转子发动机由于每个工作室的四个工作过程都是分别被局限在气缸的特定区段内进行的，因此在气缸及前后端盖的各个不同部位上的受力及受热情况差别非常大[1～3]。分析转子发动机关键零部件的温度场、应力场分布，指出设计过程应关注的薄弱环节，并针对小型转子发动机特殊的结构形式，建立密封分析、计算模型，分析结构变形对发动机漏气的影响，为小型转子发动机零部件结构的工程仿真计算分析提供参考。......
2025-09-29
小型转子发动机的性能分析
【摘要】：表5.1部分计算参数表图5.12发动机膨胀过程仿真模型图5.12发动机膨胀过程仿真模型（续）下面举例说明零维模型在研究发动机外特性上的应用：研究节气门全开状态发动机性能指标随发动机转速的变化规律。图5.13中曲线分别是零维模型、试验测试在发动机转速为10 000r/min、15 000r/min的状态下，压力随偏心轴转角的变化曲线。这主要是因为转子发动机的换气阶段在零维模型中并未体现，而实际发动机工作过程换气的效率对充量系数的影响较大。
零维模型可以在给定条件下计算发动机工作过程中的压力、温度等性能参数，从而可以在设计初期对整个发动机的性能有大体的估计。根据计算结果与试验结果的相互对比可以指导零维模型的修正，当模型完善到一定程度，又可以指导不同尺度、不同参数的转子发动机的设计，这便是零维模型性能仿真在发动机开发过程中的应用。
图5.10 发动机压缩过程仿真模型
图5.10 发动机压缩过程仿真模型（续）
图5.11 发动机燃烧放热过程仿真模型
图5.12 发动机膨胀过程仿真模型
(https://www.chuimin.cn)
图5.12 发动机膨胀过程仿真模型（续）
下面举例说明零维模型在研究发动机外特性上的应用：研究节气门全开状态（WOT）发动机性能指标随发动机转速的变化规律。选定10 000r/min、15 000r/min作为参考转速点，部分相关参数的设置如表5.1所示。经过零维性能仿真模型的计算，可以得到在选定转速点下的缸压和温度数据。
表5.1 部分计算参数表
图5.13中，横坐标为偏心轴转角，纵坐标是缸内工作室的压力。图5.13中曲线分别是零维模型、试验测试在发动机转速为10 000r/min、15 000r/min的状态下，压力随偏心轴转角的变化曲线。点火起始角统一设置为515°偏心轴转角处，点火开始之后，缸压曲线脱离倒拖压力曲线，迅速上升。由图5.13可以看出，在10 000r/min以及15 000r/min转速下缸内压力达到峰值所对应的偏心轴转角，约为630°偏心轴转角。此时，距离压缩上止点（540°），偏心轴转过了90°，转子转过了30°。
图5.13 不同转速下的缸压曲线
（a）10 000r/min；（b）15 000r/min
对比图5.13（a）和图5.13（b），可以看出转子发动机最高压力出现的位置随转速上升变化不大，但是最高压力值随转速的上升却有明显的上升现象。无论是仿真数据还是试验数据均验证了这一点。
同时，对比试验与仿真结果，可以看出，在不同转速下均为仿真数据的压力值大于试验数据测得的压力值，但是仿真数据与试验数据的差值却随着转速的增加而减小，在15 000r/min转速时可以明显看出仿真数据与试验数据贴合较好。这主要是因为转子发动机的换气阶段在零维模型中并未体现，而实际发动机工作过程换气的效率对充量系数的影响较大。随着转速的增加，周边进气，转子发动机换气越发通畅，设计合理的进气道甚至可以利用进气惯性来实现近似于1 甚至大于1的充量系数，这就是在15 000r/min工作条件下发动机测试数据较为贴合理论计算数据的缘由。
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