馬自達轉子發動機前世今生,地球不滅,轉子不死!

2020-12-23 白日夢車

如果車圈有「名人堂」,那馬自達一定能入選

一臺轉子發動機,幾乎改變了這家日本廣島車企一輩子的命運……

當年這家以製作軟木塞白手起家的「東洋工業株式會社」(馬自達前身),並不是一直都順風順水。在1945年8月6日那天,一顆原子彈(二戰廣島事件)徹底改變了這家企業的命運,幾乎成廢墟的東洋工業株式會社在第一代社長松田重次郎臨近生命末尾時,囑託給了其長子松田恆次。

松田恆次在接下來的十幾年裡,憑藉自己的努力和用心,把這家當時就主營製造汽車的企業打理得井井有條,時間至20世紀60年代,當時「精明」的西歐與美國看到了戰後的日本發展得有模有樣,甚至影響到了自家的本土企業,於是以自己在國際上的地位,要求日本「大開國門」,推行自由貿易化,一下子大量的外部產品湧入日本國內,在戰後經營得當的日本企業,一時間又再次被掌摑在了海外諸多列強的手心裡。

1961年,日本懷著讓重生的企業團結起來並提高國際競爭力的初衷,因此在日本內部開始討論實施《特振法》法案的可能性,《特振法》簡單的說就是,在汽車業內,沒有獨立技術的中小型企業必須被合併,只能留有3家,那答案顯而易見,在當時日本能留有的3家車企,其實就是豐田、日產和三菱。而東洋工業株式會社就是法案裡的中小型企業。

這突如其來的消息,讓松田恆次當頭棒喝,他心中唯一在想的就是,「我不能讓公司被合併」。離《特振法》實施的日子越來越近,松田恆次沒有時間再猶豫了,決定去尋找能讓公司存活下去的獨立技術。在當年,遇到了東洋工業株式會社命運裡最重要的一個技術,也就是轉子發動機,同時開啟了轉子在歷史上的序章!

汪克爾發動機尚未成熟,現實是殘酷的

當時西德有家名為NSU的企業,手裡攥著一項發動機專利技術,由菲利克斯·汪克爾(Felix Wankel)博士發明,所以以此得名為汪克爾發動機,這也是轉子發動機的原生名字。

那麼,汪克爾發動機為何能被東洋工業株式會社相中呢?我們來看下汪克爾發動機的工作及結構原理。汪克爾發動機不同於傳統往復式活塞發動機,其最大的區別是無活塞旋轉式四衝程結構讓它的生產製造變得相對簡單,此發動機由轉子外殼、轉子、側邊外殼、偏心軸、氣封等零部件構成,沒有傳統內燃機活塞、連杆以及配氣等機構,並且在部分結構上都採用了鋁合金製造,所以體積小、製造工藝不複雜、重量輕就是它一個鮮明的優點。

而汪克爾發動機最核心的部件也就是轉子本身,三角狀的轉子被安置於轉子外殼內,同時轉子又安裝在偏心軸上,當這根偏心軸旋轉工作時會帶動轉子進行偏心旋轉運動,當在旋轉的過程中,轉子的三個面又恰巧將轉子外殼內部分割成三塊獨立的氣室,而這三塊獨立的氣室會隨著轉子的旋轉而不斷變化,也因此才能完成傳統內燃機四衝程的過程,同時正因為旋轉做功的關係,汪克爾發動機運轉時也出奇地平順。

不過,汪克爾發動機最為厲害的技術在於,普通的往復式發動機做一次功,曲軸則需要旋轉兩圈,而得益於汪克爾發動機特殊的結構,從而使得轉子轉一圈就能完成三次四衝程的過程,同時偏心軸則轉了三圈,也就是可以理解為轉子與曲軸之間的轉速比為1:3,即當汪克爾發動機轉速在9000轉的時候,實際轉子在單位時間內只有3000轉,說人話就是在排量較小的同時,輸出較大的動力,這豈不是一舉兩得的「神機」嗎?

的確,在當時,除了東洋工業株式會社外,例如奔馳、鈴木、雪鐵龍以及通用等車企都紛紛投來了充滿愛意的「橄欖枝」,就連中國也有參與其中,不過歷史告訴我們,現如今也只有東洋工業株式會社(馬自達)堅持到了現在。因為當年的汪克爾發動機只是一臺實驗機型,雖然優點明顯,但仍有很多問題沒有完美解決,持續運轉時間和耐久性等都是不可避免的難題,當年沒有一家車企有能力達到量產水平。

但東洋工業株式會社已經無路可退,當機立斷,用企業全部身家尋求合作!而與之換來的則是支付汪克爾發動機10年專利授權費用2億8千萬日元,這可是相當於當時東洋工業株式會社8000名員工一年的薪資水平;未來每搭載一臺汪克爾發動機車型就要支付給NSU企業一定的專利費用;東洋工業株式會社未來無條件將研發專利權給NSU企業。

這絕對不平等的條款也讓東洋工業株式會社百般無奈,而松田恆次則毫不在意,幹就完了!

「轉子47士」誕生,攻克轉子發動機技術難題

能讓他如此果斷決絕的,是因為在東洋工業株式會社裡有個「靈魂人物」—山本健一,他也是我們所熟知的「轉子之父」。山本健一心知自家企業的處境,在內部精心挑選了除他之外的另外46名傑出工程師,這47人被稱為「ロータリー47 士」,就是轉子47士,同時部門也命名為轉子研究部,而汪克爾發動機順理成章的也更名為轉子發動機。

哪怕在電腦前碼字的我,當下也能感受到這47人無比巨大的壓力,等於就是整個企業的命運都掌握在他們的手裡,而轉子發動機卻沒有絲毫疼惜他們。上文就說了,轉子發動機是通過轉子旋轉將三個氣室分隔開,才能完成做功,而將氣室分隔開則是通過三個頂角處都有一個叫「徑向密封片」的結構來完成,那麼在密封片材料的選用上就變得最為至關重要,如果材料耐久度不夠導致過度磨損,就會密閉性不佳,而材料過於「硬核」,轉子發動機負載較大時,則會在氣缸內壁上留有劃痕,這些劃痕有個響亮的名字,「悪魔のつめ跡」惡魔的爪印。

在經過了一段毫無突破的「空窗期」後,轉子發動機工程師們發現這些劃痕與三個頂角處的封條固有振動波頻有關,同時「皇天不負有心人」,在1964年終於找到了一種特殊並且耐磨的碳素鋁合金材料,最終在當年夏天,東洋工業株式會社自豪地宣布,轉子發動機可以實現量產了!

堅持、執著終究得到回報,活生生被逼成「技術宅」

回過頭來看,在1961年實施的《特振法》法案在三年後也就是1964年已廢除,可不知道是上天的捉弄,還是命運的安排,活生生把東洋工業株式會社逼成了「技術宅」,那麼東洋工業株式會社下一步要做的就是開始賺錢!

1967年,世界首臺搭載量產轉子發動機的跑車Cosmo Sport橫空出世,其搭載10A型雙轉子發動機,由兩個491cc的轉子串聯組成,其不到1.0L的排量,在當時就能壓榨出110匹馬力,最高轉速達7000轉,比它大一倍排量的主流車型也不過如此而已。

轉子發動機發展受阻,24小時勒芒賽事終究奪冠

之後東洋工業株式會社全面開始布局轉子化車型,還於1970年成功登陸了北美市場,看似前景一片光明,只可惜在同年12月,美國由一名名叫艾德蒙德·馬斯基議員提出並通過了一條1963年修訂的《大氣淨化法案》,也就是著名的《馬斯基法案》,總的來說,就是要在5年之內把尾氣中的有害物質降低90%,這在當時可謂是天方夜譚,不過這沒能難倒東洋工業株式會社,通過自己的技術手段,終究在1973年成為第二個通過《馬斯基法案》的企業,而第一個,大家應該也知道,就是研發出CVCC發動機技術的本田!

正所謂屋漏偏逢連夜雨,1973年10月,美國石油危機爆發,除了美國當地的那些大排量車型以及部分企業受到牽連外,搭載轉子發動機的所有車型無一例外全都銷量不佳,正因為轉子發動機特殊的結構導致燃燒室形狀不利於燃油混合氣充分燃燒,火焰傳播路徑長,再加上轉子實際在單位效率時間內的噴油量比一般傳統往復式發動機來得多等方面,所以排放差、油耗高的轉子終究面臨著「天妒英才」的尷尬局面。

在1977年,山崎芳樹接任東洋工業株式會社社長職務,隨即調整了企業經營策略,把轉子發動機從全系搭載換裝為只搭載在性能類運動型車上,並且在1978年推出了除RX-2、RX-3、RX-4、RX-5之外,最讓廣大車迷至今都神魂跌倒的RX-7車系系列,第一代RX-7搭載一臺代號為12A的雙轉子發動機,由兩個排量為537cc轉子所組成,最大馬力為130匹。而第二代代號為FC3S的RX-7搭載了一臺代號為13B雙轉子發動機,最大馬力為185匹;到了第三代代號為FD3S的RX-7上,其依舊搭載了一臺代號為13B系列由兩個排量為654cc轉子所組成並使用雙渦輪設計的轉子發動機,最大馬力去到了255匹,在當時已經是一個非常高的動力表現。而在1998年底,RX-7 Type R和Type RS這兩款車型得益於發動機再一次經過了優化調校,使得這兩款車型的最大馬力去到了當年「君子」協定的280匹,並成為日本著名的四大超跑之一,RX-7在歷史上也成為了一部經典的「神車」。

時間軸拉回1977年,憑藉山崎芳樹的經營策略,也讓東洋工業株式會社有了一絲閒暇時間,並把精力放在了賽道上,而在1984年,企業正式更名「馬自達」!

其實在1970年,馬自達就已經以轉子供應商的身份「入駐」24小時勒芒系列賽,可惜這臺轉子的表現平淡無奇,以至於在1974年,馬自達親自參賽以此為轉子正名。眾所周知,24小時勒芒賽事最重要的就是考驗車輛的可靠性、耐久性等方面,而搭載轉子的RX-7 254賽車在1982年才完成一整場比賽,成績可謂一般。

但馬自達並不氣餒,在1989年馬自達767B車型包攬了組別前三,離全場總冠軍也只有一步之遙,但此時傳來了一則驚為天人的消息,勒芒賽事規則大改,其中的一條就是對發動機排量、缸數、發動機形式無限制以及燃料消耗總量2550L限制的C2組別至1992年取消該級別,馬自達就在這組,也就是說留給馬自達奪冠的時間不多了。而馬自達這次倚仗787B賽車,這臺搭載了4顆轉子、最高轉速去到10500轉、最大馬力為900匹,代號為R26B的轉子發動機,由於燃料消耗總量的限制,最終把這臺發動機的最高轉速封印在9000轉,最大馬力為700匹。

在1991年,也就是馬自達有望奪冠的最後一年,面對歐洲眾多知名豪強,馬自達憑藉超第二名兩圈的成績這次終於如願奪冠,也成為了第一個在24小時勒芒賽事中奪冠的亞洲汽車製造商,也是唯一一個搭載轉子發動機車型奪冠的車企,之後馬自達轉子發動機也無情被歐洲人禁賽……

2003年,榮譽加身的馬自達推出了馬自達RX-8,這臺搭載了Renesis雙轉子自然吸氣發動機的轎跑車也讓國內車迷能體會轉子發動機高轉時所帶來的魅力,而隨著近些年排放政策的日益嚴苛,RX-8也於2012年正式停產,這也意味著轉子發動機就此謝幕。

轉子發動機這一生並非一帆風順,但馬自達這家車企的精神值得每個人學習,往後的高壓縮比SKYACTIV系列發動機、SKYACTIV-X系列發動機等等的新技術,都說明了馬自達是家執著且不隨大流的小眾車企,並且它也一直沒有停止對轉子發動機的研發,目前最新的MX-30上所搭載的「發電機」就是一顆不折不扣的轉子發動機,雖然它從今往後不作為發動機而驅動車輛,但其同樣被應用在了量產車型上,只要有馬自達在的一天,轉子永遠不會消亡。

這樣的馬自達你喜歡嗎?反正我是愛了。

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