一个诞生自德国的舶来品,却在遥远的日本生根发芽直至壮大。别人放弃的难题,却成为了这个汽车品牌的救命稻草。从一种发明,到一种车型,再到一种精神象征,这已经成为“日式坚持”的典型案例,这就是马自达的“转子发动机”。
“转子不死!”是大家对马自达这个汽车品牌最深刻的印象之一。虽然在售的马自达车型中,再也看不到转子发动机的身影,但是车迷却从未忘却那万转的高亢轰鸣。2017年12月20日,日本转子之父山本健一与世长辞,让全球的车迷倍感沉痛。笔者怀着敬意与追思写了一篇《那位给了我们万转梦想和转子不死信念的男人去世了》来悼念这位伟大的汽车工程师。
日本转子之父 山本健一,2017年12月20日与世长辞
转子发动机是汽车工业历史中的一朵“奇葩”。90年代日本车坛聚集“四大天王”,搭载13B双转子发动机的马自达RX-7正占据一席,其真正实力可见一斑。转子发动机对于国内的绝大多数车友们都是“只知其名,未见其身”传说中的“神机”,我们先回顾一下其真实的“身世”。揭秘马自达是如何与“转子发动机”结缘的。
其实转子发动机不是日本人发明的,更不是马自达最先使用的。1954年4月13日,全世界第一台转子发动机由德国工程师菲加士·汪克尔(Felix Wankel)发明,并在德国NSU公司的帮助下研制诞生,但是直到1957年2月1日才成功完成首次点火运行,所以转子发动机Rotary Engine又命名为汪克尔发动机Wankel Engine。这里的NSU公司后来被大众汽车收购与新汽车联盟Auto Union公司合并成为了现在的Audi 奥迪。
德国工程师菲加士·汪克尔是转子发动机的亲生父亲
转子发动机问世后,立刻成为了各大厂商追捧的对象,他们纷纷向NSU购买专利使用权,并分头开始制造自己的“转子之车”。其中不乏车界大佬,如奔驰、保时捷、通用、阿尔法·罗密欧、福特、丰田等,在将近三十个获得授权的企业中坚持到最后的却只有马自达。
奔驰在1969年制造了几辆C111原型车采用了四转子发动机拥有350匹马力
铃木1974年推出497cc单转子发动机的RE5摩托车,但是1976年就停产了
其中鲜为人知,其实中国也生产过转子发动机。1969年,在政府的支持下,天津动力机厂研发的2110型双转子发动机装入了TJ140型载重汽车中,由天津货车修理厂整车制造下线。这应该是全世界第一台也是唯一一款转子发动机卡车,并且完成了天津到拉萨的长距离路试,性能表现十分优秀,最高时速能达到140km/h。考虑到当时的中国汽车工业水平,这绝对是轰动性的新闻。但是转子TJ140卡车也只是生产了40辆,随后项目停止资料封存,到今日甚至连一辆样车都没有留下来,成为了中国汽车工业永久的记忆。
TJ140是全世界唯一一款转子发动机载重卡车
转子发动机在中国的尝试还没停止。70至80年代,北汽在不断尝试制造中级轿车,在BJ750型轿车的基础上改良了两辆搭载转子发动机的BJ751试验原型车,但没有继续走向量产。在转子发动机轿车方面,上海汽车比北汽起步更早一些,1975年上汽启动了对SH760更新换代的研发工作,新车型被命名为SH750,但是SH750只制造了两辆原型车,其中一台搭载了转子发动机,可惜的是它也没有走到量产,但是它以另一种形式留下了印记。在中国第一部科幻电影《珊瑚岛上的死光》中,SH750走上了荧幕,这对于它来说也算是另一种“永生”。
北汽以BJ750为基础的改进试验车型BJ751搭载了一台转子发动机
上汽SH750的两台原型车其中有一台搭载了转子发动机
中国首部科幻电影《珊瑚岛上的死光》让无法量产的SH750走上了荧幕
转子发动机为何从最开始的“香饽饽”变成后来无人问津的“冷馒头”?
转子发动机与我们常见的往复活塞式发动机有本质上的区别。它的基础结构由一个截面为勒洛三角形(弧边三角形)的转子、偏心轴、8字型的转子外壳组成。其中所有的运动部件都是旋转运动。而往复活塞发动机的活塞进行的是是直线往复运动,需要通过曲柄连杆机构来转化成旋转运动,之后才会将动力输出给变速箱。如此,转子发动机整体机构更简洁,零件数量大幅度减少,运动机构的可靠性更高。其中偏心轴作为动力输出端它的转速是转子转速的3倍,转子转一圈则可以完成三次做功。三角转子的三个面,在旋转一圈后,都可以完成进气、压缩、做功、排气的完整工作循环。而往复活塞式发动机做一次功要往复两次,曲轴要旋转两圈。这也是为何在很多国家,转子发动机的排量相比往复活塞发动机要在真实的排量上乘以2。转子发动机的运动部件只有旋转运动,省去曲柄连杆的“拖累”,转速上升得更快,转速也更高,同时重量和尺寸都更小,这让它具备了天生的卓越运动性和良好的平顺性。
起初,各大车企也都是相中了转子发动机的天生优势,但是他们都忽略了它的天生劣势。转子由于永远只向一个方向旋转,三角形转子尖端的气封与转子外壳内壁长期摩擦,进而产生偏磨,最后会在内壁上留下刮痕,大家称之为“恶魔的爪印”。从而造成气缸漏气、烧机油、积碳严重,最终就是“趴窝”。而且转子发动机的转速高,发热量大,如此造成极高的油耗和骇人的废气排放量,就连转子发动机的东家NSU公司在推出几款车型后,在大量消费者的负面口碑下,无奈地停止了转子发动机的生产。
早期转子发动机在转子外壳内壁上留下的“恶魔的爪印”
马自达的前身东洋工业于破产的边缘,转子发动的到来仿佛就是“希望之光”。岌岌可危的情况下他们决定抓住这颗“救命稻草”,来一次“生死豪赌”。最终,马自达花费了2亿8千万日元(相当于8000名员工一个月的薪水),并签订多项不对等的合作条款,他们得到了转子发动机的使用授权。随即1962年12月,山本健一带队来到德国向NSU学习转子发动机技术。次年4月,马自达成立了转子发动机研究部(RE研究部,RE是Rotary Engine的缩写),山本健一被任命为部长。
在山本健一的带领下马自达成立了RE研究部
马自达开始研究转子发动机后才发现“理想很美好,现实很残忍”。由于转子发动机磨损的问题,根本无法实现大规模量产装机,但是孤注一掷的马自达不打算放弃,山本健一率领其他46名工程师开始专心研究如何解决转子发动机的密封和磨损问题。这47人后来被称为“转子四十七士”。困扰全球的技术难题,最终的解决却有些戏剧化。那一天,山本健一已经被转子发动机折磨得接近崩溃,他用铅笔在草纸上胡乱画着,突然之间“灵光乍现”,铅笔头上的石墨成为了点金之石。之后整个团队开始深入研究同时联合日本碳素公司研发出了混入碳素的铝合金材料密封零件,最终他们成功了!
转子四十七士
1967年5月,马自达推出了Cosmo运动轿车,这是全球第一款可以真正实用的量产转子发动机车型。马自达带着这款车回到转子发动机的故乡德国,参加了全世界最严苛的纽博格林84小时马拉松大赛,最终取得了全场第四名的惊人成绩,为转子发动机摘下了“不可靠”的罪名,开启了“转子不死”的热血史诗。
马自达Cosmo成功征服纽博格林84小时马拉松大赛
马自达不断将转子发动机发扬光大,甚至大众认为转子发动机就等同于马自达,推出的机型从单转子到四转子有众多型号种类,但是让马自达转子发动机扬名天下的是两款转子神机——13B和R26B。下一集,让我们开启转子神机的正式篇章。