2T 发动机 vs 转子发动机：力学和效率的挑战-模拟第一站

2T 发动机 vs 汪克尔(转子)发动机：力学和效率的挑战

自内燃机发明以来，一直是以连杆曲柄的形式为主。然而，随着时间的推移，已经出现了其他解决方案，例如转子发动机，特别是也用于卡丁车的转子发动机。一个引人入胜的机械挑战，值得一说

市场上几乎所有的内燃机都通过连杆曲柄机构工作，其运动由一个或多个圆柱形活塞传递。这是一个系统，由于其结构简单和可靠性，自内燃机发明（十九世纪下半叶）至今基本上没有改变。特别是二冲程发动机在卡丁车中占据主导地位，因为它简单、功率高、运行成本相对较低。但是，连杆曲柄系统也有一些缺点，例如在活塞的交替直线运动中产生的高惯性力的存在，因此由于摩擦而导致功率损失。于是就产生了各种各样的想法

随着时间的推移，用直接旋转运动代替交替运动。
最优秀的旋转发动机是汪克尔(转子)发动机，由德国人菲加士·汪克尔在二十世纪上半叶发明。第一台汪克尔发动机是由德国汽车制造商NSU开发和生产的，但一些技术问题导致了它没有成功。随后，马自达进行了开发，最终推出了带有吸气式发动机和涡轮增压的汽车模型。
另一方面，其他公司为特定行业开发了排量有限的汪克尔发动机。例如，卡丁车领域。

汪克尔是一种四冲程发动机，其中包含在定子中的转子的旋转使曲轴运动

图片[5]-2T 发动机 vs 转子发动机：力学和效率的挑战-模拟第一站 — 汪克尔发动机的 4 个运行阶段：吸气、压缩、燃烧以及随后的膨胀、排放

图片[6]-2T 发动机 vs 转子发动机：力学和效率的挑战-模拟第一站 — 单位气缸位移由腔室的两个最大值和最小值之间的差值给出。
无需过多赘述，几何方程如上所示：其中 S = 转子厚度；
i = 转子中心与曲轴中心之间的距离；
R = 转子半径（中心和顶点之间的距离）

汪克尔是一种四冲程发动机，具有一个或多个旋转的转子，而这些转子又使曲轴旋转，所有这些都包含在一个定子或多个定子中。后者有一种外摆线形底座，在中心，在侧盖上，固定有一个作用在转子内齿上的固定齿轮，一个具有三个凸面的元件，用作“旋转活塞” . 齿轮比为 1.5:1。在转子的中心有一个大的外壳，其中有一个衬套。曲轴的偏心机构在衬套中旋转，衬套与齿一起定义转子的运动，确保具有相关密封件的三个顶点始终接触定子表面，从而隔离三个可变容积腔。偏心轴由安装在侧盖上的衬套支撑。由于轴的杠杆臂（即偏心距），转子对偏心轮的推力在曲轴上产生扭矩。

因此，汪克尔发动机是一种4 冲程发动机，其 4 个阶段与传统的活塞发动机相当，但其特点是曲轴（对于单转子）在每一转时都有一个燃烧阶段。另一方面，曲轴每旋转 3圈，转子相对于中心旋转 1 整圈。换言之：曲轴每旋转 3 圈，转子在“火花塞区”中经过 3 次（因此重复了 3 个燃烧阶段）。结果：曲轴每转一圈就会燃烧一次。就好像它是一个二冲程发动机！Wankel的总排量是通过与具有传统活塞的类似 4 冲程发动机进行比较而获得的。在汪克尔发动机中曲轴每旋转一圈，单位气缸排量完成一个 4 相循环，与传统发动机相比，同样的情况发生在具有相同单位的 4 冲程双缸发动机中气缸排量（即

发动机轴每转动一次燃烧）。关于等效，汪克尔的总排量对应于单位气缸排量乘以 2，换句话说，在这种情况下，就好像它是一个 4 冲程双缸发动机。然而，与传统的活塞发动机相比，汪克尔发动机的燃烧室性能很差。这就是为什么它是一个几乎看不到未来的发展。燃烧室的形状与其形状有关，或多或少是椭圆形的，而我们知道在一个有效的腔室中，腔室的表面和体积之间的比率应该尽可能低（顶部是球形）。这种低效率导致更大的燃料消耗，因此导致更大的环境污染。

单位气缸排量由腔室最大值和最小值两个值的差值给出

图片[7]-2T 发动机 vs 转子发动机：力学和效率的挑战-模拟第一站 — *图为3个可变容积燃烧室*

定子由铸造铝合金制成，内部有一层薄的Nikasil涂层，通常不超过十分之一毫米厚。Nikasil 是一种由镍 + 硅组成的材料，现在几乎所有传统发动机气缸中都存在。有人认为，Nikasil 的开发得益于汪克尔发动机的初步开发，目的是解决密封以及滑动的问题。事实上，与活塞发动机的简单圆柱段不同，密封件的复杂性使得腔室中难以容纳高压值。在传统发动机中，气缸内的压缩比高于10 bar，在汪克尔发动机中反之亦然，值较低，因此当达到6 bar以下时，就可能更换发动机或者

大修发动机。举个例子，马自达汽车转子发动机平均行驶80,000 公里，之后被更换或彻底检修。转子发动机由 2 个适当的异相转子组成。我们经常看到具有 3 个、4 个或更多转子的实现或设计。由于其明显的简单性，许多人尝试过完全拆卸和重新组装汪克尔发动机。实际上，认真的检修需要大量的工作和扎实的知识。最重要的是，有必要仔细检查测量值、公差、平行度、平面度……所有组件。如果您以“盲目”的方式进行操作，发动机可能不会再次启动。

汪克尔引擎只是表面上很简单。定子的构造和大量的密封段表明事实并非如此

图片[8]-2T 发动机 vs 转子发动机：力学和效率的挑战-模拟第一站 — *具有相关密封段的转子（相同的密封元件也位于转子的相对平面上）。*

理论上，卡丁车的汪克尔引擎是一个非常强大的引擎。但是，在实际水平上，考虑到相同排量的功率进行比较是正确的。汪克尔的排量为250 cc，它产生的功率约为60 hp，因此升功率约为240 hp/升。一台42 马力的 2 冲程KZ 125 cc 发动机可实现340 马力/升范围内的特定功率。甚至在发动机的总重量上二冲程发动机更有优势。因此，仅通过数学比较，毫无疑问，二冲程发动机获胜。另一方面，如果与传统的四冲程发动机进行比较，则从性能的角度来看，汪克尔胜出。一般来说，旋转马达与连杆曲柄发动机相比具有一些优势。然而，由于燃烧室设计不良导致效率低下的主要缺点，以及气封和油封的复杂性，阻碍了它的进一步发展，使传统发动机更具有优势。重要的是要强调密封元件，即使它们是由非变形镍超合金制成的，也会过早磨损，首先就是因为转子每次旋转时发出的热量都会发生变化(不停的热胀冷缩)。