馬自達轉(zhuǎn)子發(fā)動機（Rotary Engine，簡稱RE）是馬自達于1967年左右量產(chǎn)的一種無活塞旋轉(zhuǎn)式四沖程內(nèi)燃機，該發(fā)動機與復(fù)式發(fā)動機相比，取消了直線運動，同樣功率的轉(zhuǎn)子發(fā)動機尺寸較小，重量較輕，而且振動和噪聲較低。缺點是轉(zhuǎn)子技術(shù)復(fù)雜，制造成本極其高昂，耐用性也低于傳統(tǒng)發(fā)動機，另外存在密封差、燃燒室形狀問題等所導(dǎo)致的燃燒不完全、排放和油耗雙高等問題。曾先后搭載于Mazda RX-2、Mazda RX-5、Mazda RX-7、馬自達 RX-8等車型身上。
1960年，汪克爾研發(fā)出轉(zhuǎn)子發(fā)動機這種新型內(nèi)燃機，上世紀60年代初期，馬自達投入研究轉(zhuǎn)子發(fā)動機，當時技術(shù)人員面臨摩擦痕跡這一障礙。由于曲面的定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)胎發(fā)生摩擦的同時高速旋轉(zhuǎn)，長年累月內(nèi)側(cè)的鍍鉻就會產(chǎn)生參差不齊的磨痕，如不解決就無法實現(xiàn)轉(zhuǎn)子發(fā)動機的實用化。1963年，馬自達通過在封條頂端嘗試打出十字孔來改變封條的頻率特性，解決了磨痕問題。1964年，馬自達與日本碳公司合作，使用鋁和碳的復(fù)合材料制作完成Apex封條。1967年5月30日，第一臺搭載轉(zhuǎn)子發(fā)動機的跑車Cosmo Sport問世，采用碳鋁材質(zhì)制成的菱封，成為世界上第一部將轉(zhuǎn)子發(fā)動機實用化的量產(chǎn)汽車。馬自達于2012年停止了轉(zhuǎn)子發(fā)動機車型的生產(chǎn)。
轉(zhuǎn)子發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)是在一個近似“8”字型的空間中，放入一個三角錐狀的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子安裝在偏心軸上，當偏心軸旋轉(zhuǎn)時，會帶動轉(zhuǎn)子進行偏心旋轉(zhuǎn)運動。轉(zhuǎn)子發(fā)動機主要由轉(zhuǎn)子外殼、轉(zhuǎn)子、側(cè)邊外殼、偏心軸、氣封等部件構(gòu)成。2019年，馬自達動力總成開發(fā)總工程師Ichiro Hirose表示，正在考慮將轉(zhuǎn)子發(fā)動機應(yīng)用到混合動力系統(tǒng)中。
發(fā)展簡史
轉(zhuǎn)子發(fā)動機起源
上個世紀五十年代初，汪克爾加盟德國NSU車廠（NSU后來與汽車聯(lián)盟共同組成現(xiàn)今的奧迪公司），并開始全力研發(fā)轉(zhuǎn)子發(fā)動機。
1960年，汪克爾研發(fā)出新型內(nèi)燃機，因為這個內(nèi)燃機存在著諸多缺陷，如果想立刻將其量產(chǎn)并裝備在車輛上幾乎是不可能的，而且改造它的困難度也遠遠高于預(yù)期，即使這樣依然有眾多廠商與NSU簽署了轉(zhuǎn)子發(fā)動機的研發(fā)授權(quán)許可。這種新型內(nèi)燃機當時被廣泛應(yīng)用在諸如割草機、摩托車乃至船舶上，每個獲得授權(quán)許可的公司根據(jù)自己的技術(shù)優(yōu)勢以及用途，開發(fā)出適合自家產(chǎn)品的轉(zhuǎn)子發(fā)動機。其中勞斯萊斯汽車有限公司開發(fā)出柴油版的轉(zhuǎn)子發(fā)動機，日本的鈴木公司通過技術(shù)手段提高轉(zhuǎn)子的壽命后，將其應(yīng)用在自家的摩托車上。同時像雪鐵龍、保時捷、雅馬哈、阿爾法·羅密歐等廠商都參與了轉(zhuǎn)子發(fā)動機的研發(fā)。
奔馳汽車公司也曾向NSU車廠取得了授權(quán)許可，且基于自己的技術(shù)優(yōu)勢開發(fā)出燃油直噴型的三轉(zhuǎn)子發(fā)動機，它于1969年搭載在C111概念車上，最大功率280馬力，最高時速達到了260km/h，1970年奔馳更是制造出四轉(zhuǎn)子發(fā)動機，其最大功率350馬力，極速可達290km/h。但是奔馳始終也沒有解決轉(zhuǎn)子發(fā)動機先天性的高油耗以及高排放的問題。
馬自達轉(zhuǎn)子發(fā)動機
上世紀60年代初期，馬自達(東洋工業(yè))為提高商品技術(shù)競爭力，推進技術(shù)研發(fā)以求得獨立生存。于是馬自達投入研究小型輕量?動能出色的轉(zhuǎn)子發(fā)動機，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子發(fā)動機的實用化。馬自達采用的是汪克爾?轉(zhuǎn)子發(fā)動機。1961年2月，馬自達獲得了轉(zhuǎn)子的研發(fā)授權(quán)許可，但是公司也付出了頗為沉重的代價：1、馬自達需要向NSU車廠繳納2億8千萬日元，在當時，這些資金大約可支付馬自達8000位員工一個月的薪水。2、馬自達必須無條件提供產(chǎn)品專利權(quán)給NSU車廠。3、每一輛搭載轉(zhuǎn)子發(fā)動機的汽車上市后，必須向NSU車廠交付一定的使用金。
NSU車廠的工作人員將一枚銅板放在運轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子發(fā)動機上，銅板可以屹立不倒，他們借此展示這種發(fā)動機運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。不過馬自達的技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動機的轉(zhuǎn)子呈三角形，為了確保密封性分別在三個頂點處安裝Apex封條，由于曲面的轉(zhuǎn)子內(nèi)胎發(fā)生摩擦的同時高速旋轉(zhuǎn)，長年累月內(nèi)側(cè)的鍍鉻就會產(chǎn)生參差不齊的磨痕。如不解決就無法實現(xiàn)轉(zhuǎn)子發(fā)動機的實用化。
1963年，馬自達成立“轉(zhuǎn)子研究部”，并任命山本健一率領(lǐng)46位工程師研究改良汪克爾發(fā)動機。這47人后來被稱為“轉(zhuǎn)子四十七士”，含有仿效赤穗四十七浪士不成功便成仁的意涵。盡管使用很多材料來制作Apex封條，甚至嘗試使用過馬骨和牛骨，仍然找尋不到解決的頭緒。經(jīng)過努力，1963年，轉(zhuǎn)子發(fā)動機的實用化研究取得突破性的成果。有位工程師提出：在Apex封條的形狀上下功夫，嘗試改變頻率特性的技術(shù)建議。通過在封條頂端嘗試打出十字孔來改變封條的頻率特性，經(jīng)過運行測試，在分解后的發(fā)動機內(nèi)部果然沒有發(fā)現(xiàn)任何摩擦痕跡。1964年，馬自達與日本碳公司合作，使用鋁和碳的復(fù)合材料制作完成Apex封條。自此，馬自達的轉(zhuǎn)子發(fā)動機在實用化的道路上開始了突飛猛進的發(fā)展。1967年5月30日，第一臺搭載轉(zhuǎn)子發(fā)動機的跑車Cosmo Sport問世，馬自達成為唯一一家將轉(zhuǎn)子發(fā)動機量產(chǎn)的公司。
2018年3月，馬自達就申報了一項專利，該專利是一款前驅(qū)布局的增程式混合動力系統(tǒng)。專利圖顯示，電動機被布置在了前橋，電池組被布置在底盤中部，而轉(zhuǎn)子內(nèi)燃機、發(fā)電機、油箱及逆變器則被布置在了車身后部。在電池組電量不足時，這臺轉(zhuǎn)子發(fā)動機將點火運轉(zhuǎn)、帶動發(fā)電機發(fā)電，電能通過逆變器輸入電池組，實現(xiàn)為電池組充電的目的。“轉(zhuǎn)子發(fā)動機結(jié)構(gòu)緊湊、性能強大并且運轉(zhuǎn)時很安靜，它對電動化車型來說十分合適”。
應(yīng)用簡史
1970年，搭載新研發(fā)的12A型轉(zhuǎn)子發(fā)動機的車型為馬自達 RX-2。1971年，馬自達又推出一款轉(zhuǎn)子發(fā)動機專屬車型Mazda RX-3。1972年出產(chǎn)的RX-4是一輛搭載轉(zhuǎn)子引擎的運動豪華轎車，換裝了代號為13B的轉(zhuǎn)子發(fā)動機，最大功率125馬力。1975年馬自達推出豪華車型Mazda RX-5。馬自達在1978年推出的前置后驅(qū)跑車RX-7憑借轉(zhuǎn)子發(fā)動機的獨特操控特性贏得眾多車迷支持。傳承了首款轉(zhuǎn)子發(fā)動機的輕量小型跑車Cosmo Sport的低矮形態(tài)，其搭載代號為13B的1.3升雙轉(zhuǎn)子雙渦輪增壓發(fā)動機最大功率255馬力（188kW），最大扭矩為294N·m，與發(fā)動機相匹配的是一臺5速手動變速箱和4速自動變速箱。1998年RX-7調(diào)整了散熱系統(tǒng)，其最大功率為280馬力（206kW）/6500rpm，最大扭矩313N·m/5000rpm。2003年，馬自達 RX-8采用進化的轉(zhuǎn)子發(fā)動機Renesis，在6速手動RX-8車型上輸出250馬力功率，RX-8百公里加速僅需6.4秒。重量輕的發(fā)動機及其前一中置發(fā)動機布置，有助于達到理想的50/50前后重量平衡。
2010年RX-8未能通過歐五排放標準，導(dǎo)致RX-8銷量銳減，當年在全球僅售出1134輛，2012年最后一輛馬自達RX-8在東京下線，該車也正式宣告停產(chǎn)。
馬自達于2012年停止了轉(zhuǎn)子發(fā)動機車型的生產(chǎn)。2021年，馬自達注冊了具有轉(zhuǎn)子發(fā)動機輪廓的新商標和多個商標名。在注冊的三個商標名（e-SKYACTIV R-能量、e-SKYACTIV R-HEV、e-SKYACTIV R-EV）之中，字母“R”被外界廣泛認為是Rotary即轉(zhuǎn)子的代稱。
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工作原理
轉(zhuǎn)子發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)是在一個近似“8”字型的空間中，放入一個三角錐狀的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子安裝在偏心軸上，當偏心軸旋轉(zhuǎn)時，會帶動轉(zhuǎn)子進行偏心旋轉(zhuǎn)運動。在運動的過程中，轉(zhuǎn)子的三個面恰好將內(nèi)部空間劃分為三個獨立的腔室。被分隔出來的腔室在轉(zhuǎn)子的運動過程中，其容積會不斷地改變，也只有這樣才可以使轉(zhuǎn)子發(fā)動機利用密閉空間的變化來完成傳統(tǒng)四沖程內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)時所進行的進氣、壓縮、做功以及排氣的過程。而這種運動特性的產(chǎn)生則要歸功于偏心軸以及“8”字型的空間結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計。
傳統(tǒng)的四沖程往復(fù)式活塞發(fā)動機中的任意一個汽缸進行一次完整的工作循環(huán)，曲軸需要旋轉(zhuǎn)兩周，轉(zhuǎn)子發(fā)動機則是三角轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，可以完成三次進氣、壓縮、做功、排氣的過程，也就是做功三次。而偏心軸則已經(jīng)旋轉(zhuǎn)了三周，也就是說曲軸與三角轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速比為3:1。
通常轉(zhuǎn)子的內(nèi)齒圈的齒數(shù)與中心齒輪的齒數(shù)之比為3:2，如果是常規(guī)的兩個內(nèi)嚙合齒輪的話，二者永遠會保持3:2的轉(zhuǎn)速比，而轉(zhuǎn)速比最終定格在3:1，一是基于精心設(shè)計的齒數(shù)比，另外則是特殊的偏心旋轉(zhuǎn)運動，即三角轉(zhuǎn)子在自轉(zhuǎn)的過程中還會產(chǎn)生公轉(zhuǎn)運動。
基本構(gòu)造
相對活塞往復(fù)式的傳統(tǒng)內(nèi)燃機，轉(zhuǎn)子發(fā)動機的結(jié)構(gòu)要簡單很多，什么曲柄連桿機構(gòu)、配氣相位機構(gòu)等，在轉(zhuǎn)子發(fā)動機上紛紛被割舍掉，因此也造就了其體積小、重量輕的特點。轉(zhuǎn)子發(fā)動機主要由轉(zhuǎn)子外殼、轉(zhuǎn)子、側(cè)邊外殼、偏心軸、氣封等部件構(gòu)成。?
轉(zhuǎn)子外殼
轉(zhuǎn)子外殼通常由鋁合金制造，它相當于傳統(tǒng)內(nèi)燃機的缸體，內(nèi)部呈“8”字形，內(nèi)表面有特殊的電鍍涂層以增強其耐磨性，通常在外殼的一側(cè)設(shè)計有進氣口和排氣口，在另一側(cè)則安裝有火花塞。?
轉(zhuǎn)子
轉(zhuǎn)子被設(shè)計成弧形邊緣的三角形，它相當于傳統(tǒng)內(nèi)燃機中的活塞，它在外殼內(nèi)做偏心旋轉(zhuǎn)運動。轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面上會有內(nèi)齒圈，而在轉(zhuǎn)子的三個面上則設(shè)計有凹槽，它的大小也直接關(guān)乎轉(zhuǎn)子發(fā)動機的壓縮比。?
偏心軸
偏心軸類似于傳統(tǒng)內(nèi)燃機中的曲軸，它將動力直接輸出給傳動系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子在8字氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生偏心旋轉(zhuǎn)運動，推動偏心軸旋轉(zhuǎn)。?
氣封
在轉(zhuǎn)子的三個頂點上布置有氣封（Apex Seal），它類似于活塞環(huán)，正是通過它的密封，才將氣缸分成三個獨立的腔室，氣封底部的彈簧可以使其始終與轉(zhuǎn)子外殼的內(nèi)壁緊密接觸。??
主要特點
優(yōu)點
整個轉(zhuǎn)子發(fā)動機在工作時只有兩個轉(zhuǎn)動部件（偏心軸和轉(zhuǎn)子），這跟一般的四沖程往復(fù)式發(fā)動機相比，簡化的結(jié)構(gòu)可以使發(fā)動機的體積更小、重量更輕，故障率也大為減少。另外，由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機沒有往復(fù)式運動，所以其不需要精密的曲軸平衡就能達到較高的轉(zhuǎn)速，而且其轉(zhuǎn)速相比往復(fù)式發(fā)動機提升得更快。正是得益于轉(zhuǎn)子發(fā)動機小巧的特點，故可以將其布置在車輛前軸靠后的位置，以更好的平衡車輛的整體配重。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的軸向運動比活塞往復(fù)式發(fā)動機的水平直線運動要來得更加平順，故轉(zhuǎn)子發(fā)動機的震動與噪音都比較小。由于偏心軸的轉(zhuǎn)速始終是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的3倍，所以從這一點可以看出，當轉(zhuǎn)子發(fā)動機達到9000rpm時，三角轉(zhuǎn)子不過才3000rpm，相比往復(fù)式活塞發(fā)動機9000rpm時，活塞每分鐘要上下9000次，相當于活塞每秒鐘要完成300個沖程，這也使得轉(zhuǎn)子發(fā)動機可以獲得更高的轉(zhuǎn)速。
缺點
馬自達轉(zhuǎn)子發(fā)動機技術(shù)復(fù)雜，制造成本極其高昂，耐用性也低于傳統(tǒng)發(fā)動機；另外存在密封差、燃燒室形狀問題等所導(dǎo)致的燃燒不完全的問題。同時做功行程偏心軸所轉(zhuǎn)過的角度只有活塞往復(fù)式發(fā)動機的一半，所以轉(zhuǎn)子發(fā)動機的耗油量要遠遠高于傳統(tǒng)式內(nèi)燃機，而且轉(zhuǎn)子發(fā)動機在啟動與低轉(zhuǎn)速時會排出大量的碳氫化合物，這與現(xiàn)今嚴格的排放法規(guī)可謂格格不入。
此外，點火系統(tǒng)也是轉(zhuǎn)子發(fā)動機的弱點之一，因為它的燃燒室在移動運轉(zhuǎn)，爆炸的過程中火焰?zhèn)鞑サ男蛻B(tài)并不理想，這也就對點火系統(tǒng)提出了更高的要求，不僅要提高點火能量，同時點火正時以及火花塞的位置也非常重要。雖然轉(zhuǎn)子發(fā)動機具有排量小、轉(zhuǎn)速高的工作特性，但由于其工作原理與往復(fù)式發(fā)動機不同，所以世界各國在制訂發(fā)動機排量的繳稅法規(guī)時，皆是以轉(zhuǎn)子發(fā)動機的實際排氣量乘以2來作為其最終認定的排量，更高的稅賦也意味著轉(zhuǎn)子將面臨更多的壁壘而無法大規(guī)模的普及開來。
發(fā)展趨勢
發(fā)展
由NSU與汽車聯(lián)盟合并而來的奧迪公司將轉(zhuǎn)子發(fā)動機應(yīng)用在自家的A1 e-tron增程式電動車上，不過它的使命不再是直接驅(qū)動車輪而是為電池組充電。在愈加嚴格的排放法規(guī)以及節(jié)能減排的全球大背景下，單靠馬自達一家的力量很難有大的突破，無法商業(yè)化量產(chǎn)也就無力繼續(xù)加大投入研發(fā)。在混合動力車型以及電動車初露鋒芒的時代，轉(zhuǎn)子發(fā)動機難以有大的作為，所以未來幾乎不會看到單純的將轉(zhuǎn)子發(fā)動機作為車輛的心臟。
挑戰(zhàn)
2019年，在日內(nèi)瓦國際車展上馬自達推出了其第二款跨界車CX-30，馬自達動力總成開發(fā)總工程師Ichiro Hirose表示，正在考慮將轉(zhuǎn)子發(fā)動機應(yīng)用到混合動力系統(tǒng)中。希望打造一個基于轉(zhuǎn)子發(fā)動機的混動平臺，并將其稱為“XEV”方案。得益于轉(zhuǎn)子發(fā)動機平臺的高度靈活性，“它可以用作增程的發(fā)電機，也可以用作直接驅(qū)動車輛的內(nèi)燃機，因為轉(zhuǎn)子發(fā)動機結(jié)構(gòu)緊湊，因此我們可以把發(fā)電機、轉(zhuǎn)子發(fā)動機和電動機集成在一個模塊里”。這么做的結(jié)果就是，一臺車既可以被做成輕混系統(tǒng)、也可以做成采用轉(zhuǎn)子發(fā)動機作為增程器的純電動系統(tǒng)。XEV平臺的靈活性使得它可以滿足世界各國的排放標準。全新的轉(zhuǎn)子發(fā)動機不再擁有極高的油耗，盡可能地滿足全世界的燃效法規(guī)。
除此以外，馬自達正在努力探索轉(zhuǎn)子發(fā)動機作為應(yīng)急發(fā)電工具的可能性。汽油并不是轉(zhuǎn)子發(fā)動機唯一可適配的燃料，馬自達同時正在考慮使用液化石油氣（LPG）作為燃料來驅(qū)動轉(zhuǎn)子發(fā)動機。
參考資料 >
轉(zhuǎn)子傳奇|第Ⅰ章 挑戰(zhàn)未知世界 – ?轉(zhuǎn)子發(fā)動機四十七士?.馬自達（中國）官網(wǎng).2024-01-16
滑落天際的流星 解讀馬自達轉(zhuǎn)子發(fā)動機.汽車之家.2024-01-16
馬自達轉(zhuǎn)子發(fā)動機車型回歸，增程版SUV或?qū)⒂诿髂?月正式亮相.今日頭條.2024-02-29
資金遇困難 馬自達停止研發(fā)轉(zhuǎn)子發(fā)動機-嵊州新聞網(wǎng).嵊州新聞網(wǎng).2024-02-29
魂|轉(zhuǎn)子傳奇五十年 - Mazda RX 系列車型回顧.馬自達中國官網(wǎng).2024-01-14
前瞻|馬自達：轉(zhuǎn)子發(fā)動機或許有更廣泛的應(yīng)用前景.今日頭條.2024-02-29
馬自達轉(zhuǎn)子發(fā)動機2020年復(fù)活 這次用于增程式混動車.今日頭條.2024-02-29
馬自達心轉(zhuǎn)子發(fā)動機即將回歸.今日頭條.2024-02-29
馬自達轉(zhuǎn)子發(fā)動機發(fā)展歷史及相關(guān)車型.汽車制造網(wǎng).2024-03-08
馬自達轉(zhuǎn)子發(fā)動機車型有哪些.太平洋汽車網(wǎng).2024-03-08
勒芒奪冠30周年 馬自達“永不放棄的挑戰(zhàn)精神”.mazda.2024-03-08