汽车结构-第12章_新型车用发动机课件.ppt

汽车构造电子教案第十二章 新型车用发动机7/28/20221第十二章 新型车用发动机简介简介三角活塞旋转式发动机三角活塞旋转式发动机燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机斯特灵发动机斯特灵发动机电动汽车电动汽车压缩天然气汽车及液化石油气汽车压缩天然气汽车及液化石油气汽车7/28/20222简介 新型车用发动机是指当前在车用动力中占统治地位的，燃用传统燃料汽油或柴油的往复活塞式内燃机以外的动力机械其中，或从机构学的角度出发，变革发动机的功率传动机构；或以解决能源短缺、环境污染和生态失衡等人类最为关注的三大社会问题为目的的而创制的新型动力装置7/28/20223第一节 三角活塞旋转式发动机一、概述一、概述二、转子发动机的基本结构二、转子发动机的基本结构三、汽油转子发动机工作原理三、汽油转子发动机工作原理四、转子发动机的密封系统四、转子发动机的密封系统五、转子发动机的进、排气五、转子发动机的进、排气六、转子发动机的冷却六、转子发动机的冷却七、转子发动机的润滑七、转子发动机的润滑八、转子发动机的点火系八、转子发动机的点火系7/28/20224一、概述一、概述三角活塞旋转式发动机简称转子发动机是德国工程师F汪克尔发明的，所以又称为汪克尔发动机。

1954年，F汪克尔在总结前人取得的成果基础上，经过长期的研究，解决了旋转式发动机气体密封的重大技术难题，并于1958年成功地制成了第一台转子发动机1964年，德国NSN公司首先把转子发动机装在轿车上作为正式产品从1967年日本东洋工业公司开始成批生产转子发动机轿车到1986年，总共生产了150万辆往复活塞式发动机已有百余年的历史，其各种性能都已达到了相当高的水平但是，往复活塞式发动机得基本结构方案却带有根本缺陷，即存在许多往复质量，如活塞组件及气门机构等当提高发动机转速时，这些往复运动质量所产生的往复惯性力和惯性力矩急剧增大，使轴承载荷显著增加，振动加剧，噪声增强，并可能破坏气门机构的正常工作，致使发动机转速和功率的提高受到极大的限制7/28/20225（续）与往复活塞式发动机相比，转子发动机的优点是：升功率大，比质量小，振动轻微，结构简单，零件数量少，拆装方便，维修简单，制造也不困难进入80年代后，转子发动机有了新的发展，其中包括采用涡轮增压，电控燃油喷射，排气净化，分层燃烧和微机控制技术等技术，使转子发动机的经济性、动力性和排放性等技术指标均达到较高的水平7/28/20226二、转子发动机的基本结构转子发动机主要由转子、前后端盖、气缸体、密封件和主轴等组成。

此外，汽油转子发动机还有燃油供给系、点火系、润滑和冷却系等基本结构气缸体2的内壁表面是由双弧长短幅圆外旋轮线构成的特殊型面气缸体的两个端面分别被前端盖1、中间隔板3和后端盖5封闭气缸、前后端盖几中间隔板是固定件气缸内装有弧边三角形转子12在转子的一个端面上固定着与转子同心的内齿圈6，而与内齿圈相啮合的外齿圈7则固定在端盖上发动机的主轴13是偏心轴，其主轴颈支撑在与外齿轮同心的主轴承8上，而偏心轴颈则套在于内齿圈同心的转子轴承11内当发动机运转时，转子上的内齿圈6围绕固定的外齿轮7啮合运转，作行星运动，即转子不仅绕固定的外齿轮中心（主轴承中心）公转，同时又绕其自身的回转中心（偏心轴颈中心）自转由于内、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13的转速为转子12的自转速度的3倍7/28/20227（续）三角转子的三个角顶与气缸型面紧密接触，三个弧面与气缸型面之间形成三个工作腔转子工作是工作腔的容积变化，其变化规律恰好符合四冲程内燃机对气缸容积变化的要求在气缸体的一侧装置火花塞14，另一侧设置进气孔15和排气孔16当发动机工作时，气体的爆发压力通过转子传递给偏心轴颈并推动主轴旋转。

7/28/20228三、汽油转子发动机工作原理1.1.四行程工作过程四行程工作过程 转子发动机的工作循环与往复活塞式发动机相同，即由进气、压缩、作功及排气等四个过程组成图图12-212-2是转子发动机四行程工作过程原理图图中以三角转子的一个弧面AB与气缸型面之间形成的工作腔（AB的工作腔）为例，说明转子发动机的四冲程工作原理2.2.气缸型线的创成及三角转子外廓气缸型线的创成及三角转子外廓 转子发动机气缸内壁的理论型线是双弧长短幅圆外旋轮线，是由一个嵌在转子上的内齿圈1(动圆)围绕与其相啮合的固定外齿轮2(定圆)作纯滚动而创成的（图12-3）三角转子的外廓是气缸型线的内包罗线，以保证转子在气缸内转动时不与气缸发生干涉7/28/202297/28/202210工作过程当三角转子的角顶B转到进气孔左边的边缘时，AB工作腔开始进气在位置1进、排气孔连同，即进排气重叠这时AB工作腔的容积最小，相当于往复活塞式发动机的上止点位置随着转子继续转动，AB工作腔的容积逐渐增大，可燃混合气不断被吸入气缸当转子自转90度（主轴转270）到达位置4时，AB工作腔的容积达到最大，相当于往复活塞式发动机的下止点位置，进气行程结束。

三角转子继续转动，AB的工作腔的容积逐渐小，到位置5时，转子的角顶A越过了进气孔右边缘，这时AB工作腔被完全封闭，开始压缩行程当转子自转180（主轴转540）到达位置7时，AB工作腔的容积最小，相当于往复活塞式发动机的下止点位置，压缩行程结束这时，火花塞跳火点燃混合气，开始膨胀作功行程当转子自转270度到达位置10时，AB工作腔的容积又达到最大，相当于往复活塞式发动机的下止点位置，作功行程结束三角转子的角顶B转过排气孔左边的边缘时，AB工作腔又开始排气位置11-12为排气行程转子自转360度时，AB工作腔又开始回到位置1，排气行程结束实际上，排气要持续到角顶A转过排气孔之后至此，AB工作腔完成了一个工作循环与此同时，BC及CA两个工作腔也分别完成了一个工作循环综上所述，转子每自转一周，主轴则转三周，三角转子与气缸型面之间形成的三个工作腔各完成一个四行程工作循环，每一个循环所对应的主轴转角为270度7/28/202211气缸型线的形成 当内齿圈与外齿圈的齿数(或节圆直径)之比为3:2时，位于内齿圈外的任意点所画出的轨迹便是双弧长短幅圆外旋轮线，如图12-3中的点划线所示由于这种理论形线是一个点的轨迹，若气缸内壁的形线按照理论形线加工制造，则三角转子角顶上的径向密封片必然是尖片，这样会使密封片迅速磨损而丧失密封能力。

为了减小径向密封片的磨损，实际上均采用半径为a的圆头密封片这时则需以理论形线上的点为圆心，以a为半径，作无数个小圆，并以这些小圆的外包络线或称理论形线的等距曲线作为气缸内壁的实际形线，如图12-3中的实线所示7/28/202212三角转子外廓三角转子的三个角顶A、B及C(图12-4)是等边三角形的三个顶点根据双弧长短幅圆外旋轮线的性质，这三个顶点恒在圆外旋轮线上因此，若以圆外旋轮线作为气缸型线，则转子的三个角顶必然恒与气缸型线保持接触三角转子的外廓是气缸型线的内包罗线，以保证转子在气缸内转动时不与气缸发生干涉其创成方法是：保持嵌在转子上的内齿圈固定不动，使外齿轮连同气缸型线一起围绕内齿圈滚动外齿轮每滚到一个位置，气缸型线也随之转移到一个相应的位置当外齿轮绕内齿圈滚动一周时，便得到一系列形状相同、位置各异的气缸型线所有这些形线的内切线便是气缸型线的内包罗线按内包罗线加工转子的三个弧边，需要专用机床上进行有时为了方便制造，用适当半径的圆弧来代替内包罗线在图12-3中，点A到滚动的内齿圈中点O1的距离R称作创成半径；内齿圈中心O1与外齿轮中心O的距离OO1称作偏心距e；密封片圆头半径a称作等距半径；创成半径R与偏心距e的比值称为形状系数k。

创成半径R、偏心距e、等距半径a和形状系数k等参数，都是长短幅圆外旋轮线型转子发动机的基本参数气缸型线、转子弧边形状以及其他性能指标都与这些参数有关7/28/2022137/28/2022147/28/202215四、转子发动机的密封系统1.气体密封气体密封2.油密封油密封7/28/2022161.气体密封 转子发动机的气体密封系统由转子角顶的径向密封片1、角片2、密封销5及设置在转子端面上的端面密封条6组成（图12-5）在每个密封件的底部都装有弹簧径向密封片用来防止相临工作腔的气体泄露端面密封条和密封销用以防止工作腔内的气体通过端面相互泄露上述气体密封件在每个工作腔的周围构成密闭的密封线，可以有效的起到气体密封的作用7/28/202217（续）转子发动机气体密封件的工作原理与往复活塞式发动机的气环相似在发动机工作时，径向密封片在离心力和密封片底部气体压力的共同作用下压向气缸型面同时，进入密封片槽内的气体还将径向密封片压向密封片槽的一侧，从而实现了工作腔的径向密封（图12-6）当径向密封片移动到气缸型面的段轴部位时，密封片的惯性力由离心方向转为向心方向，这是径向密封片有脱离气缸型面的倾向。

为了克服向心力的作用在径向密封片底部装有弓形片状弹簧，即径向密封片弹簧（图12-5）弓形片状弹簧还可以保证发动机起动时气缸工作腔的密封性在发动机工作时，进入密封条底部的气体将密封条压向端盖的工作表面，而在发动机起动时，借助端面密封条底部的波形弹簧使端面密封条与端盖工作表面贴紧，以实现端面密封密封销5的底部装有片状弹簧，即密封销弹簧4（图12-5）以保证密封销与端盖工作表面贴紧径向密封片的材料应与气缸体的材料配对选择如合金铸铁气缸体可配用氮化硅径向密封片氮化硅（）是一种新型工程陶瓷材料，高温力学性能好，有自润性，耐磨损，是比较理想的径向密封片材料之一端面密封条通常用合金铸铁或球墨铸铁制造7/28/2022187/28/2022192.油密封在润滑各轴承及冷却三角转子的同时，不免会有少量润滑油贱入转子端面与端面工作表面之间的间隙中为了防止润滑油通过端面间隙窜入工作腔，在转子每个端面上的两个同心的油环槽内，安装了两道油环1（图12-7）在油环槽的底部装有波形弹簧3，用来使油环的刮油刃4压紧在端盖的工作表面上，以便将溅到工作表面上的润滑油刮下来油环是槽形端面的合金铸铁圆环，在其槽内装有耐热、耐油的硅橡胶圈2，用来阻止进入油环槽底部的润滑油窜入工作腔。

7/28/202220五、转子发动机的进、排气转子发动机利用进、排气孔实现进排气过程，而进排气孔的开闭由三角转子的轮廓来控制转子发动机有三种进气方式：周面进气周面进气（图12-8a）进气孔布置在气缸型面上的；端面进气端面进气（图12-8b）进气孔布置在端盖工作表面上的；混合进气混合进气（图12-8c）兼有周面与端面进气的；图12-87/28/202221（1 1）周面进气）周面进气 进、排气孔的开闭由转子角顶的径向密封片控制由于进排气的方向与气缸内气体的流动方向基本一致，因此，进排气阻力小，可以获得良好的充气采用周面进气的转子发动机高速性能好但是，周面进气的进排气孔同时开启的重叠角较大，发动机在低速时，排气工作腔内的废气可能窜入进气工作腔内，影响充气，致使发动机的低速性能较差2 2）端面进气）端面进气 进气孔的开闭由转子的弧边轮廓来控制端面进气的进、排气孔同时开启的重叠角小，所以发动机的低速性能有所改善但是，由于进排阻力大，因此发动机高速性能差3 3）混合进气）混合进气 保留了上述两种进气方式的优点，并在一定程度上弥补了它们的不足7/28/202222六、转子发动机的冷却转子发动机气缸体及缸盖工作表面的不同部位，其热状况迥然不同。

进气及压缩区的温度相差悬殊，将使气缸体及端盖发生热变形乃至热损坏因此，转子发动机冷却系统的任务是，既要降低受热零件的温度，又要减小气缸体及端盖工作表面的温度为此，需要合理的组织循环冷却液的流动目前，水冷转子发动机多采用轴流式冷却液循环方式冷却液从前端盖进入热区，然后沿发动机轴向在气缸体及端盖的水套中往返流动（图12-9），并从热区流向冷区，最后仍从前端盖流出。