转子发动机：旋转的流星

作者：扈中平

2013年07月12日 来源：中国科学报 

　　与世界上很多发明、公式、定律都以创造者的名字来命名一样，转子发动机也以其缔造者的名字被称为汪克尔发动机。这位出生于1902年的德国工程师菲力斯·汪克尔在上个世纪50年代初加盟德国NSU车厂，并开始全力研发转子发动机。

　　相对活塞往复式的传统内燃机，转子发动机的结构要简单很多，什么曲柄连杆机构、配气相位机构等，在转子发动机上纷纷被割舍掉，因此也造就了其体积小、重量轻的特点。转子发动机主要由转子外壳、转子、侧边外壳、偏心轴、气封等部件构成。

　　转子发动机的基本结构是在一个近似“8”字型的空间中，放入一个三角锥状的转子，转子安装在偏心轴上，当偏心轴旋转时，会带动转子进行偏心旋转运动。在运动的过程中，转子的三个面恰好将内部空间划分为三个独立的腔室。被分隔出来的腔室在转子的运动过程中，其容积会不断地改变，也只有这样才可以使转子发动机利用密闭空间的变化来完成传统四冲程内燃机运转时所进行的进气、压缩、做功以及排气的过程。而这种巧妙的运动特性的产生则要归功于偏心轴以及“8”字型的空间结构的特殊设计。

　　传统的四冲程往复式活塞发动机中的任意一个汽缸进行一次完整的工作循环，曲轴需要旋转两周，但对于转子发动机来说，这却是另一番崭新的世界。三角转子每旋转一周，可以完成三次进气、压缩、做功、排气的过程，也就是做功三次，而偏心轴则已经旋转了三周，也就是说曲轴与三角转子的转速比为3：1。

　　整个转子发动机在工作时只有两个转动部件（偏心轴和转子），简化的结构可以使发动机的体积更小、重量更轻，故障率也大为减少。另外，转子旋转的轴向运动比活塞往复式发动机的水平直线运动要来得更加平顺，故转子发动机的震动与噪音都比较小。

　　由于偏心轴的转速始终是转子转速的3倍，所以从这一点可以看出，当转子发动机达到9000rpm时，三角转子不过才3000rpm，相比往复式活塞发动机9000rpm时，活塞每分钟要上下9000次，相当于活塞每秒钟要完成300个冲程，这也使得转子发动机可以轻易获得更高的转速。

　　当然，转子发动机也有不可忽视的弱点。因燃烧时间短暂，且混合气燃烧不完全，同时做功行程中偏心轴所转过的角度只有活塞往复式发动机的一半，所以转子发动机的耗油量要远远高于传统式内燃机，而且转子发动机在启动与低转速时会排出大量的碳氢化合物，这与现今严格的排放法规可谓格格不入。

　　此外，点火系统也是转子发动机的弱点之一，因为它的燃烧室在移动运转，爆炸的过程中火焰传播的型态并不理想，这也就对点火系统提出了更高的要求，不仅要提高点火能量，同时点火正时以及火花塞的位置也非常重要。