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我們先來緬懷一下號稱馬自達“轉子之父”的山本健一先生,這位和藹可親的老人在數月前與世長辭,享年95歲。雖然轉子發動機是由汪克爾發明的,但是真正讓這款發動機名揚天下的,確是這個來自東瀛的小廠,而山本健一先生,則是馬自達轉子發動機的靈魂與象徵。
汽車發動機一般都是採用活塞的往復運動輸出能量(自行腦補),當然就需要曲軸、連桿等零件來傳遞,這其實增加了發動機的負責,一部分能量就損耗了,而轉子發動機是直接把燃燒氣體膨脹轉化成能量輸出,沒有中間商賺差價,所以在動力性上,1.3L排量的轉子發動機相當於2.0T活塞發動機的動力輸出,體積還小,噪音也小,震動也小。當年的勒芒24小時耐力賽,搭載轉子發動機的馬自達787B賽車虐車如切菜,一舉奪魁,導致歐洲人在第二年就禁止非活塞發動機參賽,可想而知轉子引擎有多牛了。
當然轉子引擎也並非沒有缺點,首先就是高轉速,高轉速帶來高油耗,1.3L的轉子引擎油耗應該在15L沒百公里,確實不低,另外就是零件磨損,雖然現在有了很大的提高,但是依然沒有解決最根本的問題,前幾日看到馬自達要復活轉子引擎,作為轉子車迷,讓我們拭目以待吧。
全球試駕報告
轉子發動機強在輸出轉速高,功率大,體積小,重量輕。
1957年第一臺轉子發動機的試驗樣機問世,它只有125cc的排量,但是輸出功率能達到25馬力,最高轉速高達17000轉/分。要知道現在株洲建設雅馬哈的125發動機大約是11馬力,最大功率對應轉速6000轉/分。
1970年,勞斯萊斯研製的柴油轉子發動機項目交付檢驗,工作排量2.53L,最大功率350馬力@4500轉/分,整機重量426公斤。現在玉柴輕量化版本的350馬力發動機重量為780公斤,最大轉速對應轉速區間1100-1700轉/分。
而目前美國和德國生產的柴油轉子發動機,工作轉速範圍是5000轉/分-11000轉/分。這樣高的轉速對於普通柴油機,已經不是飛車那麼簡單,早就炸裂了。下圖是美國製造11.6L轉子發動機,加渦輪後能達到1500馬力。
而汽車領域最出名的是馬自達轉子發動機,其中的經典機型是13B發動機。它耗費了馬自達30多年的心血去持續改進和生產,13B有許多和改進型,但是排量都維持在1.308L,從135馬力進化到280馬力(1999年)。
目前奔馳2.0T發動機高功率版245馬力,而寶馬2.0T發動機高功率版252馬力。
當馬自達把兩臺1.3L轉子發動機拼在一起時,他們得到了700馬力@9000轉/分的賽車用發動機R26B,搭載它的馬自達787B獲得1991年勒芒24小時耐力賽總冠軍。這是馬自達參加這項國際頂尖賽事的第18年,也是最後一年,馬自達打破了歐美廠商58年對冠軍的壟斷。是迄今唯一獲得冠軍的亞洲廠商。
值得一提的是,許多人普遍流傳,就是因為馬自達轉子發動機太強大了,787B奪得冠軍,歐美廠商看不過去,直接把轉子發動機禁賽了。經過考證,這一說法最早出自汽車之家2012年的文章。
不過外國網站和資料顯示,1991年開賽前,組委會就通知改規則,1991年之後的比賽轉子發動機不滿足參賽條件。這是在馬自達奪冠之前宣佈的,而之前17年馬自達的成績一般。誰知道1991年能參賽的最後一屆,破釜沉舟,一鳴驚人。
轉子發動機為什麼強:
轉子和輸出軸的速比是1:3,轉子自轉一圈,主軸就要轉三圈。而且,轉子和主軸本身就是旋轉運動。而往復活塞發動機還需要連桿和曲軸,將直線運動轉換成旋轉運動輸出。因此相對來說,轉子發動機輸出的轉速極高,運轉也平順。再進一步,轉速高就意味著點火做功次數更多,這樣一來,輸出功率大,油耗也高。
另一方面,轉子發動機的結構相對簡單,不需要氣門機構,對發動機轉速和功率的發揮減少負擔。
轉子發動機強大的代價:
轉子依靠缸體的輪廓來維持特定的自轉和公轉,轉子和缸體壁面持續滑動刮擦。轉子將發動機內空間分隔成三個燃燒室,這中間是長長的密封間隙,頂點和側面。依靠又薄又長的金屬片來密封。為了保證潤滑和密封,需要在排氣行程特意噴入潤滑油,天生的燒機油好手。
轉子發動機的燃燒發生在特定區域,如上圖中右邊兩個火花塞附近。在極高的轉速下,有極高的點火次數,就會使缸體產生強烈的熱負荷和受熱不均,這就會破壞潤滑條件。常有局部過熱、燒蝕、積碳(高溫脫碳)。
再看上圖右邊火花塞附近,燃燒室空間又扁又長,非常不利於燃燒。另一方面會產生強烈的擠壓氣流,氣流的速度甚至超過了火焰傳播速度,直觀地說:能把火吹滅。導致大負荷工況下失火,直接現象就是燃燒情況很差,排放的尾氣很糟糕。
以上總的結果就是,轉子發動機的零件磨損大,整機壽命不如往復活塞內燃機,排放不滿足法規。
進入2000年,歐美日相繼加嚴排放法規和油耗要求,轉子發動機的日子越來越難過,2012年馬自達宣佈停產轉子發動機,但不會永久放棄這一核心技術。
樸素理論
轉子發動機的強大程度,可以說是很大程度上區別與現有的內燃機,強大到勒芒禁止,轉子發動機參賽。
上圖就是馬自達在勒芒賽道上,採用的轉子發動機車型,成功奪得了當年的冠軍地位。後來的話就被禁賽啦,有點可惜。
轉子發動機不是靠往復式活塞運動。而是做定向的轉動,將可燃氣的燃燒膨脹力轉化為驅動扭矩,體積更小噪音更低。
轉子發動機的優點就是體積比較小,整體的平衡性更好一些。然後就是轉子發動機轉子每旋轉一次,就做工三次,所以它的做功效率更高。
缺點就是油耗比較高,而且維修起來比較麻煩,而且發動機的磨損更為嚴重。
作為技術宅男馬自達,後期的話會不會解決各種問題,讓轉子發動機重新問世呢?