浅析米勒循环发动机

浅析米勒循环发动机【摘要】米勒循环发动机又称转子发动机，它采用三角转子旋转运动来控制发动机自身的工作循环，与传统的往复活塞式发动机的工作形式有很大差异。这种相对的新式机器是由德国人发明（菲加士•汪克尔），在吸收总结的汽车前辈的研究成果基础上，解决了关键技术问题，正是这样世界上第一台米勒循环发动机（以下简称转子发动机）得以诞生。【关键词】米勒循环；三角转子；转子发动机转子发动机的诞生实际上，在16世纪末期，在某些出版物上第一次出现了“连续运转内燃机”的说法。发动机的连杆、曲柄机构的发明人沃特•詹姆斯（1736~1819），也曾经研究过转子式内燃机，特别是在过去的150年间，许多发明家都相继提出过很多关于转子发动机结构的提案。在1846年，其中有一些发明家就画出了转子发动机工作室的几何形状，这是现代转子发动机结构的雏形，也是当时第一台概念发动机。但是这些概念发动机都没能真正实用化，直到1954年德国人提出了气密封系统的转子发动机方案，后来又经过华尔特•弗劳德从运动学上经过改良才得以突破了密封等技术的关键，这些结构的相继使用，使汪克尔型转子发动机得以实用化。在1957年研制出汪克尔转子发动机。1964年，日内瓦的德法合资企业comobil公司，首次把转子发动机应用到了轿车上，这引起了马自达公司很大的兴趣，因为马自达公司一向对新技术非常敏感而且情有独钟，这样的背景下，马自达公司投巨资从汪克尔公司买下了这项新技术，1967年，日本人将转子发动机装到马自达轿车上开始进行批量生产。转子发动机的实际应用由于这是一项高新技术，在当时懂得这项技术的人更是寥寥无几，转子发动机出现了故障很少有人会修，而且还有很多的弊端，比如油耗大等，汽车行业的很多人对这种发动机的市场前景产生了怀疑。20世纪70年代石油危机爆发，各国忙于应对各方面的困难而没有顾忌转子发动机，只有马自达公司仍然深信转子发动机的潜力，独自研究和生产转子发动机，并为此付出了相当大的代价。他们渐渐克服了转子发动机的缺陷，成功的由实验性生产过渡到商业性生产，并将装配了rx~7型马自达跑车打入了美国市场，令人刮目相看。在世界环保意识日益强化，石油资源日渐枯竭的今天，以氢气做动力源的研究已成为一大课题。当年马自达坚持下来的转子发动机从结构上讲是最适合燃烧氢气的，而且最“干净”因为氢气燃烧完排放出来的是水蒸气，对环保没有任何污染。马自达公司改制了rx-7型跑车的转子发动机，是它可以用氢气做燃料。这种发动机装配在马自达hr-x汽车上，1立方米的燃料箱存储了相当43立方米的压缩氢气，以60km/hd的车速可以行使230km，引起了各界人士的关注。由于从生产装配到维护修理，转子发动机都与传统发动机大不一样，开发成本大。加上往复活塞发动机在功率、重量、排放、能耗等方面都比过去高出许多，转子发动机并没有显示出明显的优势，因此各大汽车企业都没有积极的去开发利用，只有马自达公司一家在苦苦支撑。mazda旗下的当家跑车rx-7绝对是日本跑车中极具代表性的一款，这是全球唯一一款搭载转子发动机的量产车。2003年马自达发布了新版本，马自达rx-8，该款车并不是rx-7的换代产品。而是一款新车型。rx-8和rx-7最大的区别是采用5门双排座设计，rx-8是一辆轿跑车。动力方面采用自然吸气的renesis双转子发动机，最大功率为231马力，最大扭矩为211n・m。转子发动机的工作原理转子发动机的结构：现代转子发动机有茧型壳体（一个三角形转子安置在壳体当中）组成。其关键核心构件分别为转子发动机的转子和主轴。缸体内部空间总是被转子分成3个工作室，转子转动这些工作室也转动。依次在摆线型缸体内的不同位置完成进气、压缩、做功、排气这4个工作过程。转子和壳体之间的空间作为内部燃烧室，通过气体膨胀的压力驱动转子旋转。和普通内燃机一样，转子发动机必须在其工作室中相继形成4个工作过程。壳体的内侧圆周被设计成旋转线外形和安装在偏心轴上的转子组装在一起，因此，每转一圈，工作室的体积变化两次，从而实现内燃机的4个工作过程。由于转子发动机的结构特性决定了该发动机低速动力性较差（有很高的功率，却不能象往复式活塞发动机那样输出很大的扭距），因为它的活塞（应该叫三角转子）行程不可能象往复式活塞发动机那样可以有较大的改变。而且要想提高转子发动机的压缩比，必然会对本已苛刻的三角转子和气缸体的制造加工工艺提出更为严酷的要求。转子发动机润滑系统的作用及其组成与往复式活塞发动机大体相同。不过转子发动机润滑系统却有两个特点：（1）润滑系统的部分机油被引入三角转子的内腔，用于冷却转子；（2）装置机油计量泵，根据发动机负荷的大小及转速的高低，计量泵将一定数量的机油送入进气歧管（或化油器），机油与燃油混合后进入气缸，润滑气体密封件和滑动表面。转子发动机润滑系统的特点，说明转子发动机的三角转子是空心的（其实不完全是空心，只是其中有许多空腔）。由于三角转子受到高温、高压燃气的直接作用，转速又很高，这就要求转子必须具有足够的强度、刚度及较小的质量。因此制造转子的材料多为高强度合金铸铁（如铜铭钼合金铸铁等）。需要说明的是，由于气缸体的形状（近似椭圆形），三角转子在气缸内是做行星式运动的（象月亮一样，即做自传又绕地球公转）。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,即主轴的转速为转子的自转转速的3倍。转子发动机存在的弊端与改进措施（1）转子发动机转速高，主轴每转一圈需点火一次，因此点火频率也高，火花塞受热也严重。（2） 为了避免密封片（三角转子）碰触火花塞，火花塞必须缩进气缸型面内，通过连接孔与工作腔相同。这种情况下，火花塞得不到新鲜混合气的冷却，电极温度高。另外，连通孔内残存较多的废气，不利于点火。（3） 连通孔周围气流速度很高，点火后火焰中心散热快，容易灭火。（4） 由于点火频率高，对点火系统也是个考验。鉴于上述不利，转子发动机采用下例几种措施改善其点火性能:（1） 采用热值较大的冷型火花塞。（2） 安装两个火花塞。双火花塞方案既能改善火花塞工作条件又有利于火焰的形成和传播。（3） 现代电子科技的发