马自达的转子发动

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试问世上有哪一台自然吸气发动机能与马自达的RENESIS相比?转子发动机的排量为1.3L，最高转速为9,000rpm，最大功率为184KW。RENESIS是马自达新一代的转子发动机，代表RE（rotary engine）转子发动机和GENESIS起源的意思。它在MSP—RE的基础上发展而来，装配MSP—RE的RX—01曾在案1995年的东京车展上展出，而RENESIS首次装备在1999年展出的RX—EVOLV身上。
同以前的发动机相比，RENESIS进气区域增大30%大大减少了进气门的流动阻力。RENESIS的输出性能是自然吸气发动机无法比拟的，而且RX—8在成市行驶时的燃油效率比RX—7提高了20%。RENESIS最大的改进是采用了侧面进排气结构以前的排气口位于转子室摆线位置，而现在侧位于转子室的侧面。新的结构最大的好处是减小了进排气行程的重叠使进排气区域最优化。和传统结构的转子发动机相比，进气区域扩大了30%，此外，RENESIS转子更轻，使发动机最大转速极限大为提高。总之，新转子发动机的性能大为改观，最大输出功率达到184KW（250PS）/8,500rpm，最大扭矩220Nm（22.4kg-m）/7,500rpm。此功率也创造了自然吸气式转子发动机的新纪录。
传统的转子发动机只有一个排气口，但是RENESIS每个转子有两个排气口，此外，为了加快排气气流，新的发动机可以适时地延迟排气行程，这样可以增加膨胀冲程，提高热效率。此外，RENESIS转子可以把没有燃烧完全的碳氢化合物带进下一个燃烧循环，大大减轻污染程度。配合侧排气出口设计的独一无二的气油密封系统，使发动机气密性更好，大大提高了功率和燃油经济性。
1957年德国人温克尔发明了转子活塞发动机，这是汽油发动机发展的一个重要分支。转子发动机的特点是利用内转子内旋轮线相结合的结构，无曲轴连杆和配气机构，可将三角活塞运动直接转换为旋转运动。它的零件数量比往复活塞式汽油机少40%，质量轻，体积小，转速高，功率大。1958年温克尔将外转子改为固定转子，制成功率为22.79千瓦，转速为5,500转/分的新型旋转活塞发动机。该机具有重要的开发价值，因而引起各国的重视。日本东洋公司（马自达公司）买下了转子发动机的机样，并把转子发动机装在汽车上。可以说，转子发动机生在德国，成长在日本。
RENESIS转子发动机主要参数
类型    水冷，两缸双转子
排气量    654cc×2
缸径×冲程    87.5mm×94.0mm
最大功率/转速    184KW(250PS)/8,500rpm
最大扭矩/转速    220Nm(22.4kg-m/7,500rpm
(以上资料由黎永方整理)
马自达转子引擎的进化史
　　马自达ＲＸ－８是继日产350Z后，另一部有世界级叫座力的日本跑车。它可以真正坐4人，轻松慢开可当一部代步车来用，快跑起来一至四档也可让你感受8千转以上的疯狂，内外设计细致优雅，又有正宗跑车驾驶味道。这里并不是介绍它这款车的性能，而是着重介绍它的引擎－－世界上著名的转子引擎！
　　罗马不是一天造成的
　　我一直在想，MAZDA这颗RX-8用的转子引擎说穿了依旧是从RX-7改良过来的，如果直接讲这中间的改良会有几个问题。首先就是差异不大，不管MAZDA如何宣传，说真的，要在一代的间隔内让转子引擎有突飞猛进的进展，你我都知道不可能。第二就是篇幅太短，如果不加上一些打混摸鱼的虚字，可能连一页的版面都充不了。第三个问题就是：“看不懂！”，直接讲RX-8的转子引擎改良了哪些东西，除非你原本就对RX-7那颗转子引擎滚瓜烂熟，要不然本篇文章将会像中文天书一样，大家有看没有懂，那除了表示该编辑好像很厉害外，对读者一点意义都没有。所以，我们还是从基础讲起吧！
  
　　▲ 由于转子的转速只有驱动轴的1/3，所以转子转一圈，飞轮要转三圈（1080°），而四冲程活塞引擎只要两圈（720°）就能完成一次循环。  

　　转子引擎基本常识
　　我们都知道，一般车辆使用的是四行程活塞引擎，引擎要上下各两次才能完成一次循环，所以被称为四行程引擎。而转子引擎并没有活塞，有的是一颗三角弧型的转子。当然也没有汽缸壁，而是一个8字型的气室，而转子就是在这8字型的气室内咕噜咕噜的转动。
　　是的！转子在气室内不是规规矩矩的绕著同一个轴心转动的，如果转子真的是绕著固定轴心转动，那气室的形状将会是圆形，进气、压缩、动力、排气的内燃机四大基础动作将不存在，所以转子的驱动轴是偏心的，也就因为驱动轴是偏心的，所以转子才会忽上忽下忽左忽右的旋转，因此气室才会形成8字型。
　　这时气室就被三角弧型的转子分成了三份，而且大小会有变化，这大小的变化量就是转子引擎的排气量。这时只要在气室的腰部上下开孔，孔就会因转子膨胀或压缩气室内的空间而变成进排气孔，而没开口的腰部，空气就会被压缩及膨胀，这时只要有火星塞就可以引爆汽油混合气，这样转子引擎就有了进气、压缩、动力、排气四个基础行程而可以运作。
　　而且因为转子是三角形的，所以有三个独立运作的空间，于是转子转一圈就会有三次的动力行程，媲美三缸活塞引擎。除了8字型气室与三角型转子外，转子引擎还有一个很重要的比例，那就是转子齿与驱动齿的齿比绝对是‘2：3’。于是，这又带出一个转子引擎的绝对现象，就是转子转1圈驱动轴转3圈。等等！齿比不是2：3吗？怎么转速比不是3：2而是3：1。
　　原因很简单，当转子转1圈时，驱动轴除了被带动的自转外还有公转运动，所以转子转1圈驱动轴不是转1.5圈，而是两倍的3圈。这也讲到转子引擎容易高转速化的优点，例如引擎转速9000rpm时，转子才3000rpm而已，不像活塞引擎在9000rpm时，活塞每分钟上下9000次共18000行程！
  
　　▲ 这张图看起来很复杂，但请注意Secondary Auxiliary Port，这就是MAZDA最早的两阶段三进气孔设计的滥觞。

　　知道转子转速与驱动轴转速的比例后，我们就能比较转子引擎与四行程活塞引擎的相对关系，当转子转1圈的时候驱动轴转3圈，驱动轴转3圈就代表飞轮转了3圈，而转子转一圈有三次动力行程，也就是说飞轮每一转就有一次动力。而四行程活塞引擎要运转两圈才有一次，若要达到每一转就有一次动力则需要两缸，也就是说相同的转速下，一个转子相当于两缸。不过，MAZDA一直对外宣称双转子相当于6缸引擎又是怎么一回事呢？这就要看动力时间了。
　　四行程引擎由于每两转完成四个行程，所以动力行程为半圈180°，而转子转一圈驱动轴转了三圈，所以动力行程为3/4圈270°，每次动力行程较四行程活塞引擎多了50﹪，再加上同转速下一个转子相当于两缸，就变成动力时间长度相当于3缸引擎，所以双转子就拥有与六缸引擎等长的动力重叠时间，等于运转平顺度同于六缸引擎。但这个270°的动力行程也成为转子引擎的致命伤，相对于四行程活塞引擎的180°，转子引擎多了1.5倍的燃烧时间，使得平均压力降低了约18.76﹪，说白点就是扭力只有同排气量活塞引擎的81.24﹪。
　　算到最后可以得知转子引擎的动力相当于1.625倍同排气量的活塞引擎，可是同时间的耗油量却是两倍，注定了转子引擎耗油的宿命。综合来说，转子引擎有著很小的体积、很轻的重量、简单而扎实的结构，有著同排气量活塞引擎1.625倍的动力、2倍的油耗，动力平顺、震动与噪音都较活塞引擎低，具有超高转速的潜力等，如果油耗不是问题的话，转子引擎几乎都优于活塞引擎。
  
　　▲ 利用前后转子的时间差，就能多出一些进气压力来增加动力，这也就是为何RX-7的进气管都做成U型的原因。  

　　转子引擎进步史
　　接下来讲转子引擎在MAZDA这家车厂手上到底做了哪些改良，才能继续沿用至今日的原因。扣除初期研发的困难外，转子引擎到了70年代跟所有的车辆用引擎一样，都面临了环保的问题。转子引擎由于燃烧时间较长的原因，并不会有高温产生NOx的问题，但却因排气孔设置在气室壁上，而有HC较多的问题，这个问题在当时的解决方法为，用空气帮浦将空气强行打入排气管头段与触媒转化器之中，使多余的HC燃烧掉。
　　在70年代，除了环保问题之外，中东危机导致油价上涨，也使得油耗变成严重的问题，而油耗又正好是转子引擎的致命伤，为了让转子引擎能继续存活下去，MAZDA展开了‘凤凰计划’，计画提高20%的燃油效率，这计划的相关成果，也造就了目前转子引擎的风貌。‘凤凰计画’的成果就是大家所熟知的第一代RX-7，与计画前转子引擎最大的差异点为，进气口变成了三个，而且还有一个是会关闭的，这套设计若对比于活塞引擎来说，相当于HONDA的VTEC设计，再配合上倾斜燃烧技术，使得转子引擎的油耗降低了40%，马力也获得提升，成功的让转子引擎存活了下来，而两阶段三进气孔的设计就一直沿用到RX-8上，也是自然进气的”RENESIS”引擎能发出250匹马力的远因。
　　除了凤凰计画的两阶段三进气孔设计外，MAZDA在转子引擎的进气岐管上还有一项巧思，那就是动态增压系统。这设计很有创意，MAZDA的的转子引擎多为双转子设计，于是在1983年时，MAZDA发现可以藉由调整两颗转子的时间差，使得即将关闭进气孔的转子施加压力给进气岐管，透过动态空气室后，对另一颗正在进气的转子进行微增压的动作，这设计也造就了现今MAZDA转子引擎都有U型进气岐管的面貌。除了上述普见于MAZDA转子引擎的设计外，RX-7第二代的单涡轮增压器也是很特别的，MAZDA将它命名为Twin-Scroll Turbo。
　　这颗涡轮有一个控制阀两个气室，当引擎低转速时，控制阀关闭，让所有的排气进入狭小的P室，使得流速加快以减轻涡轮迟滞，当引擎转速高时，控制阀打开，让排气平均的进入涡轮，降低排气阻力与增加涡轮效率。不过到第三代RX-7就不这么麻烦了，直接采用序列式双涡轮，低转速用一个，高转速用两个，也是达到低速涡轮迟滞少，高速涡轮增压强的境界。
  
　　▲ RX-8的引擎到底有那些特色，且听我一一道来。第一张图上讲到这颗引擎完全没有进排气重叠的时间，就不会有进气跑到排气管造成污染与浪费。第一张图下讲到多阶段进气系统可因转速制宜，因此增进了油耗与动力表现。第二张图说到进气口增加了30%的进气口径，这使得RX-8的转速  

　　进入二十一世纪
　　大家都知道目前MAZDA的转子引擎已经传承到RX-8身上，那这颗RENESIS又有哪些进展呢？首先是进气孔面积加大了30%，使得这颗引擎的进气量足以应付到10000rpm的需求。但大家都知道，这样低转速会变得很糟糕，于是MAZDA将原本的三进气孔两阶段式设计，再进化成三进气孔三阶段式设计，尽量避免低转速域的无力现象，而为了高转速化，破天荒的将转子制成搂空状，大幅降低转子的重量，使得自然进气的RX-8可以藉由拉转速的方式，达到250匹马力的水准。但RENESIS引擎最创新的地方在于排气口，以往转子引擎的排气口都是作在气室壁上，往往一些未燃烧的油气与些许的润滑油就会在此被刮入排气管，造成污染问题。
　　但在RENESIS上，排气口与进气口一样设在前后侧壁上，当场解决掉以往HC的污染问题，也顺带使得进排气完全不重叠，不会有进气漏到排气管的问题，也可在前后侧壁各开一个排气孔，让引擎排气孔变两个提升排气效率，以达成高转速化的目的。(听说在280ps的RX-7上就已经是了) 经过前述说明，相信大家都能了解RX-8为何能以1.3L的排气量，而且还是在自然进气的状态下，却能够产生250匹马力的原因。MAZDA的转子引擎成就不是一蹴可及的，是不断透过一点一滴的修改，才能造就目前的RX-8的