作為無活塞旋轉式四衝程內燃機中的一種,轉子引擎似乎與生俱來就存在著一種獨有的魅力羨煞旁人,也許因為它充滿艱辛與荊棘的成長曆程,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。
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2012年6月22日,最後一台轉子引擎在位於廣島宇品的馬自達工廠下線,它意味著這種另類卻又全球唯一的引擎類型在歷經半個多世紀的滄桑后,停止了自己的「心跳」。而據日本媒體曝光的消息稱,已經停產的轉子引擎將隨全新RX—7概念車一同復活。而時間則預測為2017年5月。另一種說法稱RX—7將在2020年推出,以慶祝馬自達成立100周年。這一消息真的靠譜么?我們有必要重新溫習下轉子引擎歷史。
轉子引擎的誕生
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,轉子引擎也以其締造者的名字被稱為汪克爾引擎。這位出生於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。
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上個世紀五十年代初,汪克爾加盟德國NSU車廠(NSU後來與汽車聯盟共同組成現今的奧迪公司),並開始全力研發轉子引擎。1960年,汪克爾向世人宣布了這個顛覆想象力的新型內燃機,對於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、賓士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並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於預期,即使這樣依然有眾多廠商與NSU簽署了轉子引擎的研發授權許可。
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引擎。其中勞斯萊斯汽車公司開發出柴油版的轉子引擎,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引擎的研發,可謂形成一種百花齊放的姿態。
賓士公司也曾向NSU車廠取得了授權許可,且基於自己的技術優勢開發出燃油直噴型的三轉子引擎,它於1969年搭載在C111概念車上,最大功率280馬力,最高時速達到了260km/h,1970年賓士更是製造出四轉子引擎,其最大功率350馬力,極速可達290km/h。但是賓士始終也沒有解決轉子引擎先天性的高油耗以及高排放的問題。
1961年2月,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)馬自達如願獲得了轉子的研發授權許可,馬自達公司竟率先完成了轉子引擎的量產,驚艷車壇的Cosmo Sport 110S跑車在1967年5月發布,它採用一台雙轉子引擎,排量為0.982L(0.491L*2),最大功率110馬力,最大扭矩130N·m。
作為日系經典跑車之一的RX-7,從第一代起就搭載了代號為12A的雙轉子引擎,最大功率105馬力,到了1984年推出13B引擎的版本,動力也提升至135馬力。此車風阻係數為0.36,車身僅重1065公斤,並且前後重量已經達到完美的50:50。
歷史榮耀
歷史上,馬自達是唯一奪得過勒芒24小時耐力賽總冠軍的亞洲汽車製造商。縱觀勒芒大賽歷史,前58屆的冠軍均被歐美車手壟斷。1991年的第59界比賽中,搭載馬自達R26B2.6升4轉子引擎的787B賽車,以領先第二名兩圈的巨大優勢奪得冠軍。
很遺憾的是,這屆比賽結束后國際汽聯作出決定:從1992年開始,除排量3.0L以下的活塞引擎賽車以外,搭載其它引擎的賽車不準參加勒芒24小時賽。這就意味著,裝有轉子引擎的馬自達787B剛奪取冠軍就要被排斥在比賽之外。至此,在這項大賽中努力奮鬥過十幾年的馬自達轉子引擎,輝煌的成績為自己畫上了圓滿的句號。
優點:
轉子旋轉的軸向運動比活塞往複式引擎的水平直線運動要來得更加平順,故轉子引擎的震動與噪音都比較小。由於偏心軸的轉速始終是轉子轉速的3倍,所以從這一點可以看出,當轉子引擎達到9000rpm時,三角轉子不過才3000rpm,相比往複式活塞引擎9000rpm時,活塞每分鐘要上下9000次,相當於活塞每秒鐘要完成300個衝程,這也使得轉子引擎可以輕易獲得更高的轉速。排量小,但是榨取出來的功率非常高。
引擎構造也非常簡單,總的來說,就是由缸體和轉子以及輸出軸構成了它的本體比起活塞式引擎龐大的曲柄連桿機構,複雜的配氣機構,它的構造可以說簡單了很多倍,運動部件也只有轉子和輸出軸,沒有氣門,沒有凸輪軸,沒有正時鏈條。
劣勢:
一是排放。因燃燒時間短暫,且混合氣燃燒不完全,同時做功行程偏心軸所轉過的角度只有活塞往複式引擎的一半,所以轉子引擎的耗油量要高於傳統式內燃機,而且轉子引擎在啟動與低轉速時會排出大量的碳氫化合物,這與現今嚴格的排放法規可謂格格不入。
雖然轉子引擎具有排量小、轉速高的工作特性,但由於其工作原理與往複式引擎不同,所以世界各國在制訂引擎排量的繳稅法規時,皆是以轉子引擎的實際排氣量乘以2來作為其最終認定的排量,更高的稅賦也意味著轉子將面臨更多的壁壘而無法大規模的普及開來。
二是「惡魔的爪痕」。而為了讓三角轉子與缸壁之間的腔室保有良好的氣密性,在轉子的三個頂點必須安裝有菱封和氣封組成的機構。但經過日積月累的偏心旋轉衝擊以及高溫狀態下的變形,菱封對缸壁容易造成刮痕,被稱為「惡魔的爪痕」。一旦形成此現象,大修跑不掉。
此外,點火系統也是轉子引擎的弱點之一,因為它的燃燒室在移動運轉,爆炸的過程中火焰傳播的型態並不理想,這也就對點火系統提出了更高的要求,不僅要提高點火能量,同時點火正時以及火花塞的位置也非常重要。
對於將轉子引擎揚名天下的馬自達來說,這項獨門秘籍就像頭頂上閃耀的光環,彰顯著自身在技術實力上的卓爾不群。但光鮮表面的背後,卻也暗藏著種種危機:研發資金上的缺口,技術上的發展瓶頸,特別是與傳統內燃機相比,轉子已無絕對的優勢。所以在高
度商
業化的當今社會,即使它是宇宙萬物中的唯一,也終究難逃被捨棄的命運。
出路:
上面我們說到了轉子引擎的兩個缺點。先說缸壁磨損,其實馬自達此前就通過研發新材料已經緩解了這一問題,採用了碳、鋁合成一種介於金屬與非金屬之間的材料。這種材料因溫度變化造成的膨脹和收縮很少,不管冷啟動還是正常工作狀態,都能起到很好的密封的作用,高溫環境下也不易因過度膨脹,減小了出現缸壁磨損的概率。雖然不能從根本上解決問題,但至少不用經常大修了。相信經過這麼多年的發展,馬自達也可能對於缸壁磨損這一問題有了新的進展。
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那麼排放如何解決?好車君覺得奧迪可以作為一個參考,通過這種側面的方式實現了對轉子的應用,在A1 e-tron增程式電動車上,轉子的使命不再是直接驅動車輪而是為電池組充電。而馬自達則在大力發展氫燃料的轉子引擎,氫燃料的應用將徹底解決油耗與排氣的問題。
所以好車君相信,轉子引擎復活應該不是一件空穴來風的事情,關鍵點在於如何復活。從目前來看,馬自達復產傳統轉子引擎的可能性並不大。除非馬自達真的夠偏執,又或者在傳統轉子引擎領域取得了重大突破,這兩點發生的概率並不高,但憑藉馬自達這種「勤奮技術宅」的幹勁或許某天就突然變成了可能。在當前,技術總是得向著實用性,並向社會規則妥協。所以最終的產品很可能將是一個轉子氫燃料引擎,或者其他我們還未知的全新方式。最終答案,就要看幾年後馬自達會給我們一個怎樣的驚喜了。