转子引擎？氢内燃机？
无敌汽车网
2022-06-23
说起转子发动机（Rotary Engine或Wankel Motor），相信绝大多数读者第一时间都会想到Mazda（马自达）这家日本车企吧，Emmmm要说知名度上马自达的确是排第一，又或者说这家日本车企是全球唯一 一家至今还在研究转子发动机技术的车企。虽然！马自达在这方面的确出名，但可别忘了转子发动机技术是德国工程师Felix Heinrich Wankel（菲力斯·运高）研究出来的，马自达仅仅是从其手上获得生产许可罢了。 图：马自达之所以会有转子发动机玩，全都靠他Felix Heinrich Wankel（菲力斯·运高博士）。另外转子发动机被叫做Wankel motor（运高发动机）也是这个原因，Rotary Engine则是英语直译。世界上第一台转子发动机原型诞生于1957年，由德国的NSU公司研发成功，随后也投入了量产，而马自达则是在1961年和运高博士签下研究合同，一直到1967年，马自达才推出了自己的第一台搭载转子发动机的量产车型，名为Cosmo 110S，经过马自达改良的转子发动机名为10A。马自达在1961年签下的合同，直到1967年推出第一台量产车型，中间足足隔了6年的时间。这六年的时间里，马自达一直在着手改进转子发动机天生所带来的问题，这些问题相信大家多多少少也都听说过，例如：转子的外壳采用的材料、转子三个密封销的磨损问题导致烧机油、燃油经济性和排放等方面。而这些问题，至今也依旧存在。 图：马自达10A水冷2转子发动机，以及首批搭载该发动机的马自达Cosmo车型。下面我们来简单介绍下转子发动机的好处以及坏处，转子发动机和传统往复式内燃机不同的是，它直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。与往复式发动机相比，转子发动机取消了无用的直线运动，因而同样功率的转子发动机相对于直线往复式发动机尺寸小，重量轻，并且振动和噪声很低。三角转子利用转子的顶角把汽缸分成三个独立空间，三个空间各自先后完成进气、压缩、做功和排气，三角转子自转一周，发动机点火做功三次。这样大家明白了转子的运动关系，其输出轴的转速是转子自转速度的3倍，这与往复运动式发动机的活塞与曲轴是1:1的运动关系完全不同。由于没有往复式发动机的高压缩比，使得燃烧不能够很充分。一台马自达RX-8或者RX-7，油耗表现平均在12-14L也正是因为如此，每一次的喷油过浓再加上燃烧不充分。这样的油耗以及排放表现，如果用如今欧6或咱们的国6B的排放法规来评定转子发动机，它都不知道死了多少次了，这也是转子引擎被普遍视为是“夕阳的”或者“没有未来的”内燃机的主要原因。 图：图上的便是转子发动机的转子、燃烧室、输出轴等零部件。转子发动机最大的另一个问题便是转子三个顶端上的密封销了，由于转子的三个顶角负责密封并且长期处于无法良好润滑的情况下工作，导致其过早的磨损。虽有很多种方案进行了改进，例如将气缸壁进行瓷化（对气缸壁表面进行陶瓷化，可以减少摩擦，并且在无润滑的情况下更耐高温），对于三个顶角的密封材料进行筛选，等等，但始终无法有更好的突破。并且转子中间的输出轴部位的高温问题，始终困扰着工程师们。不然网上也不会出现那么多RX-7、RX-8车型要10万公里甚至是5万公里大修发动机，当然，这都要看车主的驾驶习惯以及对发动机的保养是否到位。转子发动机的确是很多优点，但是它的缺点同样也很致命，所以转子发动机要作为一台民用买菜车发动机存在的话，那就需要大量时间、人力物力成本在，再加上目前的车市状况，这样的研发成本固然是不现实的。当然！这些我们这些普通人都能明白的东西，马自达作为一家大型车企肯定也能明白，甚至还要比我们明白的更早。早在80年代末，马自达就已经计划要在转子发动机上实验用氢燃料来替代传统汽油，这里如果知道点儿内燃机发展史的同学便会知道，使用氢气作为燃料应该用上“重新”，因为内燃机最早使用的燃料就是氢气，而不是在此很多年之后才出现的“汽油”这类的石化品。但马自达之所以会有这样的想法，是由于氢气和空气的混合气体点燃速度比汽油更快，因此氢气内燃机的一个重要问题是防止提前点火和回火。而转子发动机的优势就体现在其进气室与燃烧室分开，使得氢气和空气的混合气体远离局部热点，这些结构特点能够在没有提前点火和回火的情况下使用氢气。让其具有更强的燃料混合气流动性和更长的运行周期，实现了氢气和空气的彻底混合。 图：在使用氢燃料这方面，转子发动机比起传统往复式发动机有着天生的优势。不过，转子引擎同样因为其独特的设计，曲轴部分能产生扭力的力臂短、导致了天生扭力不足的问题同样会制约着它在重载轿车上的应用范围。使用氢燃料的转子发动机比使用传统汽油其热效率还要高出23%，并且还能解决一直困扰着马自达的排放问题。关于氢燃料转子发动机的另一个问题-氢燃料对润滑油膜的侵蚀，马自达对此也有一个解决方案，那就是通过使用陶瓷顶点密封件可以避免氢化物侵蚀的问题。既然有了一整套的设计以及应对方案，在90年代初马自达就开始着手将该技术套用在车辆上了。1991年，马自达在东京车展上突出了一台名为HR-X的氢燃料概念车，这台概念车配备了一台双转子的氢燃料发动机。该发动机可产生100匹马力，与之匹配的是四速的自动档变速箱。加满一次氢气的续航里程为190公里。 图：有留意我们公众号的读者们也应该知道，同期的两田（丰田、本田）也在发展氢燃料这个领域。至今玩氢燃料玩得最好、最全面的，便是丰田了，目前全球范围内已经有不少车企和丰田在氢燃料方面有合作，包括中国也以政府的名义与之合作，但氢能的商业化应用门槛比纯电要高得多，消化吸收需要很长的周期。1993年，马自达在东京车展上推出了两款搭载了氢燃料转子发动机的车型，一款是HR-X概念车的继承者HR-2，另一台则是MX-5（Miata NA）的Hydrogen Rotary版车型，1995年，马自达还在626上推出了类似的车型。不过这三款车型基本上都属于是试验性车型为主，并没有实现过任何的大批量生产。 图：图为马自达HR-2概念车，以及其使用的双转子氢燃料发动。 图：图为第一代马自达MX-5（NA）的氢燃料版本，从车辆的外观上来看，除了它有着一个Hydrogen Rotary的拉花之外，它和一台普通版的MX-5基本没有太大的区别。要说马自达真正开始普及氢燃料转子发动机的使用，那就要到2003年了。2003年10月，马自达在东京车展上推出了RX-8 Hydrogen RE的车型，没错！就是那台使用转子发动机的末代马自达跑车。只不过这是一台使用汽油和氢气混合动力的车型，该车型除了有除了汽油版车型的歧管喷射外，每个转子还安装了两个额外的氢喷射器，一个直接位于转子外壳中，第二个位于相应转子的进气端。车辆上配备了一个61升的油箱之外，还有一个压力高达350Bar容量为110升的氢气罐，该氢气罐被安装在车辆的后备箱处。双燃料加起来总续航里程有着650公里，使用纯氢燃料的模式下，其续航里程约为100公里。 图：RX-8 Hydrogen RE在2003年的东京车展推出大约1年之后，该车型就获得了日本交通运输省的许可开始在路上开始测试。只可惜，这台RX-8只以租赁的形式使用，2006年3月该车型便开始交付给汽车租赁公司使用。2005年，马自达还推出了一台Premacy Hydrogen RE Hybrid（马自达5）的车型，该车型的动力单元各方面都和上文提到的那台RX-8大致相同，所以就不多做介绍了。氢燃料转子发动机从它天生的优势上来看，必然是要比传统往复式四冲程发动机要更合适的，但是它在日常维护方面也存在一个致命的缺点，那便是会维修它的人在全球范围内少之又少，这就导致要完成维修保养、日常维护或发生机械故障的情况下，车主只能选择去经销商进行维修，不过这些都要等马自达把该项技术普及了我们才能得知了。文章的最后，小编有个想法，以后如果氢燃料转子发动机普及了，马自达会不会重新推出一些使用纯汽油转子发动机的车款呢？又或者那些民间大神们又会带来什么样的杰作呢？
