轉(zhuǎn)子不死!馬自達(dá)轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)發(fā)展簡史

說到轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī),大家可能會立刻想到《頭文字D》中高橋兄弟的馬自達(dá)RX-7 FC3S和FD3S。其實轉(zhuǎn)子馬自達(dá)研發(fā)轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的歷史早在五十多年前就開始,背景故事也十分耐人尋味。


60年代的日本,本土車廠林立,但許多車廠規(guī)模都非常小,他們沒把精力放在技術(shù)研發(fā)上,而是大打價格戰(zhàn),所以日本車當(dāng)時給人的感覺是價廉且質(zhì)量差,根本無法與歐美汽車巨頭抗衡。
日本通商產(chǎn)業(yè)省頒布新規(guī),小規(guī)模的汽車公司需要與大公司合并以提升日本汽車產(chǎn)業(yè)的競爭力,除非該公司擁有一項特別的技術(shù)。當(dāng)時的馬自達(dá)屬于被兼并的對象。為了擺脫被兼并的厄運(yùn),馬自達(dá)決定引進(jìn)當(dāng)時很特別但并不成熟的轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)技術(shù),轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)儼然成為了馬自達(dá)的一根“救命稻草”,沒想到的是,轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)在后來還真被馬自達(dá)發(fā)揚(yáng)光大了。
1961年7月,馬自達(dá)派了8名技術(shù)人員赴當(dāng)時西德的NSU公司(奧迪前身),參觀學(xué)習(xí)備受眾多廠商關(guān)注的“汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)”構(gòu)造。時德國人做的一個”硬幣放在發(fā)動機(jī)上不倒“的演示,深深地震撼了馬自達(dá)的技術(shù)員。

當(dāng)年豐田、通用等汽車大廠也對轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)有興趣,但通過試驗發(fā)現(xiàn)實用量產(chǎn)化的難度比想象中要大得多,紛紛打了退堂鼓,只有馬自達(dá)堅持了下來,因為馬自達(dá)把不被兼并的希望全都寄托在這特別的新技術(shù)之上。

▲德國人汪克爾博士與他發(fā)明的轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)
轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、小巧輕量、運(yùn)轉(zhuǎn)平順安靜等特點,同時在更小的排量下實現(xiàn)更大的功率輸出。轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)沒有活塞,只有一顆三角弧形轉(zhuǎn)子在蠶繭形的氣室內(nèi)轉(zhuǎn)動。氣室被轉(zhuǎn)子分成三分,旋轉(zhuǎn)時每一份的大小會不斷變化,變化量就是轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的排氣量。轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)同樣屬于四種程發(fā)動機(jī),包括進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣四個沖程,具體工作過程是:隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動,混合氣從進(jìn)氣口吸入,在氣室密封部分被壓縮,火花塞點燃被壓縮的混合氣,膨脹推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),最后廢氣從排氣孔排出。

但跟傳統(tǒng)往復(fù)式活塞發(fā)動機(jī)不一樣的地方在于,蠶繭形氣室分為三份,每一份在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈就做完成一個完整的四沖程做功,三份加起來轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈一共做了三次功,相當(dāng)于單轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)就相當(dāng)于3缸的活塞發(fā)動機(jī),雙轉(zhuǎn)子就相當(dāng)于6缸活塞發(fā)動機(jī),而且它比6缸活塞發(fā)動機(jī)無論在體積或重量上都要小得多。

因在轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的氣室內(nèi)不斷旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動過程是連貫的,并不存把活塞推到頂部再做功拉回來這個慣性動能的損耗,同時因為沒有了上下往復(fù)運(yùn)動,所以振動和噪音都要小得多。此外,轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)不需要活塞發(fā)動機(jī)上的正時齒帶、凸輪軸、搖臂、氣門、氣門彈簧等配件,結(jié)構(gòu)簡單,有利進(jìn)一步減重,也有利于進(jìn)一步減少振動和噪音。

單從結(jié)構(gòu)原理來看,轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)應(yīng)該是一種理想的發(fā)動機(jī),但令眾多廠商打退堂鼓,研發(fā)轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)當(dāng)然也存在難以攻克的難題。三角飯團(tuán)形狀轉(zhuǎn)子的三個頂點在旋轉(zhuǎn)時會一直高速摩擦氣缸內(nèi)壁,一旦長時間運(yùn)轉(zhuǎn),氣缸壁就會出現(xiàn)像搓衣板的波紋狀磨損,稱為“顫痕”。由于當(dāng)時氣缸內(nèi)壁密封環(huán)采用的是鑄鐵材質(zhì),為了尋找到不會損傷內(nèi)壁的材質(zhì),馬自達(dá)的工程師們做了大量的試驗,柔軟的金、鎳等,非常堅硬的鉻,最后無奈之下還異想天開地嘗試了牛骨、馬骨,但結(jié)果大家應(yīng)該都想到了。

而轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在離最初研發(fā)過去3年后的1964年。當(dāng)時日本碳素公司為新干線導(dǎo)電架的摩擦面開發(fā)出新的耐磨材料,馬自達(dá)迅速行動與日本碳素公司成立了研發(fā)團(tuán)隊,經(jīng)過反復(fù)試驗和改進(jìn),最終成功地讓魔鬼的足跡消失。

由馬自達(dá)轉(zhuǎn)子之父山本健一帶領(lǐng)的馬自達(dá)“轉(zhuǎn)子47壯士”經(jīng)過數(shù)年的艱苦研究,終于把轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)從模型變成量產(chǎn)的發(fā)動機(jī)。

1967年,世界上第一輛搭載轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的馬自達(dá)CosmoSport 110S誕生,隨后即開啟了馬自達(dá)轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的輝煌時代。

RX-3終結(jié)了日產(chǎn)GT-R日本賽事的50連勝,F(xiàn)amilia Rotary Coupe讓轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)走入尋常百姓家。

從第一代FB到大家熟知的第二代FC和FD,傳奇跑車RX-7憑借轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的獨特魅力,時至今日仍受到眾多玩家的熱捧。(下圖為RX-7 FB)

1991年,注定是馬自達(dá)發(fā)展史上最重要的一年,同樣也是轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)最高光的一年。經(jīng)過18年的24小時耐力賽參賽及賽用轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)研發(fā)經(jīng)驗積累之后,馬自達(dá)55號787B賽車,憑借在9000轉(zhuǎn)時能爆發(fā)出690匹馬力的2.6L的R26B四轉(zhuǎn)子渦輪增壓發(fā)動機(jī),經(jīng)過24小時的奮戰(zhàn),取得了勒芒24小時耐力賽的冠軍,成為首個且唯一在勒芒24小時耐力賽獲勝的日本汽車品牌,直至2018年豐田的勝出。

馬自達(dá)驚艷奪冠后,勤芒就正式拒絕了轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)參加此項賽事,也就是著名的“馬自達(dá)條款”。
RX-7于2002年8月正式停產(chǎn)后,2003年1月,變得“溫和”了不少的接班人RX-8登場,搭載全新一代RENESIS轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī),采用對開門設(shè)計的RX-8十分特別。雖然轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)擁有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、功率高等眾多優(yōu)點,但就算到了RX-8年代,轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)相比傳統(tǒng)往復(fù)活塞式發(fā)動機(jī),仍存在諸多方面的問題,如耐用度低、油耗與排放水平高、與及機(jī)油消耗量大等。

轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的主要缺點,在@思憶漫長的回答中也有提及到一部分,由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈做功三次,每個做功沖程的燃燒時間短,混合氣得不到充分的燃燒,從而導(dǎo)致的耗油量偏高和排放超標(biāo)問題,與及燃燒室形態(tài)的不斷快速改變使火焰形態(tài)的控制變得困難,加上轉(zhuǎn)子頂角密封(Apex Seal)材質(zhì)和氣缸壁之間潤滑不足及材質(zhì)一直沒有重大突破導(dǎo)致的磨損速度過快,各種問題的綜合結(jié)果,使RX-8最終于2012年宣布停產(chǎn)后一直未有后續(xù)的轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)車型出現(xiàn)。
但這是否意味著馬自達(dá)轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的歷史就此結(jié)束呢?我想未必。馬自達(dá)早在2008年就開始著手研發(fā)氫能源的氫轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)。轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)扁平的燃燒室非常適合使用氫氣,并且進(jìn)氣室和燃燒室分離的結(jié)構(gòu)不易出現(xiàn)回火現(xiàn)象。如何更好的地利用清潔的氫能源來驅(qū)動轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī),并提高發(fā)動機(jī)的耐用度,相信是現(xiàn)在馬自達(dá)工程師正在攻克的課題。
首批30臺RX-8氫轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī),已于2008年在挪威參與綠色交通運(yùn)輸試驗。

這臺特別的RX-5具有雙燃油切換系統(tǒng),能在氫氣和汽油燃料之間切換。

“Mazda5氫轉(zhuǎn)子混合動力車”是繼“Mazda RX-8氫轉(zhuǎn)子車型”之后,第二款投入商業(yè)實用化的氫動力轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)車型。
“Mazda5氫轉(zhuǎn)子混合動力車”搭載了由氫轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)和電動馬達(dá)組成的串聯(lián)式混合動力系統(tǒng),通過發(fā)動機(jī)輸出驅(qū)動發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),利用獲得的電力驅(qū)動馬達(dá)運(yùn)行。該動力系統(tǒng)將車型續(xù)航里程提高到200km,最大輸出功率提高近40%,達(dá)到110千瓦。同時,新車型車型還采用了多項前瞻性先進(jìn)環(huán)保技術(shù),包括馬自達(dá)獨有的“雙燃料系統(tǒng)”,可在氫燃料不足時轉(zhuǎn)換為汽油驅(qū)動,以及使用植物提取物生產(chǎn)內(nèi)飾部件等。

但由于氫氣的制造與存儲技術(shù)仍未獲得重大突破,打這之后馬自達(dá)似乎已經(jīng)擱置了轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)在搭載在新車上的進(jìn)程。但2015年東京車展上,馬自達(dá)轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)粉絲又看到了一線新希望,馬自達(dá)帶來了全新轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)概念跑車RX Vision。
2015年10月的東京車展上,RX-Vision率先身披馬自達(dá)用心打造的水晶魂動紅(Soul Red Crystal)首度公開。馬自達(dá)打造出了動人心弦的“世界最美的紅”,驚艷世人。

最備受世人關(guān)注的發(fā)動機(jī)是被稱為Skyactiv-R的創(chuàng)馳藍(lán)天轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī),雖然馬自達(dá)并沒有透露太多消息,但據(jù)聞Skyactiv-R為雙轉(zhuǎn)子1.6L排量,擁有超過335kw的最大功率,電動渦輪增壓器和混合動力系統(tǒng)的加持,油耗、排放和機(jī)油消耗量過大等問題有望得到解決。
以RX命名的FR布局概念車RX-Vision,讓車迷一下子興奮地聯(lián)想到搭載轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的馬自達(dá)新世代跑車,RX-9的復(fù)出的消息一時甚囂塵上。但轉(zhuǎn)過頭理性點來看待,RX-Vision更重在傳達(dá)馬自達(dá)最新的美學(xué)設(shè)計概念。

但筆者始終深信,馬自達(dá)轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)終有一天會在解決現(xiàn)存的主要問題后,再度回歸市場。馬自達(dá)粉絲們期待的RX-9到底什么時候才能跟我們見面呢?我們不妨拭目以待。