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转子传奇的谱写者,解读马自达转子发动机

文章作者:永达五金   发布时间:2015-11-02
作为无活塞旋转式四冲程内燃机中的一种,转子发动机似乎与生俱来就存在着一种 魅力羡煞旁人,也许因为它充满艰辛与荆棘的成长历程,抑或是它特殊的机械结构与运转方式。总之,作

作为无活塞旋转式四冲程内燃机中的一种,转子发动机似乎与生俱来就存在着一种   魅力羡煞旁人,也许因为它充满艰辛与荆棘的成长历程,抑或是它特殊的机械结构与运转方式。总之,作为人类历史上的一个伟大发明,它有理由被人们深刻了解与铭记。
转子发动机构成:
相对活塞往复式的传统内燃机,转子发动机的结构要简单很多,什么曲柄连杆机构、配气相位机构等,在转子发动机上纷纷被割舍掉,因此也造就了其体积小、重量轻的特点。转子发动机主要由转子外壳、转子、侧边外壳、偏心轴、气封等部件构成。
转子外壳通常由铝合金制造,它相当于传统内燃机的缸体,内部呈“8”字形,内表面有特殊的电镀涂层以增强其耐磨性,通常在外壳的一侧设计有进气口和排气口,在另一侧则安装有火花塞。
转子被设计成弧形边缘的三角形,它相当于传统内燃机中的活塞,它在外壳内做偏心旋转运动。转子的内表面上会有内齿圈,而在转子的三个面上则设计有凹槽,它的大小也直接关乎转子发动机的压缩比。
偏心轴类似于传统内燃机中的曲轴,它将动力直接输出给传动系统,转子在8字气缸内转动,产生偏心旋转运动,推动偏心轴旋转。
在转子的三个顶点上布置有气封(Apex Seal),它类似于活塞环,正是通过它的密封,才将气缸分成三个独立的腔室,气封底部的弹簧可以使其始终与转子外壳的内壁紧密接触。
2012年6月22日,   后一台转子发动机在位于广岛宇品的马自达工厂下线,它意味着这种另类却又全球   的发动机类型在历经半个多世纪的沧桑后,停止了自己的“心跳”。
与世界上很多发明、公式、定律都以创造者的名字来命名一样,转子发动机也以其   的名字被称为汪克尔发动机。这位出生于1902年的德国工程师菲力斯·汪克尔从小就对机械有着浓厚的兴趣,且蕴藏丰富的想象力与创造力。正是天赋与勤奋,使他创造出世界上与众不同的新型内燃机。
上个世纪五十年代初,汪克尔加盟德国NSU车厂(NSU后来与汽车联盟共同组成现今的奥迪公司),并开始全力研发转子发动机。1960年,汪克尔向世人宣布了这个颠覆想象力的新型内燃机,对于嗅觉敏锐的商家来说,新技术往往意味着巨大的商机,所以它着实吸引了包括通用、奔驰以及丰田等众多厂商的目光。但不幸的是,这个“新生儿”存在着诸多先天性缺陷,如果想立刻将其量产并装备在车辆上几乎是不可能的,而且改造它的困难度也远远高于预期,即使这样依然有众多厂商与NSU签署了转子发动机的研发授权许可。
这种新型内燃机当时被广泛应用在诸如割草机、摩托车乃至船舶上,每个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。其中劳斯莱斯汽车公司开发出柴油版的转子发动机,日本的铃木公司通过技术手段提高转子的寿命后,将其应用在自家的摩托车上。同时像雪铁龙、保时捷、雅马哈、阿尔法·罗密欧等厂商都参与了转子发动机的研发,可谓形成一种百花齐放的姿态。
奔驰公司也曾向NSU车厂取得了授权许可,且基于自己的技术优势开发出燃油直喷型的三转子发动机,它于1969年搭载在C111概念车上,   大功率280马力,   高时速达到了260km/h,1970年奔驰   是制造出四转子发动机,其   大功率350马力,极速可达290km/h。但是奔驰始终也没有解决转子发动机先天性的高油耗以及高排放的问题。
除了借助新技术对公司进行   的宣传外,我们不能排除某些公司真心要把转子技术发扬光大,但是在面对上个世纪70年代突如其来的   次石油危机时,众多公司的做法可见对转子技术的忠诚度,历经危机后,转子发动机也被众多厂商无情的抛弃了。
然而远在东方的日本广岛市,一家名不见经传的“东洋工业有限公司”(马自达前身)   初也对这项技术垂涎三尺。公司的社长松田恒次很清楚当时的处境,并力争通过转子这   后一根稻草来挽救公司被吞并的命运,所以他不惜   代价要为公司取得转子发动机的授权制造许可。1961年2月,马自达如愿获得了转子的研发授权许可,但是公司也付出了颇为沉重的代价:
1、马自达需要向NSU车厂缴纳2亿8千万日圆,在当时,这些资金大约可支付马自达8000位员工一个月的薪水。
2、马自达   无条件提供产品专利权给NSU车厂。
3、每一辆搭载转子发动机的汽车上市后,   向NSU车厂交付   的使用金。
同年7月,马自达公司指派8名技术人员远赴当时位于西德的NSU车厂去接受有关转子发动机的技术培训,这其中就包括后来被任命为“转子研究部”部长的山本健一。
当时NSU车厂的工作人员将一枚铜板放在运转中的转子发动机上,铜板可以屹立不倒,他们借此向马自达的技术人员展示这种发动机运转的平稳性。不过马自达的技术人员稍后却发现转子发动机在工作一段时间后,转子室内的缸壁会出现超乎想象的波纹状磨痕,而这台转子发动机的寿命甚至只有几十个小时,他们深刻意识到此问题是转子发动机实现量产道路上   大的障碍。
1963年,马自达成立“转子研究部”,并任命山本健一率领精心挑选的46名工程师针对转子发动机进行研究与改良,这47人也被称为“转子47壮士”。因为面对当初与NSU签订的“不平等条约”以及公司自身所面临的巨大竞争压力,松田恒次社长深知这是   后的豪赌,可谓不成功便成仁,并提出“技术   是革新”的口号,以此来激发转子研究部取得胜利的决心。
转子发动机的工作原理:
转子发动机的基本结构是在一个近似“8”字型的空间中,放入一个三角锥状的转子,转子安装在偏心轴上,当偏心轴旋转时,会带动转子进行偏心旋转运动。在运动的过程中,转子的三个面恰好将内部空间划分为三个独立的腔室。被分隔出来的腔室在转子的运动过程中,其容积会不断地改变,也只有这样才可以使转子发动机利用密闭空间的变化来完成传统四冲程内燃机运转时所进行的进气、压缩、做功以及排气的过程。而这种巧妙的运动特性的产生则要归功于偏心轴以及“8”字型的空间结构的特殊设计。
传统的四冲程往复式活塞发动机中的任意一个汽缸进行一次完整的工作循环,曲轴需要旋转两周,但对于转子发动机来说,这却是另一番崭新的世界。三角转子每旋转一周,可以完成三次进气、压缩、做功、排气的过程,也就是做功三次,而偏心轴则已经旋转了三周,也就是说曲轴与三角转子的转速比为3:1。
这看上去有些令人匪夷所思,而其中的奥秘就蕴藏在简单的机械原理中,通常转子的内齿圈的齿数与中心齿轮的齿数之比为3:2,如果是常规的两个内啮合齿轮的话,二者   会保持3:2的转速比,而转速比   终定格在3:1,一是基于精心设计的齿数比,另外很重要的则是特殊的偏心旋转运动,即三角转子在自转的过程中还会产生公转运动。
虽然规模与财力都略显单薄,但凭借着一股“蛮劲”,马自达公司竟率先完成了转子发动机的量产,惊艳车坛的Cosmo Sport 110S跑车在1967年5月发布,它采用一台双转子发动机,排量为0.982L(0.491L*2),   大功率110马力,   大扭矩130N·m,它的推出比“转子老祖宗”NSU的   款转子汽车Ro80还早了四个月。  
作为日系经典跑车之一的RX-7(欲详细了解请点击),从   代起就搭载了代号为12A的双转子发动机,   大功率105马力,到了1984年推出13B发动机的版本,动力也提升至135马力。此车风阻系数为0.36,车身仅重1065公斤,并且前后重量已经达到   的50:50。
   代RX-7,同样搭载13B双转子发动机,动力   高提升至200马力。到了第三RX-7,还是搭载了13B的发动机,但是在双涡轮增压器的作用下,   大功率已跃升至至规定的280马力上限。
马自达RX-8采用了代号为13B-MSP Renesis的双转子发动机,它是以   代RX-7的13B型发动机为基础,排气量依旧为1.308L(0.654L*2),但两者主要的差异在于13B-MSP型将排气移至燃烧室的侧面,这个改变也减小了碳氢化合物的排放,同时压缩比提升至10:1,增加了在低转速时的扭矩,该款发动机荣获2004和2005两年的沃德十佳发动机的称号。
历史上,马自达是   夺得过勒芒24小时耐力赛总   的亚洲汽车制造商。纵观勒芒大赛历史,前58届的   均被欧美车手垄断。1991年的第59界比赛中,搭载马自达R26B 2.6L(0.654L*4)四转子发动机的787B赛车,以      名两圈的巨大优势夺得   。
虽然787B不是当时      强的勒芒赛车,但在对手的赛车纷纷出现故障时,它却以稳定的可靠性坚持到   后,而勒芒24小时耐力赛   考验的正是赛车的可靠性。通过此项赛事足以奠定马自达787B在日本赛车史上的传奇地位。 
在当时,有几十家公司都获得了转子发动机的研发授权许可,但唯有马自达坚持至今并将其发扬光大。在这几十年里的时间里,马自达不断的将   新的科技成果应用于转子发动机的改进与完善上,但即使这样也依然无法追赶上世界变化的脚步。在传统内燃机以及新能源车型的强大攻势面前,马自达与转子发动机看上去是如此形单影只,但与璀璨的星光相比,滑落天际的流星往往可以收获   多的感动与回忆。

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