转子发动机的发展历程及趋势

第二章 我国传统发动机
2.1传统汽车发动机的基本知识
汽车发动机是将燃油的能量转化为动能来驱动汽车，最简单的办法是通过在发动机内部燃烧燃油来获得动能。因此，汽车发动机是内燃机燃烧在发动机内部发生。有两点需注意：
（1）内燃机也有其他种类，比如柴油机，燃气轮机，各有各的优点和缺点。
（2）同样也有外燃机。在早期的火车和轮船上用的蒸汽机就是典型的外燃机。燃料（煤、木头、油）在发动机外部燃烧产生蒸气，然后蒸气进入发动机内部来产生动力。内燃机的效率比外燃机高不少，也比相同动力的外燃机小很多。所以，现代汽车不用蒸汽机。
1964年，日内瓦的德法合资企业COMOBIL公司，首次把转子发动机装在轿车上成为正式产品。1967年，日本人也将转子发动机装在马自达轿车上开始成批生产。
一向对新技术情有独钟的马自达公司投巨资从汪克尔公司买下了这项技术。由于这是一项高新技术，懂得这项技术的人寥寥无几，发动机坏了无人会修，而且耗油大，汽车界有人对这种发动机的市场前景产生了怀疑。70年代石油危机爆发，各国忙于应付各方面的困难而无暇顾及发展转子发动机，唯有马自达公司仍然深信转子发动机的潜力，独自研究和生产转子发动机，并为此付出了相当大的代价。他们逐步克服了转子发动机的缺陷，成功地由试验性生产过渡到商业性生产，并将安装了转子发动机的RX－7型跑车打入了美国市场，令人刮目相看。
水分，%（V/V） 不大于 0.8
实际胶质，mg/100ml 不大于 5.0
无机氯，mg/L 不大于 32
乙酸含量，mg/L 不大于 56
铜含量，mg/L 不大于 0.08
改性剂，%（m/m） 不小于
柴油发动机的缺点也是显而易见的，尤其是对环境的污染是很厉害的，其次就是噪音比汽油机大的多。因此节能环保的新能源就被各个国家提到新日程，而新型的生物柴油得到了各个国家的支持。
第三章 转子发动机的出现
3.1 燃料乙醇的相关特性
3.1.1 燃料乙醇的含义
燃料乙醇也称燃料酒精，它以谷物、薯类、甘蔗或其它植物等为原料，经发酵、蒸馏而制成乙醇，并经进一步脱水和不同方式的变性处理后成为燃料乙醇。它不是一般的酒精，而是它的深加工产品。将一定量的变性燃料乙醇加入不添加含氧化合物的液体烃中，再辅以改善使用性能的添加剂，便成为车用乙醇燃料[6]。燃料乙醇也称生物燃料、燃料酒精、汽油醇、乙醇汽油等。将乙醇进一步脱水再加上适量的变性剂汽油后形成变性燃料乙醇。石油是不可再生的能源，石油枯竭迟早要到来，为了减轻对石油的依赖，人们都在寻找可再生能源。同时，农业的快速发展，造成粮食大量过剩，这一切，都使燃料乙醇产业的重新崛起和迅速发展成为必然。近年来汽油醇的生产又成为炼油工业的一个方向。所谓车用乙醇汽油，就是把变性燃料乙醇和汽油以一定比例混配，形成一种新型混合燃料。我国初步确定从乙醇的体积分数为10%起步推广使用车用汽油醇，这样现有车辆不需任何改装，其油耗、动力基本不受影响，汽车尾气的污染可大幅度降低，又不消耗过多的粮食。随着不可再生资源的日益短缺，能源危机日趋严重，乙醇作为可再生的清洁能源受到各国的重视，燃料乙醇成为研究的重点。燃料乙醇是一种可再生能源，可在专用的乙醇发动机中使用，又可按一定的比例与汽油混合，在不对原汽油发动机做任何改动的前提下直接使用。使用含醇汽油可减少汽油消耗量，增加燃料的含氧量，使燃烧更充分，降低燃烧中的CO等污染物的排放。
汪克尔于1902年出生在德国，1921年到1926年受雇于海德堡一家科技出版社的销售部。在1924年，汪克尔在海德堡建立了自己的公司，他花了大量的时间在那里进行转子发动机的研制，在1927年，诸如气密性和润滑等的一系列技术问题的攻克终于有了眉目。60年初在德国生产出第一辆装配了转子发动机的小跑车。当时业内人士认为这种发动机的结构紧凑轻巧，运转宁静畅顺，也许会取替传统的活塞式发动机。
不过在现有汽油发动机上，单纯的换用燃料乙醇也会在燃烧值、动力性和耐腐蚀性上产生一定的性能下降，并不能很好体现燃料乙醇的优势。因此燃料乙醇专用发动机便应运而生。
为了降低CO2等排放及弥补石油燃料的不足，欧州要求减少矿物燃料的使用，到2005年要求生物燃料(主要指乙醇及生物柴油)占整个燃料消费量的3%，为此要增加乙醇的产量5～6倍。到2010年生物燃料的使用量要达到6%，一些国家加大将植物纤维通过酸解、酶解、发酵制取甲醇、乙醇的研究试验工作，到2008年这一技术将达到廉价制取醇燃料的商业化要求，在经济上可与汽油相竞争[3]。
汽车发动机在设计阶段，会根据压缩比设定所用燃油的标号。压缩比是发动机的一个非常重要的结构参数，它表示活塞在下止点压缩开始时的气体体积与活塞在上止点压缩终了时的气体体积之比。从动力性和经济性方面来说，压缩比应该越大越好。压缩比高，动力性好、热效率高，车辆加速性、最高车速等会相应提高。但是受汽缸材料性能以及汽油燃烧爆震的制约，汽油机的压缩比又不能太大。简单地说，高压缩比车使用高标号的燃油。燃油标号越高，油的燃烧速度就越慢，燃烧爆震就越低，发动机需要较高的压缩比；反之，低标号燃油的燃烧速度较快，燃烧爆震大，发动机压缩比较低[4]。
（2）活塞ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ顶部运动来压缩油气混合气，使得爆炸更有威力。
（3）当活塞到达顶部时，火花塞放出火花来点燃油气混合气，爆炸使得活塞再次向下运动。
（4）活塞到达底部，排气阀打开，活塞往上运动，尾气从汽缸由排气管排出。
2.2传统发动机燃油知识
2.2.1 汽油
汽车发动机使用的汽油有90、93、97等标号，这些数字代表汽油的辛烷值，也就是代表汽油的抗爆性。
在世界环保意识日益强化，石油资源日渐沽竭的今天，以氢气做动力源的研究已成为一大课题。当年马自达坚持下来的转子发动机从结构上讲是最适合燃烧氢气，而且最“干净”，因为氢燃烧完后排出的是水蒸汽，对环境没有任何污染。马自达公司改制了RX－7型跑车的转子发动机，使它可以用氢做燃料。这种发动机装配在马自达HR一X汽车上，1立方米的燃料箱吸储了相当43立方米的压缩氢气，以每小时60公里的车速可行驶230公里，引起了各界人士的关注。由于从生产装配到维护修理，转子发动机都与传统的发动机大不一样，开发成本大。加上往复式活塞发动机在功率、重量、排放、能耗等方面都比过去有了显著提高，转子发动机没有显出明显的优势，因此各大汽车企业都没有积极性去开发利用，唯有马自达一家苦苦支撑。
目前在商品汽车上普遍使用往复式活塞发动机。还有一种知名度很高，但应用很少的发动机，这就是三角活塞旋转式发动机。
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。
不大于 1.96
4.76
PH值 6.5~9.0
外观 清澈透明，无悬浮物和沉淀
3.2 燃料乙醇的优点及意义
乙醇这一传统产品，经过半个多世纪的沉沦之后；自九十年代以来，之所以又重新成为许多国家大力研究和发展的对象，究其原因是人们对乙醇极优越的物理、化学特性有了更深入的认识和了解。乙醇已不单是一种优良燃料，它己经成为一种优良的燃油品质改善剂被广泛使用。它的主要特性可以概括为四个方面：第一，乙醇是燃油氧化处理的增氧剂，使汽油增加内氧燃烧充分，达到节能和环保目的。第二，乙醇具有极好的抗爆性能，调合辛烷值一般都在120左右，作为汽油的高辛烷值组份，它可有效提高汽油的抗爆性(辛烷值)。再者，在新标准汽油中，乙醇还可以经济有效地降低烯烃、芳烃含量，降低炼油厂的改造费用。更重要的是，乙醇是太阳能的一种表现形式，在整个自然界这个大系统中，乙醇的整个生产和消费过程可形成无污染和洁净的闭路循环过程，永恒再生永不枯竭。
3.1.2 燃料乙醇的作用
燃料乙醇的使用不仅可节省能源，减少环境污染，而且对发展农业，带动其他诸多相关产业也具有重大意义。
目前，世界上生产的燃料乙醇大部分是以甘蔗、玉米、薯干和植物秸秆等为原料糖化发酵制造的。植物在地球上的储量高达2亿亿吨，而且每年以1640亿吨的再生速度更新。我国又是一个农业大国，年平均农业秸秆类物质就超过7亿吨。如果能通过生物技术，有效地将其转化为生物产品或生物能源，将大大促进我国农产品深加工业及农业产业化进程，使千千万万农民受益。
汽油的缺点也有不少，动力性没有柴油好，随着石油的不断减少汽油的价格就会越来越高，因此汽油发动机就会不断减少。
2.2.2 柴油
随着柴油的不断使用，柴油发动机也不断增加，使用柴油发动机最大优点就是动力强劲。还有柴油发动机经济性也好，柴油发动机的可靠性也要比汽油发动机的好。在相同功率的情况下，柴油机的扭矩大，最大功率时的转速低。随着近年来柴油机技术的进步，特别是小型高速柴油发动机的新发展，一批先进的技术得以在小型柴油发动机上应用，使原来柴油发动机存在的缺点得到了较好的解决，而柴油机在节能与CO2排放方面的优势，则是包括汽油机在内的所有热力发动机无法取代的，因此，先进的小型高速柴油发动机，其排放已经达到欧洲Ⅲ号的标准，成为“绿色发动机”，目前已经成为欧美许多新轿车的动力装置[5]。
1.2已有研究成果
燃料乙醇是一种绿色可再生资源，随着科学技术的发展，粮食和各种植物纤维都可以加工生产出燃料乙醇，燃料乙醇的原料来源相当丰富，而且可以循环再生。
燃料乙醇的出现不仅仅减少了对石油资源的依赖，燃料乙醇还可以很大程度的改善汽车尾气污染和提升发动机燃烧效率。由于乙醇是燃油氧化处理的增氧剂，可以使汽油增加内氧燃烧充分，达到节能和环保目的。与用石油生产的汽油相比，生物乙醇在燃烧时释放到大气中的二氧化碳要少得多，最高可使二氧化碳的排放量比汽油减少90%。另外，乙醇具有极好的抗爆性能，辛烷值一般都在120左右，它可有效提高汽油的抗爆性(辛烷值)。
另外，乙醇汽油的发展还可以带动乙醇生产、储存、流通、加工、汽车零部件生产等相关产业的发展。例如：可利用酒精生产基地和设备制造乙醇汽油；为使汽车适应乙醇汽油，一些汽车零部件厂家已开始研究生产乙醇汽油专用发动机、油箱等配件。