淺析米勒循環發動機

【摘 要】米勒循環發動機又稱轉子發動機，它采用三角轉子旋轉運動來控制發動機自身的工作循環，與傳統的往復活塞式發動機的工作形式有很大差異。這種相對的新式機器是由德國人發明（菲加士·汪克爾），在吸收總結的汽車前輩的研究成果基礎上，解決了關鍵技術問題，正是這樣世界上第一臺米勒循環發動機（以下簡稱轉子發動機）得以誕生。

【關鍵詞】米勒循環；三角轉子；轉子發動機

1.轉子發動機的誕生

實際上，在16世紀末期，在某些出版物上第一次出現了“連續運轉內燃機”的說法。發動機的連桿、曲柄機構的發明人沃特·詹姆斯（1736~1819），也曾經研究過轉子式內燃機，特別是在過去的150年間，許多發明家都相繼提出過很多關于轉子發動機結構的提案。在1846年，其中有一些發明家就畫出了轉子發動機工作室的幾何形狀，這是現代轉子發動機結構的雛形，也是當時第一臺概念發動機。但是這些概念發動機都沒能真正實用化，直到1954年德國人提出了氣密封系統的轉子發動機方案，后來又經過華爾特·弗勞德從運動學上經過改良才得以突破了密封等技術的關鍵，這些結構的相繼使用，使汪克爾型轉子發動機得以實用化。在1957年研制出汪克爾轉子發動機。

1964年，日內瓦的德法合資企業COMOBIL公司，首次把轉子發動機應用到了轎車上，這引起了馬自達公司很大的興趣，因為馬自達公司一向對新技術非常敏感而且情有獨鐘，這樣的背景下，馬自達公司投巨資從汪克爾公司買下了這項新技術，1967年，日本人將轉子發動機裝到馬自達轎車上開始進行批量生產。

2.轉子發動機的實際應用

由于這是一項高新技術，在當時懂得這項技術的人更是寥寥無幾，轉子發動機出現了故障很少有人會修，而且還有很多的弊端，比如油耗大等，汽車行業的很多人對這種發動機的市場前景產生了懷疑。20世紀70年代石油危機爆發，各國忙于應對各方面的困難而沒有顧忌轉子發動機，只有馬自達公司仍然深信轉子發動機的潛力，獨自研究和生產轉子發動機，并為此付出了相當大的代價。他們漸漸克服了轉子發動機的缺陷，成功的由實驗性生產過渡到商業性生產，并將裝配了RX~7型馬自達跑車打入了美國市場，令人刮目相看。

在世界環保意識日益強化，石油資源日漸枯竭的今天，以氫氣做動力源的研究已成為一大課題。當年馬自達堅持下來的轉子發動機從結構上講是最適合燃燒氫氣的，而且最“干凈”因為氫氣燃燒完排放出來的是水蒸氣，對環保沒有任何污染。馬自達公司改制了RX-7型跑車的轉子發動機，是它可以用氫氣做燃料。這種發動機裝配在馬自達HR-X汽車上，1立方米的燃料箱存儲了相當43立方米的壓縮氫氣，以60km/hd的車速可以行使230km，引起了各界人士的關注。由于從生產裝配到維護修理，轉子發動機都與傳統發動機大不一樣，開發成本大。加上往復活塞發動機在功率、重量、排放、能耗等方面都比過去高出許多，轉子發動機并沒有顯示出明顯的優勢，因此各大汽車企業都沒有積極的去開發利用，只有馬自達公司一家在苦苦支撐。

MAZDA旗下的當家跑車RX-7絕對是日本跑車中極具代表性的一款，這是全球唯一一款搭載轉子發動機的量產車。

2003年馬自達發布了新版本，馬自達RX-8，該款車并不是RX-7的換代產品。而是一款新車型。RX-8和RX-7最大的區別是采用5門雙排座設計，RX-8是一輛轎跑車。動力方面采用自然吸氣的Renesis雙轉子發動機，最大功率為231馬力，最大扭矩為211N·M。

3.轉子發動機的工作原理

轉子發動機的結構：

現代轉子發動機有繭型殼體（一個三角形轉子安置在殼體當中）組成。

其關鍵核心構件分別為轉子發動機的轉子和主軸。缸體內部空間總是被轉子分成3個工作室，轉子轉動這些工作室也轉動。依次在擺線型缸體內的不同位置完成進氣、壓縮、做功、排氣這4個工作過程。轉子和殼體之間的空間作為內部燃燒室，通過氣體膨脹的壓力驅動轉子旋轉。和普通內燃機一樣，轉子發動機必須在其工作室中相繼形成4個工作過程。殼體的內側圓周被設計成旋轉線外形和安裝在偏心軸上的轉子組裝在一起，因此，每轉一圈，工作室的體積變化兩次，從而實現內燃機的4個工作過程。

由于轉子發動機的結構特性決定了該發動機低速動力性較差（有很高的功率，卻不能象往復式活塞發動機那樣輸出很大的扭距），因為它的活塞（應該叫三角轉子）行程不可能象往復式活塞發動機那樣可以有較大的改變。而且要想提高轉子發動機的壓縮比，必然會對本已苛刻的三角轉子和氣缸體的制造加工工藝提出更為嚴酷的要求。

轉子發動機潤滑系統的作用及其組成與往復式活塞發動機大體相同。不過轉子發動機潤滑系統卻有兩個特點：（1）潤滑系統的部分機油被引入三角轉子的內腔，用于冷卻轉子；（2）裝置機油計量泵，根據發動機負荷的大小及轉速的高低，計量泵將一定數量的機油送入進氣歧管（或化油器），機油與燃油混合后進入氣缸，潤滑氣體密封件和滑動表面。

轉子發動機潤滑系統的特點，說明轉子發動機的三角轉子是空心的（其實不完全是空心，只是其中有許多空腔）。由于三角轉子受到高溫、高壓燃氣的直接作用，轉速又很高，這就要求轉子必須具有足夠的強度、剛度及較小的質量。因此制造轉子的材料多為高強度合金鑄鐵（如銅鉻鉬合金鑄鐵等）。需要說明的是，由于氣缸體的形狀（近似橢圓形），三角轉子在氣缸內是做行星式運動的（象月亮一樣，即做自傳又繞地球公轉）。由于內、外齒輪的齒數比為3∶2，因此，轉子自轉速度與公轉速度之比為1∶3，即主軸的轉速為轉子的自轉轉速的3倍。

4.轉子發動機存在的弊端與改進措施

（1）轉子發動機轉速高，主軸每轉一圈需點火一次，因此點火頻率也高，火花塞受熱也嚴重。

（2）為了避免密封片（三角轉子）碰觸火花塞，火花塞必須縮進氣缸型面內，通過連接孔與工作腔相同。這種情況下，火花塞得不到新鮮混合氣的冷卻，電極溫度高。另外，連通孔內殘存較多的廢氣，不利于點火。

（3）連通孔周圍氣流速度很高，點火后火焰中心散熱快，容易滅火。

（4）由于點火頻率高，對點火系統也是個考驗。

鑒于上述不利，轉子發動機采用下例幾種措施改善其點火性能：

（1）采用熱值較大的冷型火花塞。

（2）安裝兩個火花塞。雙火花塞方案既能改善火花塞工作條件又有利于火焰的形成和傳播。

（3）現代電子科技的發展及汽油噴射系統的廣泛應用，對轉子發動機的點火性能、燃料經濟性能和起動性有極大的促進和改善。

【參考文獻】

［１］華南理工大學廣州汽車學院首席汽車文化交流平臺．網站（http://qcwh.gzauto.edu.cn/）．

［２］高維，強愛民.現代汽車故障診斷與檢測技術項目化教程.中國海洋大學出版社，2011，(2):241-242.