马自达转子发动机原理图解

转子发动机又称为米勒循环发动机。它采用三角转子旋转运动来控制压缩和排放,与传统的活塞往复式发动机的直线运动迥然不同，这种发动机由德国人菲加士·汪克尔发明，在总结前人的研究成果的基础上，解决了一些关键技术问题,研制成功第一台转子发动机。

转子发动机的运动特点是：三角转子的中心绕输出轴中心公转的同时，三角转子本身又绕其中心自转。在三角转子转动时,以三角转子中心为中心的内齿圈与以输出轴中心为中心的齿轮啮合，齿轮固定在缸体上不转动,内齿圈与齿轮的齿数之比为3:2。上述运动关系使得三角转子顶点的运动轨迹(即汽缸壁的形状)似"8"字形.三角转子把汽缸分成三个独立空间，三个空间各自先后完成进气,压缩,做功和排气，三角转子自转一周,发动机点火做功三次。由于以上运动关系，输出轴的转速是转子自转速度的3倍，这与往复运动式发动机的活塞与曲轴1:1的运动关系完全不同。

自从马自达开始从事完善转子发动机的研发工作，公司就成功利用这种发动机本身所固有的轻量化，结构紧凑和高动力性能的优点，同时逐步克服其耗油和废气排放量大的缺点。在为RX-7开发的13BREW涡轮增压转子发动机上，马自达在转子发动机的发展中，就最大功率而言，达到了它的一个技术高峰。

然而推动马自达转子发动机开发的激情和梦想永无止境。工程师开始努力让这种动力装置更紧凑，并提高它的进气和燃烧效率.这些努力在MSP-RE上达到充分体现，并在1995年东京汽车展中推出的RX-01概念车上安装了这种发动机。自然吸气式MSP-RE 随后作为RX-8的动力总成进行批量生产，并更名为RENESIS，它代表着"The RE (rotary engine)'s GENESIS"( 转子发动机的起源)。

RENESIS转子式发动机，这种自然吸气式转子发动机在8,500 rpm下能够产生184 kW (250 PS)的最大功率(针对日本的高功率车型)，结构紧凑的轻量化车身使RX-8得以采用先进的前中置动力总成布置，和以前的RX-7相比,发动机位置更低更靠后。由于RENESIS具有平稳的性能，紧凑的尺寸和独特的行驶特点，在全新的RX-8推出不久，即在2003年6月被命名为International Engine of the Year(国际年度最佳发动机)。

马自达Renesis转子发动机体积较小，高度只有338mm，因此可以将它放置在前轴后面，从而使汽车的前后重量比达到理想的50：50，利于提高汽车的操纵性。马自达Renesis转子发动机在静态时它的排量只有1.3升，但当它运动起来后其排量应是2.6升，这也是转子发动机的与众不同之处。马自达Renesis转子发动机的最大功率为250PS/8500rpm，最大扭矩为216Nm/5500rpm。装配Renesis转子发动机的马自达RX-8的0-100km/h加速时间不到6秒，百公里油耗只有8.3升。
转子发动机的工作原理和结构：

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进气、压缩、燃烧和排气四个工作过程。如果将三角形的转子放置在圆形壳体的中心部，工作室将不会随着壳体内部转子的旋转而在体积上发生变化。即使空燃混合气在那里点燃，燃烧气体的膨胀压力也仅作用在转子的中部，不会产生旋转。这就是为什么壳体的内侧圆周被设计成旋轮线外形并和安装在偏心轴上的转子组装在一起的原因。因此，每转一圈，工作室的体积变化两次，从而实现内燃机的四个工作过程。
在汪克尔型转子发动机上，转子的顶点随着发动机壳体内圆周的椭圆形壳体而运动，同时保持与围绕在发动机壳体中心的一个偏心轨道上的输出轴齿轮的接触。三角形转子的轨道是用一个相位齿轮机构来规定的。相位齿轮包括安装在转子内侧的一个内齿圈和安装在偏心轴上的一个外齿轮。如果转子齿轮在其内侧有30个齿，轴齿轮将在其外原周上有20个齿，由此得到其齿数比为3:2。由于这一齿数比，转子和轴之间的转速比被限定为1:3。
和偏心轴相比，转子有较长的转动周期。转子转动一圈，偏心轴转动三圈。当发动机转速为3000 rpm时，转子的速度只有1000 rpm。
往复式发动机和转子发动机都依靠空燃混合气燃烧产生的膨胀压力以获得转动力.两种发动机的机构差异在于使用膨胀压力的方式.在往复式发动机中,产生在活塞顶部表面的膨胀压力向下推动活塞,机械力被传给连杆,带动曲轴转动.
对壳体的内部空间(或旋轮线室)总是被分成三个工作室. 在转子的运动过程中,这三个工作室的容积不停地变动,在摆线形缸体内相继完成进气,压缩,燃烧和排气四个过程.每个过程都是在摆线形缸体中的不同位置进行,这明显区别于往复式发动机.往复式发动机的四个过程都是在一个汽缸内进行
转子发动机的排气量通常用单位工作室容积和转子的数量来表示.例如,对于型号为13B的双转子发动机,排量为"654cc ×2".
单位工作室容积指工作室最大容积和最小容积之间的差值;而压缩比是最大容积和最小容积的比值.往复式发动机上也使用同样的定义.
如上一页图中所示,可看到转子发动机工作容积的变化,以及与四循环往复式发动机的差别.尽管在这两种发动机中,工作室容积都成波浪形稳定变化,但二者之间存在着明显的不同.首先是每个过程的转动角度:往复式发动机转动180度,而转子发动机转动270度,是往复式发动机的1.5倍.换句话说,在往复式发动机中,曲轴(输出轴)在四个工作过程中转两圈(720度); 而在转子发动机中,偏心轴转三圈(1080度),转子转一圈.这样,转子发动机就能获得较长的过程时间,而且形成较小的扭矩波动,从而使运转平稳流畅.
此外,即使在高速运转中,转子的转速也相当缓慢,从而有更宽松的进气和排气时间,为那些能够获得较高的动力性能的系统的运行提供了便利
精简结构: 由于转子发动机将空燃混合气燃烧产生的膨胀压力直接转化为三角形转子和偏心轴的转动力,所以不需要设置连杆,进气口和排气口依靠转子本身的运动来打开和关闭;不再需要配气机构,包括正时齿带,凸轮轴,摇臂,气门,气门弹簧等,而这在往复式发动机中是必不可少的一部分.综上所述,转子发动机组成所需要的部件大幅度减少.
均匀的扭矩特性: 根据研究结果,转子发动机在整个速度范围内有相当均匀的扭矩曲线,即使是在两转子的设计中,运行中的扭矩波动也与直列六缸往复式发动机具有相同的水平,三转子的布置则要小于V型八缸往复式发动机.
运行更安静,噪音更小: 对于往复式发动机,活塞运动本身就是一个振动源,同时气门机构也会产生令人讨厌的机械噪音.转子发动机平稳的转动运动产生的振动相当小,而且没有气门机构,因此能够更平稳和更安静的运行.
可靠性和耐久性: 如前所述,转子的转速是发动机转速的三分之一.因此,在转子发动机以9000 rpm的转速运转时,转子的转速约为该转速的三分之一.另外,由于转子发动机没有那些高转速运动部件,如摇臂和连杆,所以在高负荷运动中,更可靠和更耐久.在1991的勒芒汽车赛中的大获全胜就充分证明了这一点.