至于转子引擎，转子每转一周便有三次进气、压缩、点火与排气。转子跟转子引擎输出轴的齿轮比例为三比一，故此转子引擎只需转一周，各转子便有一次进气、压缩、点火与排气过程，相当于往复式引擎运转两周，因此具有小排气量就能成就高动力输出的优点(但相对的，同样排气量之下转子引擎也较往复引擎的油耗高出许多)。另外，由于转子引擎的轴向运转特性，它不需要精密的曲轴平衡就可以达到非常高的运转转速。

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。动力由主轴输出。自1876年德国人N.A.奥托发明往复活塞式内燃机后，人们就曾试图创制转子式内燃机，但都因转子密封问题而失败。虽然旋转活塞式泵和压缩机等已获得应用，但是旋转活塞式发动机直到1954年联邦德国工程师F.汪克尔在密封技术上有了突破之后才得以实现。他于1957年制成第一台旋转活塞式发动机，有人称之为汪克尔发动机。它经过改进具有功率高、振动小、运转平稳、结构简单轻小等优点。但这种发动机只适用于高转速，因燃料经济性差低速性能不佳，排气性能也不太理想，故未能广泛使用。至80年代仅用在个别型号轿车以及极少数直升飞机、雪橇和舷外机上。

三角旋转活塞式发动机结构的主要特点是，它用转子的旋转运动代替了往复机活塞的往复运动。它的三角转子(即类似三角形的活塞)在双圆弧外旋轮线的缸体(类似8字形的缸体)中作行星旋转运动，旋子三个顶端的三个径向密封片始终贴着缸体型面滑动，利用转子轮廓与缸体型面之间容积的周期性变化，成功地实现了往复机的四行程工作循环，即:进气、压缩、膨胀做功和排气。转子发动机工作时，作用在转子弧面上的燃烧气体压力推动转子旋转，进而带动主轴旋转输出动力。它与往复式发动机相比，省去了复杂的曲轴连杆机构和配气机构。同时，转子旋转一周，转子三个面所对应的三个工作室各自完成一次热力做功循环。这就是转子发动机比往复式发动机结构简单、重量轻、体积小的原因所在。

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，目前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。