涨知识 ▏转子发动机之五——马自达与转子发动机不可不说的故事

看过《头文字D》的朋友应该都对高桥兄弟的马自达RX-7印象深刻吧，对于马自达有一个流传已久的调侃段子,“马自达的企业目标就是卖车,烧钱,玩转子,周而复始”，由此可见这家企业与转子发动机之间有多么密不可分。近期又有消息爆料，马自达欲借氢燃料“复活”转子发动机，究竟发生了什么让马自达对转子如此执着，接下来让我们一探究竟。

自由贸易下的求生之路

20世纪60年代，当时“精明”的西欧与美国看到了战后日本的“高速”发展，甚至影响到了欧美的本土企业，于是要求日本“大开国门”，推行自由贸易化，允许美欧商品进入日本市场。为了应对“自由贸易化”，与欧美汽车巨头抗衡，日本于1961年初推出了《特定产业振兴临时措施法》（特振法），当时日本工业贸易部试图迫使日本几大汽车厂商对没有独自技术的小公司进行并购以提高国际竞争力，当时的马自达刚刚从生产三轮车转行生产汽车，前景一片大好，但是论独门绝学确实没有，因此政府提议由丰田收购马自达。对于当时的马自达来说，飞跃性的提高技术竞争力成为核心课题。

彼时，德国人菲利斯·汪克尔开发出一种没有往复式活塞、连杆和曲轴的新型发动机，它采用三角转子旋转运动来控制进气、压缩和排气。乍看之下，小排量即可输出大马力，加上不大的体积和重量，简直是黑科技般的存在，不少大品牌对汪克尔发动机表示出浓厚的兴趣。为了生存下去，摆脱被兼并的厄运，走投无路的马自达，只能孤注一掷，向技术持有公司——德国NSU车厂缴纳2亿8千万日圆此外，马自达必须无条件提供产品专利权给NSU车厂，而且每一辆搭载转子发动机的汽车上市后，必须向NSU车厂交付一定的使用金，类似于专利费。这绝对不平等的条款也让东洋工业株式会社（马自达前身）百般无奈，但为了摆脱被丰田兼并的厄运，东洋工业株式会社已经无路可退，“忍辱负重” ，用企业全部身家寻求合作。

马自达投巨资买下了这项还是一个半成品的转子发动机技术，为了能够量产，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名杰出工程师，这47人被称为“转子47士” ，仿效江户时代的赤穗四十七士不成功便成仁的意思，针对转子发动机进行研究与改良。

转子47士的惊世改革

在当年，转子发动机就像一道诅咒一样，几乎所有研究它的车企最终都会以失败告终。对于三角转子发动机，三角形转子的顶点要与椭圆形的气缸保持紧密结合，才能将这些冲程隔开。而三个顶点与汽缸之间的气密性，是靠三角三个端点装设一种由“菱封”（apex seal）与“角封”（corner seal）组成的立体机构（线形密封结构）来实现的。“菱封”的作用类似于活塞环，其核心就是密封材料的选取。

材料太软，无法有效密封。如果太硬，转速一高，加之长时期的偏心圆运转，“菱封”会对汽缸壁造成波状刮伤，被业界戏称为“恶魔的爪痕”（devil’s fingernails）。

对于转子发动机，各种难题堆积如山，但如何防止震纹的出现，成为决定转子发动机成败存亡的“首要” 问题。它是困扰转子发动机发展的最大难点，因此，解决转子发动机的气密性，或者说改善“菱封”、结构形状和材质等的进程，可以说就是转子发动机的改进发展史。

经过转子47士的反复研究发现，这个刻痕的发生（波状磨痕的间隙）与顶端封条的固有振动频率有关。于是他们重新设计了这个封条的形状：在接近顶端处横向开孔，并在交叉方向另开一纵向孔，称为“交叉孔”（cross hollow） 菱封 。随后经过实验验证发动机运转300小时内不会出现恶魔的爪印了，事情算是向好的方向迈进了一小步。但是，只能运转300小时的发动机，根本不可能投入量产。

在“交叉孔”菱封结构革命之后，人们又将目光转向了菱封的材料。菱封特殊的结构对菱封材料提出了“几近无理”的两大苛求要求：一是要具备极高的强度，能以每秒25米以上的高速紧贴汽缸内壁高速旋转（最高17000rpm）几百小时而不变形的强度；二是要绝对不会在汽缸内壁产生震纹。当时密封环采用的是铸铁材质，为了寻找到不会损伤内壁的材质，一种合适的材料来制作转子的顶点密封条，他们一个个化身爱迪生，试遍了几乎所有能想到的材料，直到1964年马自达与日本碳素公司成立了研发团队，经过反复试验和改进，极度坚硬的“浸渍”碳精研制出来了。马自达公司将这种新型材料与铝合金材质混合-“碳铝材质”，取代了原先的菱封采用的金属材质，转子发动机一改昔日旧貌，终于冲过了十万公里耐久试验（674小时的耐久试验）……

再遇困境

凭借这些“黑科技”，马自达一跃超过德国NUS（因没有解决震纹和气密性等问题，1969年破产被AUDI收购）、美国柯蒂斯·莱特（Curtiss-Wright）公司等成为了转子发动机的世界领袖。

1967年，第一台搭载转子发动机的跑车｢Cosmo Sport｣问世，马自达成为唯一一家将转子发动机量产的公司。其搭载10A型双转子发动机，由两个491cc的转子串联组成，其不到1.0L的排量，在当时就能压榨出110匹马力，最高转速达7000转，比它大一倍排量的主流车型也不过如此而已。从此，马自达也摆脱了被吞并的命运，实现了引进开发转子发动机的既定目标。

然而，好景不长，难题络绎不绝。因为日益严重的环境问题，1970年美国联邦联邦议会通过《玛斯基法》议案，这个议案规定1975年以后上市汽车尾气排放中的碳氢化合物排出量必须降至现在的1/10以下，为了解决这一技术难题，马自达选择了“热反应器”方式处理尾气排放，终于在1973年，转子发动机成功通过玛斯基法测试。

此时，尽管马自达取得了很大的成功，但也迎来了因“石油危机”所带来的致命问题，油耗太高。屹立在马自达面前的大山，还有两座。一是节能，二是减排。1974年，马自达确立了“Phoenix不死鸟计划”，要求在5年内降低40%的燃油消耗，不死鸟也象征着马自达“被技术打倒就要依靠技术站起来”的不屈精神。1978年，通过热交换器和零部件改良的方式，马自达以50%的成绩超额完成了任务。不死鸟计划宣告成功，马自达钟爱的转子得以保留。

逆境崛起

在山本健一的带领下，马自达成功研发出RX-2、RX-3、RX-4、RX-7三代以及787B赛车。787B赛车搭载R26B 4转子发动机（由两具13B型双转子引擎连结在一起而来），总排气量为2.616cc（654c.c. x 4），最大马力700hp / 9,000rpm、峰值扭力54kgm / 7,500rpm。1991年，787B赛车夺得第59届勒芒24小时耐力赛的冠军，成为了首个且唯一在勒芒24小时耐力赛中夺冠的日本汽车品牌，终结了欧美车手的冠军垄断历史！也正因为转子发动机的优势过大，随后国际汽联宣布从1992年开始，除活塞发动机外，将禁止其它类型的发动机参加勒芒24小时赛。

RX-7于2002年8月正式停产后，2003年，马自达推出了RX-8。马自达对于RX-8的定位是非常清晰的，只采用新型号的转子发动机！它叫做Renesis，在13B发动机的基础上，在结构方面进行了前所未有的改进与升级。马自达设计了一个由发动机驱动的泵将额外的空气导入排气系统，以帮助燃烧处于高温下的排气管中的没有被完全燃烧的碳氢化合物，进而降低发动机的排放。但尽管做了这么多“革命性”的改进，转子的排放终究定格在欧洲2005年开始实行的欧4标准，无法取得进一步突破，也无法满足2009年实行的欧5标准和2014年的欧6标准。这意味着转子发动机没有了进军美国和欧洲的市场。2012年7月2日，RX-8宣布停产，这是否意味着马自达转子发动机的历史就此结束呢？而此时也正是马自达CEO山田宪昭（Takashi Yamanouchi）宣称“不放弃转子发动机”的时候。

转子不死——转子发动机革新尝试

1991年，搭载氢转子发动机的概念车HR-X正式发布。经过十几年的不断改良，采用汽油/氢气双燃料系统的马自达RX-8 Hydrogen RE诞生，油耗巨大的转子也能摇身一变，成为新能源界的环保先锋。2008年就开始着手研发氢能源的氢转子发动机。转子发动机扁平的燃烧室非常适合使用氢气，并且进气室和燃烧室分离的结构不易出现回火现象。首批30台RX-8氢转子发动机，已于2008年在挪威参与绿色交通运输试验。之后便没有了下文，应该是没有攻克“氢燃料”转子发动机的有关技术难题。

直到2015的东京车展上，马自达展出了「RX-Vision」的概念车，宣称将要搭载 SkyActiv-R 转子发动机。之后便传出了马自达将推出新一代转子跑车RX-9的消息。RX-9搭载马自达新一代转子发动机，1.6L双转子，最大功率410马力（300kW）。

但是传说中RX-9要生产的谣言在概念车发布的第二年，也即2016年就被马自达的CEO推翻。当问及是否考虑为已停产4年的RX-8推出继任者RX-9之时，马自达CEO山田宪昭（Takashi Yamanouchi）表示，搭载传统1.5L/2.0L自吸引擎的马自达MX-5在输出和加速上体验会更愉快，也即并没有推出搭载1.6L双转子发动机的RX-9的计划。

2017年，媒体曝光了一张名为XEV的专利申请图（US20170074192AI），是马自达在美国申请的一项专利，实际上是增程式混动专利，这一消息无疑让全球无数转子迷为之兴奋不已。马自达的转子又回来了，但它真实身份是转子发电机。

这套引擎系统，是在电池电量不足或电机高负荷情况下，转子发动机也不会直接参与车轮驱动，而是充当发电机，作为“补充”电力，转子发动机的“负荷”不超过50%，因此也就没有了它在100%负荷运行时的高油耗和高排放等缺陷，因此才得以生存。

2019年较早时间，马自达对外宣布：'马自达开发了一种灵活的转子混动平台，转子发动机将于2019年正式回归，2020年以混动形式投产。

2020年4月，又传出日本三菱汽车公司（Mitsubishi Motors Japan）的设计师Maximilian Schneider设计了RX-10 Vision Longtail概念车效果图，

马自达RX-10超级跑车,搭载了一台2.3升涡轮增压三转子发动机，输出功率780马力。还有两个电动机为前轴提供动力，每个电动机的功率为125马力，综合总输出功率高达1030马力。可惜不是官方发布的，只能纸上谈兵。