0.3 轉(zhuǎn)動(dòng)式內(nèi)燃機(jī)

在蒸汽機(jī)的發(fā)展歷史中，從往復(fù)活塞式蒸汽機(jī)到蒸汽輪機(jī)的演化過程對(duì)內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展啟發(fā)巨大。往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動(dòng)要通過曲軸連桿機(jī)構(gòu)或凸輪機(jī)構(gòu)、擺盤機(jī)構(gòu)、搖臂機(jī)構(gòu)等，轉(zhuǎn)換為功率輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣不僅使機(jī)構(gòu)復(fù)雜，而且由于轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦損耗，還會(huì)降低機(jī)械效率。另外由于活塞組的往復(fù)運(yùn)動(dòng)造成曲柄連桿機(jī)構(gòu)的往復(fù)慣性力，這個(gè)慣性力與轉(zhuǎn)速的平方成正比。隨轉(zhuǎn)速的提高，軸承上的慣性負(fù)荷顯著增加，并由于慣性力的不平衡而產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)。此外，往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)還有一套復(fù)雜的氣門控制機(jī)構(gòu)。于是人們?cè)O(shè)想：既然工具機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式大部分都是軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，能否效法從往復(fù)活塞式蒸汽機(jī)到蒸汽輪機(jī)的路子，使熱能直接轉(zhuǎn)化為軸的轉(zhuǎn)動(dòng)呢？之后，先人們開始了在這一領(lǐng)域的探索。

1．燃?xì)廨啓C(jī)

1873年布拉頓（George Brayton）制造了一種定壓燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)。該機(jī)能提供使燃?xì)馔耆蛎浀酱髿鈮核l(fā)出的功率。20世紀(jì)初法國的阿曼卡（Bene Armangaud）等成功地應(yīng)用布拉頓循環(huán)原理制成燃?xì)廨啓C(jī)。但是，因當(dāng)時(shí)條件限制，熱效率很低未能得到發(fā)展。

到20世紀(jì)30年代，由于空氣動(dòng)力學(xué)及耐高溫合金材料和冷卻系統(tǒng)的進(jìn)展，為燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)入實(shí)用創(chuàng)造了條件。燃?xì)廨啓C(jī)雖然是內(nèi)燃機(jī)，但它沒有像往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)那樣必須在封閉的空間里和限定的時(shí)間內(nèi)燃燒的限制，所以不會(huì)發(fā)生像汽油機(jī)那樣令人擔(dān)心的爆震，也很少像柴油機(jī)那樣受摩擦損失的限制；且燃料燃燒所產(chǎn)生的氣體直接推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，故它的結(jié)構(gòu)簡單（與活塞式內(nèi)燃機(jī)相比，其部件僅為它的1/6左右）、質(zhì)量輕、體積小、運(yùn)行費(fèi)用省，且易于采用多種燃料，也較少發(fā)生故障。雖然燃?xì)廨啓C(jī)目前尚存在一些缺點(diǎn)：壽命短、需要高級(jí)耐熱鋼材和成本高及排污（主要是NOx）較嚴(yán)重等，致使至今燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用仍局限于飛機(jī)、船舶、發(fā)電廠和機(jī)車，但是由于布拉頓循環(huán)的優(yōu)越性和燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)燃油的限制少及上述的其他優(yōu)點(diǎn)，使得它仍為現(xiàn)在和將來人們致力研究的動(dòng)力技術(shù)之一。如果可突破渦輪入口溫度，大大提高熱效率，且克服其他缺點(diǎn)，燃?xì)廨啓C(jī)有望取代汽、柴油機(jī)。

2．旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)

一直以來人們都在致力于建造旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其目標(biāo)是避免往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)固有的復(fù)雜性。在1910年以前，人們?cè)岢鲞^2000多個(gè)旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的方案。20世紀(jì)初，又有許多人提出不同的方案，但大多因結(jié)構(gòu)復(fù)雜或無法解決汽缸密封問題而不能實(shí)現(xiàn)。直到1954年，德國人汪克爾經(jīng)長期研究，突破了汽缸密封這一關(guān)鍵技術(shù)，才使具有長短幅圓外旋輪線缸體的三角旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)首次運(yùn)轉(zhuǎn)成功。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣、壓縮、燃燒膨脹和排氣過程，按奧托循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。1962年三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)作為船用動(dòng)力，到20世紀(jì)80年代日本東洋工業(yè)公司把它用于汽車引擎。

轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)有一系列的優(yōu)點(diǎn)。

（1）它取消了曲柄連桿機(jī)構(gòu)、氣門機(jī)構(gòu)等，得以實(shí)現(xiàn)高速化。

（2）質(zhì)量輕（比往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)質(zhì)量下降1/2～1/3）、結(jié)構(gòu)和操作簡單（零件數(shù)量比往復(fù)式少40%，體積減少50%）。

（3）在排氣污染方面也有所改善，如NOx產(chǎn)生較少。

同時(shí)，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)也存在著嚴(yán)重的不足之處：

（1）這種結(jié)構(gòu)的密封性能較差，至今只能作為壓縮比低的汽油機(jī)使用。

（2）由于高速帶來了扭矩低，組織經(jīng)濟(jì)的燃燒過程困難。

（3）壽命短、可靠性低以及加工長短軸旋輪線的專用機(jī)床構(gòu)造復(fù)雜等。