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        轉子傳奇的譜寫者,解讀馬自達轉子發動機

        文章作者:永達五金   發布時間:2015-11-02
        作為無活塞旋轉式四沖程內燃機中的一種,轉子發動機似乎與生俱來就存在著一種 魅力羨煞旁人,也許因為它充滿艱辛與荊棘的成長歷程,抑或是它特殊的機械結構與運轉方式。總之,作

        作為無活塞旋轉式四沖程內燃機中的一種,轉子發動機似乎與生俱來就存在著一種   魅力羨煞旁人,也許因為它充滿艱辛與荊棘的成長歷程,抑或是它特殊的機械結構與運轉方式。總之,作為人類歷史上的一個偉大發明,它有理由被人們深刻了解與銘記。
        轉子發動機構成:
        相對活塞往復式的傳統內燃機,轉子發動機的結構要簡單很多,什么曲柄連桿機構、配氣相位機構等,在轉子發動機上紛紛被割舍掉,因此也造就了其體積小、重量輕的特點。轉子發動機主要由轉子外殼、轉子、側邊外殼、偏心軸、氣封等部件構成。
        轉子外殼通常由鋁合金制造,它相當于傳統內燃機的缸體,內部呈“8”字形,內表面有特殊的電鍍涂層以增強其耐磨性,通常在外殼的一側設計有進氣口和排氣口,在另一側則安裝有火花塞。
        轉子被設計成弧形邊緣的三角形,它相當于傳統內燃機中的活塞,它在外殼內做偏心旋轉運動。轉子的內表面上會有內齒圈,而在轉子的三個面上則設計有凹槽,它的大小也直接關乎轉子發動機的壓縮比。
        偏心軸類似于傳統內燃機中的曲軸,它將動力直接輸出給傳動系統,轉子在8字氣缸內轉動,產生偏心旋轉運動,推動偏心軸旋轉。
        在轉子的三個頂點上布置有氣封(Apex Seal),它類似于活塞環,正是通過它的密封,才將氣缸分成三個獨立的腔室,氣封底部的彈簧可以使其始終與轉子外殼的內壁緊密接觸。
        2012年6月22日,   后一臺轉子發動機在位于廣島宇品的馬自達工廠下線,它意味著這種另類卻又全球   的發動機類型在歷經半個多世紀的滄桑后,停止了自己的“心跳”。
        與世界上很多發明、公式、定律都以創造者的名字來命名一樣,轉子發動機也以其   的名字被稱為汪克爾發動機。這位出生于1902年的德國工程師菲力斯·汪克爾從小就對機械有著濃厚的興趣,且蘊藏豐富的想象力與創造力。正是天賦與勤奮,使他創造出世界上與眾不同的新型內燃機。
        上個世紀五十年代初,汪克爾加盟德國NSU車廠(NSU后來與汽車聯盟共同組成現今的奧迪公司),并開始全力研發轉子發動機。1960年,汪克爾向世人宣布了這個顛覆想象力的新型內燃機,對于嗅覺敏銳的商家來說,新技術往往意味著巨大的商機,所以它著實吸引了包括通用、奔馳以及豐田等眾多廠商的目光。但不幸的是,這個“新生兒”存在著諸多先天性缺陷,如果想立刻將其量產并裝備在車輛上幾乎是不可能的,而且改造它的困難度也遠遠高于預期,即使這樣依然有眾多廠商與NSU簽署了轉子發動機的研發授權許可。
        這種新型內燃機當時被廣泛應用在諸如割草機、摩托車乃至船舶上,每個獲得授權許可的公司根據自己的技術優勢以及用途,開發出適合自家產品的轉子發動機。其中勞斯萊斯汽車公司開發出柴油版的轉子發動機,日本的鈴木公司通過技術手段提高轉子的壽命后,將其應用在自家的摩托車上。同時像雪鐵龍、保時捷、雅馬哈、阿爾法·羅密歐等廠商都參與了轉子發動機的研發,可謂形成一種百花齊放的姿態。
        奔馳公司也曾向NSU車廠取得了授權許可,且基于自己的技術優勢開發出燃油直噴型的三轉子發動機,它于1969年搭載在C111概念車上,   大功率280馬力,   高時速達到了260km/h,1970年奔馳   是制造出四轉子發動機,其   大功率350馬力,極速可達290km/h。但是奔馳始終也沒有解決轉子發動機先天性的高油耗以及高排放的問題。
        除了借助新技術對公司進行   的宣傳外,我們不能排除某些公司真心要把轉子技術發揚光大,但是在面對上個世紀70年代突如其來的   次石油危機時,眾多公司的做法可見對轉子技術的忠誠度,歷經危機后,轉子發動機也被眾多廠商無情的拋棄了。
        然而遠在東方的日本廣島市,一家名不見經傳的“東洋工業有限公司”(馬自達前身)   初也對這項技術垂涎三尺。公司的社長松田恒次很清楚當時的處境,并力爭通過轉子這   后一根稻草來挽救公司被吞并的命運,所以他不惜   代價要為公司取得轉子發動機的授權制造許可。1961年2月,馬自達如愿獲得了轉子的研發授權許可,但是公司也付出了頗為沉重的代價:
        1、馬自達需要向NSU車廠繳納2億8千萬日圓,在當時,這些資金大約可支付馬自達8000位員工一個月的薪水。
        2、馬自達   無條件提供產品專利權給NSU車廠。
        3、每一輛搭載轉子發動機的汽車上市后,   向NSU車廠交付   的使用金。
        同年7月,馬自達公司指派8名技術人員遠赴當時位于西德的NSU車廠去接受有關轉子發動機的技術培訓,這其中就包括后來被任命為“轉子研究部”部長的山本健一。
        當時NSU車廠的工作人員將一枚銅板放在運轉中的轉子發動機上,銅板可以屹立不倒,他們借此向馬自達的技術人員展示這種發動機運轉的平穩性。不過馬自達的技術人員稍后卻發現轉子發動機在工作一段時間后,轉子室內的缸壁會出現超乎想象的波紋狀磨痕,而這臺轉子發動機的壽命甚至只有幾十個小時,他們深刻意識到此問題是轉子發動機實現量產道路上   大的障礙。
        1963年,馬自達成立“轉子研究部”,并任命山本健一率領精心挑選的46名工程師針對轉子發動機進行研究與改良,這47人也被稱為“轉子47壯士”。因為面對當初與NSU簽訂的“不平等條約”以及公司自身所面臨的巨大競爭壓力,松田恒次社長深知這是   后的豪賭,可謂不成功便成仁,并提出“技術   是革新”的口號,以此來激發轉子研究部取得勝利的決心。
        轉子發動機的工作原理:
        轉子發動機的基本結構是在一個近似“8”字型的空間中,放入一個三角錐狀的轉子,轉子安裝在偏心軸上,當偏心軸旋轉時,會帶動轉子進行偏心旋轉運動。在運動的過程中,轉子的三個面恰好將內部空間劃分為三個獨立的腔室。被分隔出來的腔室在轉子的運動過程中,其容積會不斷地改變,也只有這樣才可以使轉子發動機利用密閉空間的變化來完成傳統四沖程內燃機運轉時所進行的進氣、壓縮、做功以及排氣的過程。而這種巧妙的運動特性的產生則要歸功于偏心軸以及“8”字型的空間結構的特殊設計。
        傳統的四沖程往復式活塞發動機中的任意一個汽缸進行一次完整的工作循環,曲軸需要旋轉兩周,但對于轉子發動機來說,這卻是另一番嶄新的世界。三角轉子每旋轉一周,可以完成三次進氣、壓縮、做功、排氣的過程,也就是做功三次,而偏心軸則已經旋轉了三周,也就是說曲軸與三角轉子的轉速比為3:1。
        這看上去有些令人匪夷所思,而其中的奧秘就蘊藏在簡單的機械原理中,通常轉子的內齒圈的齒數與中心齒輪的齒數之比為3:2,如果是常規的兩個內嚙合齒輪的話,二者   會保持3:2的轉速比,而轉速比   終定格在3:1,一是基于精心設計的齒數比,另外很重要的則是特殊的偏心旋轉運動,即三角轉子在自轉的過程中還會產生公轉運動。
        雖然規模與財力都略顯單薄,但憑借著一股“蠻勁”,馬自達公司竟率先完成了轉子發動機的量產,驚艷車壇的Cosmo Sport 110S跑車在1967年5月發布,它采用一臺雙轉子發動機,排量為0.982L(0.491L*2),   大功率110馬力,   大扭矩130N·m,它的推出比“轉子老祖宗”NSU的   款轉子汽車Ro80還早了四個月。  
        作為日系經典跑車之一的RX-7(欲詳細了解請點擊),從   代起就搭載了代號為12A的雙轉子發動機,   大功率105馬力,到了1984年推出13B發動機的版本,動力也提升至135馬力。此車風阻系數為0.36,車身僅重1065公斤,并且前后重量已經達到   的50:50。
           代RX-7,同樣搭載13B雙轉子發動機,動力   高提升至200馬力。到了第三RX-7,還是搭載了13B的發動機,但是在雙渦輪增壓器的作用下,   大功率已躍升至至規定的280馬力上限。
        馬自達RX-8采用了代號為13B-MSP Renesis的雙轉子發動機,它是以   代RX-7的13B型發動機為基礎,排氣量依舊為1.308L(0.654L*2),但兩者主要的差異在于13B-MSP型將排氣移至燃燒室的側面,這個改變也減小了碳氫化合物的排放,同時壓縮比提升至10:1,增加了在低轉速時的扭矩,該款發動機榮獲2004和2005兩年的沃德十佳發動機的稱號。
        歷史上,馬自達是   奪得過勒芒24小時耐力賽總   的亞洲汽車制造商。縱觀勒芒大賽歷史,前58屆的   均被歐美車手壟斷。1991年的第59界比賽中,搭載馬自達R26B 2.6L(0.654L*4)四轉子發動機的787B賽車,以      名兩圈的巨大優勢奪得   。
        雖然787B不是當時      強的勒芒賽車,但在對手的賽車紛紛出現故障時,它卻以穩定的可靠性堅持到   后,而勒芒24小時耐力賽   考驗的正是賽車的可靠性。通過此項賽事足以奠定馬自達787B在日本賽車史上的傳奇地位。 
        在當時,有幾十家公司都獲得了轉子發動機的研發授權許可,但唯有馬自達堅持至今并將其發揚光大。在這幾十年里的時間里,馬自達不斷的將   新的科技成果應用于轉子發動機的改進與完善上,但即使這樣也依然無法追趕上世界變化的腳步。在傳統內燃機以及新能源車型的強大攻勢面前,馬自達與轉子發動機看上去是如此形單影只,但與璀璨的星光相比,滑落天際的流星往往可以收獲   多的感動與回憶。

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