图1:◆马自达RX-7系列
图2:▲转子发动机
■本报记者 李 方
今年6月22日,搭载最后一台转子发动机的最后一辆马自达RX-8,在位于日本广岛宇品的马自达工厂下线。目睹配置转子发动机的这一“最后的武士”渐行渐远的身影,马自达公司社长山内孝宣布,RX-8使命将就此终结。这标志着马自达RX系列所引领的“转子时代”成为绝响。
伴随着汽车走过了100多年的历史,各种类型的汽车发动机层出不穷。它们在汽车厂商的心目中,无一不是市场征战的王牌利器、竞争亮点。经过百年鏖战,仍在市场上拼杀的汽车发动机,仅剩下涡轮增压发动机、机械增压发动机、汽油直喷技术、可变气门正时技术、连续可变气门正时系统、转子发动机、水平对置发动机、共轨式柴油喷射系统等类型。
如夏花灿烂
提起转子发动机,对汽车稍微熟悉的人就会想到马自达。其实转子发动机的“亲生父亲”,是出生于1902年的德国工程师菲力斯·汪克尔。
1957年,德国NSU车厂的工程师汪克尔试制出转子发动机的第一个原型机DKM54。1960年,这台颠覆想象力的新型内燃机诞生,所以转子发动机又叫汪克尔发动机。
当时,量产车的发动机普遍采用四冲程活塞往复式发动机,依靠燃料在燃烧室内燃烧推动活塞进行上下或水平往复运动,再由连杆和曲轴将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动,进而带动传动机构驱动车辆行驶。而转子发动机的结构要简单很多,曲柄连杆机构、配气相位机构等,在转子发动机上纷纷被割舍掉,甚至连气门都不需要,只需要进气口和排气口,其运转过程中就相当于两冲程发动机活塞,因此具有结构简单、重量轻的优势。不仅如此,转子发动机的驱动方式大大削减了活塞上下运动时的冲击,工作过程中产生的摩擦和能量损失更小,更高效地将热能转化为机械能。
由于转子发动机的运动部件少、质量轻,可以大幅提高发动机转速;而发动机转速越高,输出的功率也越大。转子发动机最初测试时的转速竟可以达到17000rpm,其发动机功率远远高于传统的活塞往复式发动机,甚至要高于采用诸如可变气门正时和行程、增压技术等各种辅助技术的活塞往复式发动机。
先天不足
转子发动机诞生之初,就被认为是活塞往复式发动机最好的替代品。
一时间,吸引了包括通用、奔驰以及丰田等30多个汽车厂商的目光。众多厂商与NSU签署了转子发动机的研发授权许可。每家获得授权许可的公司根据自己的技术优势以及用途,开发出适合自家产品的转子发动机。
然而自转子发动机面世至今,半个世纪过去了,其他汽车巨头都忍痛割舍了转子发动机这项新技术,唯有马自达坚持至今并将其发扬光大。
能解释这一现象的唯一答案就是,转子发动机光鲜表面的背后,暗藏着种种先天的缺陷。
据北京汽车研究所的发动机专家王凯明介绍,转子发动机虽然排量小,但油耗相对高;虽然重量轻、结构简单、能实现发动机的高转速、功率大,但对发动机的材料、润滑、冷却和密封都提出了相当高的要求,制造成本也高。另外,由于转子发动机的独特性,要将其用于民用车上,就要重新开发底盘、车身、传动系统等关键部件,这都无形增加了新车的设计制造成本和难度。
在城市道路环境中驾驶车辆,人们往往不会追求过大的功率。而转子发动机的优势恰恰是追求高速大功率。它低速运转时,没有足够的扭矩输出以推动车辆行驶。提高发动机的扭矩,不得不靠大幅度提升发动机的转速——轰油门来获得。
而同排量的活塞往复式发动机的油耗要低很多,对于日常需求来说,活塞往复式发动机已经可以满足动力的需求。人们不会去考虑采用一台同排量低扭矩、大油耗的转子发动机作为自己爱车动力源。
转子发动机诸多的先天性缺陷,使得改造它的困难程度远远高于预期。即使买到授权的奔驰也始终没有解决转子发动机先天性的高油耗以及高排放的问题。20世纪70年代发生的第一次石油危机,对转子发动机构成致命一击。导致众多公司无情抛弃了转子发动机。
马自达的救赎
就在转子发动机气息奄奄、命悬一线之际,马自达出手了。
针对转子发动机的先天缺陷,马自达研究团队改进和提高转子发动机的气密性和使用寿命,针对燃油经济性以及低速扭矩差的情况,马自达特别对进气系统进行了改进,通过增加进气孔的数量,再配合倾斜燃烧技术,从而大大降低了燃油消耗且弥补了发动机在低转速区间扭矩的不足。
真正让马自达将转子发动机扬名的是勒芒24小时耐力赛。1991年的第59届比赛中,搭载马自达R26B2.6L(0.654L*4)四转子发动机的787B赛车,以领先第二名两圈的巨大优势夺得冠军。
马自达虽然将转子发动机的耗油量大大降低,但仍然要远远高于传统式内燃机。更为致命的是,转子发动机在启动与低转速时会排出大量的碳氢化合物,这与现今严格的排放法规格格不入。世界各国在制定发动机排量的缴税法规时,皆是以转子发动机的实际排气量乘以2来作为其最终认定的排量,更高的税赋也意味着转子发动机将面临更多的壁垒而无法大规模的普及。
2010年,马自达的当家花旦RX-8未能通过欧五排放标准,导致RX-8销量锐减,当年的RX-8车型全球只卖出了1134辆,马自达RX系列终结迹象已经显现。
“转子”的未来
在马自达停下“转子”的脚步之际,由NSU与汽车联盟合并而来的奥迪公司却继续扛起了“转子”的大旗。
2011年,奥迪宣布与马自达共同研发转子发动机,但是,奥迪并不是单纯考虑将转子发动机搭载在旗下车型上,而是根据转子发动机结构紧凑轻巧的特点,将其应用在自家的A1e-tron增程式电动车上,以发挥其最大的优势。
在愈加严格的排放法规以及节能减排的全球大背景下,转子发动机与生俱来的“脾气秉性”很难融入当今的社会,特别是在商业化高度发达的今天,单靠马自达一家的力量很难有大的突破,无法商业化量产也就无力继续加大投入研发,至此陷入了一种恶性循环,最终导致其被抛弃的命运。在混合动力车型以及电动车初露锋芒的时代,转子发动机难以有大的作为,未来几乎不会再有任何厂商单纯将转子发动机作为驱动车辆前行的心脏。