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充滿荊棘的坎坷之路(成長的路上充滿了荊棘與坎坷)

  

  Rotary Engine,簡稱RE。談起RE的話,相信絕大部分人會立刻與Mazda這個名字掛鉤。Rotary Engine最初的名字為Wankel Engine(汪克爾引擎),取發明家菲力?汪克爾(Felix Heinrich Wankel)的姓氏作命名。Rotary Engine之所以被廣泛認知,那真的要歸功于Mazda。自從Mazda購得汪克爾引擎的版權后,以“RE”轉子引擎作為命名,并誕生了不少傳奇運動車型,“轉子引擎”也隨之然深入民心。本文敘述了汪克爾引擎/轉子引擎發展的開端以至實用化之間,充滿荊棘的坎坷之路。

  轉子引擎的元祖,汪克爾引擎原型DKM54。

  轉子引擎屬于無活塞回旋型引擎的一種,早在1900年初,航空與摩托車的領域上已經出現了實用化的旋轉型引擎。而談及在汽車領域使用的轉子引擎,那就必須要由1951年面世的汪克爾引擎開始說起。

  德國發明家菲力?汪克爾(Felix Heinrich Wankel)出生于1902年,也就是旋轉式引擎出現的時代里。在第二次世界大戰期間,汪克爾曾經隸屬于德國軍事技術開發部,專注于航空機及魚雷機關部分的旋轉閥相關的開發工作。至于德國戰敗后,汪克爾則被同盟軍收押數月,并禁止了軍事用品的開發。戰后數年,汪克爾加入了當時德國制造商NSU(1969年被奧迪收購),由1951年開始從事汽車領域的旋轉式引擎開發。1954年,由汪克爾發明的,以三角轉子旋轉驅動方式代替傳統往復式活塞驅動引擎的新品種引擎成功面世,它就是轉子引擎的元祖汪克爾引擎DKM 54。

  試作型的KKM57。

  相比起當時的往復式引擎,prototype DKM 54在動力輸出方面以流暢平順為特征,而且引擎本體的體積小,重量輕,結構簡,音噪低,轉子轉一圈的時間便能做出往復式引擎四個沖程的動作,雙轉子的DKM 54就擁有一臺四缸往復式引擎的能力。這臺劃時代引擎的消息傳開后,成功吸引了國際級大車廠的眼球。通用、福特、豐田、日產、奔馳等國際級汽車大廠紛紛對這款當時的劃時代引擎表示出十分強烈的興趣。

  然而,汪克爾引擎缸壁抗磨能力低、缸內氣密性差導致缸內鮮氣受污染、由于高溫導致所需配套增多等等負面因素,造成其實用性低的反差。1957年登場的試驗型號KKM 57在首次測試中便暴露了汪克爾引擎的致命傷,那就是耐久性。在起動試驗中,KKM 57隨著運轉速度的提升,缸內的磨損就越大,汪克爾引擎被證實無法長時間工作。而隨后的1959年,汪克爾引擎仍然在沒有解決磨損問題的前提下,以試驗開發的階段向世界發表。

  作為汪克爾引擎版權所有者的NSU,仍然沒有放棄其發明的實用化計劃。自1963年以來的不斷改良汪克爾引擎,1964年發表了世界上首臺正式面向市場的汪克爾引擎/轉子引擎搭載車型NSU Spider。此臺采用后置后驅布局的NSU Spider搭載的汪克爾引擎尚沒有解決欠缺耐久性的問題,燃耗過大而且缸內耐磨問題未解決。而實際上,Spider只是NSU為汪克爾引擎制作的第一個實驗臺而已,三年間的產量只有二千三百余臺。Spider停產后,NSU推出了的第二臺汪克爾引擎車型NSU-Ro80。于1967年正式發表的世界首臺搭載汪克爾引擎的四門轎車NSU-Ro80。從時間軸上來看,NSU-Ro80的發布雖然落后于Mazda Cosmo Sport,但它推出市面的時間卻比Cosmo Sport要早,相比于Cosmo的成功,Ro80上搭載的汪克爾引擎問題未解決,由于引擎故障多發的關系,很多Ro80需要被召回NSU廠房進行引擎更換。被召回問題困擾的NSU陷入了經營危機,終于在1969年被收入大眾旗下,與奧迪合并。NSU被收購后的次年,Ro80搭載的汪克爾引擎得到故障問題的解消,可惜檔案被劃花了的Ro80形象已經受損,加上1973年爆發的石油危機,Ro80的銷量再無回天之力,直到1977年4月Ro80停產之際的統計所得,十年間的銷量只有37204 臺。

  世界上首臺搭載汪克爾引擎的雙門開蓬車NSU Spider,實現了見證了汽車領域上旋轉式引擎實用化的起點,它是1960年代里汽車業界里的新星。

  此汪克爾引擎為500cc單轉子型,體積輕巧,能夠被收納于狹窄的艙內。與同能水平的往復式引擎比較,汪克爾引擎能夠輸出將近2倍的馬力,只可惜其耐用性沒有得到及時的完善。

  NSU Ro80于1967年推出市面,其外觀設計為后世誕生的奧迪各款車型帶來重要的參考價值。

  Ro80采用前置引擎的,采用雙轉子設計,可是引擎弊端沒有得到改善便已經推出市面發售。實用化勉強是達到了,可是這副有缺陷的引擎還不能達到量產化的能力。

  NSU于1969年與奧迪合并,Ro80成為了NSU自行推出的最后一款車型。雖然Ro80不是一款成功的車型,也為NSU帶來了沉重的代價,從事實來看,把一臺未完成的引擎投入市場是NSU的失策。然而,不得不承認這是一款具有歷史參考意義的車型。NSU-Ro80見證了NSU敢于向新領域挑戰的革新精神,哪怕是在商業的道路上犧牲。此外,撇開引擎部分來看,后來移席至BMW的當時的NSU首席設計師Claus Luthe,他設計的這款NSU- Ro80在推出的初期收到不俗的評價,巧妙地利用空力特性的外觀,美觀大方而且前衛,為后來推出的VW K70、Audi 100帶來了深遠的影響,NSU-Ro80乃是當今奧迪各款車型設計概念的重要思源之一。

  汪克爾引擎的面世,讓很多有實力的汽車生產商都嗅到了新時代技術的氣味。可是,汪克爾引擎在啟動試驗中暴露出的缺點,卻打消了很多向汪克爾引擎挑戰的年頭。話雖如此,仍有強者敢向汪克爾引擎發出挑戰信,當中包括當時美國最大的汽車生產商通用汽車與戴姆勒奔馳。可是,汪克爾引擎實用化的開發任重道遠,參與到汪克爾引擎實用化行列的大廠紛紛以失敗告終,在這些大廠的失敗襯托下,Mazda在汪克爾引擎實用并量產化上取得的成功便顯得一枝獨秀。Mazda 在購得版權后,以RE-Rotary engine譯名轉子引擎作為汪克爾引擎的新名稱。(下文以轉子引擎來記述,以表區分之意。)

  Mazda的首臺量產型轉子引擎10A-8010。

  Mazda,前身為東洋工業,1920年1月30日于廣島市中區創立,1931年移師至廣島縣安蕓郡府中町并開始投入三輪卡車的生產。二戰中,由于 Mazda工廠的位置在核爆爆心地帶東邊的5公里,而幸免了波及。戰后的1945年開始繼續生產小型卡車,直到Mazda第二代社長松田恒次后,洞察到日本乘用汽車市場開始增長,Mazda便開始投入到乘用車的開發之中,1960年藉著R360 Coupe的推出而進軍四輪乘用汽車的市場。1960年的初期的日本國內,由歐美地區的汽車進口實行自由化,日本國內實行汽車制造商重組的議案。作為第二任社長的松田恒次決心保留Mazda的獨立自主權,就在這個時候,德國NSU發表了未完成品的汪克爾引擎。

  松田恒次與轉子引擎關系深遠,他是一個敢于挑戰的社長,在他的決策下轉子計劃正式開啟。那時候,在德國西部的汽車市場,基本上都是BMW與VW兩大家的天下,而NSU這家勢力較小,卻有著革新的精神,把汪克爾引擎作為向對手挑戰的賭注。在NSU的身上,松田看到了 Mazda的映照。同為日本的汽車生產商,世間卻只看到了豐田、日產與五十鈴,Mazda必須證明自己的實力,于是松田決心利用轉子引擎突破重圍。這里就是Mazda轉子故事的開端。

  為了導入轉子引擎,松田找來了山本健一。山本健一當時擔任著設計部副部長的,松田一句“我們要制作轉子引擎”,使得山本百般頭腦摸不著。在山本看來,轉子引擎(汪克爾引擎)八字不見兩撇,在往復式引擎建立的近百年歷史里面,日本在引擎方面的技術連歐美都還沒跟得上,轉子引擎到底要怎么做呢?山本就這樣,懸著半空的心,接下了“RE研究部”部長一職。

  山本健一,1922年出生,原海軍技術將校。二戰期間曾擔任航空機相關開發,廣島核爆中喪失親妹,戰后加入東洋工業從事汽車開發工作。1960年 Mazda推出的第一款四輪乘用汽車就是山本健一擔任設計的。1962年被派遣至NSU進行引擎技術的相關研修工作。(圖中右二)

  當時的Mazda自推出了R360 Coupe后,正籌劃正統乘用汽車Familia的推行計劃,山本健一擔任著Familia引擎開發的重要職能。就在車廠轉型的重大時期里面,作為社長的松田決定導入轉子引擎的一說,遭到了董事會的反對,就連擔任了RE研究部長并著手開發的山本也對此感到懷疑。

  就在RE研究部開始籌辦的二個月后,松本恒次在演說上發話,其大意為:“汽車業界有傳,究竟 Mazda將被哪家廠吸納,答案是否定的。Mazda必定保留獨立,我們要制造轉子引擎,我們要做其他車廠不做的事情。但是,這同時需要龐大的資金,所以,請在座的各位,把現在的車都給賣了!”這番極具沖擊性而又充滿個性的演說,打動了山本健一的心,松本恒次的熱情收到公司上下的共鳴。

  RE研究部正式成立,以山本健一為中心,集合了47位技術部精英開發人員。他們全都是充滿熱情的年輕一族,他們都在廣島的廢墟中失去了家人,他們與山本抱著同樣的思想,他們把希望寄托于轉子引擎之上,他們把熾熱的汗水灑在轉子冰冷的鋼鐵上,他們征途上的終點就是那臺“夢之引擎”,他們就是,“轉子47士”。

  RE研究部,轉子47士。

  1960年,Mazda向德國NSU提出汪克爾引擎專利申請草簽,然而NSU開出的條件非常苛刻:1、十年契約金為二億八千萬日元;2、東洋工業必須無條件為NSU提供產品專利權;3、每一臺搭載汪克爾引擎的汽車,都必須向NSU交付版權稅。這完全是一面倒的條款,二億八千萬日元相當于當時東洋工業八千名員工的薪酬。更要命的是,NSU送往Mazda的試作引擎“40A”,基本上是一臺殘缺品。引擎空轉時,本體發生激烈的振動,且不斷涌出白煙,燃油的消費量高得驚人,而最大的致命傷就是缸內出現波狀磨損痕跡,這些波狀損痕被稱為“惡魔的爪痕”。引擎自身的開發可以算是成功的,可那是根本談不上實用化的水平,prototype 40A只能夠連續工作40小時。面對一重接一重的開發困難,轉子47士所做的研究卻迎來了如潮般的惡評,不論是來自社外還是社內,轉子引擎研究就好像一個無底洞穴。雖然如此,RE研究部仍然繼續著看不到盡頭的研究,耗費著不勝點算的時間、精力、資金,以熱情作為動力的燃料。

  那些日子里,研究部47士過著夜里也夢見RE的日子。1963年的東京汽車展上,Mazda向世人展示了他們希望的光梢,一副勾畫了一臺外型設計新穎并充滿科幻色彩的汽車概念圖,那就是Mazda的轉子汽車Cosmo Sport。伴隨著Cosmo Sport的,還有Mazda的2號試作型轉子引擎,搭載排量400cc 轉子兩枚的L8A。這臺代號L8A的轉子引擎,采用干式油底殼設計,轉子半徑由40A的90mm擴張至98mm。為解決汪克爾引擎遺傳的最大問題“惡魔的爪痕”,L8A的轉子頂端裝有鑄鐵制的中控頂端密封片(apex seals),通過改變轉子與缸壁的共振頻率,以達到減少缸壁內的磨損。而40A超高油耗方面,通過更換耐熱橡膠油封來解決。作為實驗,L8A更派生出單、三、四轉子的版本。L8A的出現,成為了打開束縛“夢之引擎”枷鎖的鑰匙。

  Mazda的首臺,同時是世界上首臺實用化兼量產化的轉子引擎車,Mazda Cosmo Sport。

  1964年的第十一屆東京車展上,搭載L8A的試作型Cosmo Sport正式亮相,由社長松田恒次親自手持方向盤駕臨。車展完結后,松田社長親自駕駛著Cosmo Sport返回廣島,沿途上更拜訪了首相池田勇人、后援住友銀行還有各個零件供應商。當拜訪首相府時,松田與山本二人更獲得了池田首相親自的鼓勵。

  1966年10月,第十三屆日本汽車展上,Cosmo Sport正式量產款現身并在隨后到來的1967年春季正式發售。Cosmo Sport正式量產款上,搭載Mazda成功研發的量產化轉子引擎10A。這款代號0810的10A轉子引擎的出現,證明了Mazda開發轉子引擎的成功,它是世界上首款成功實現實用并量產化的汪克爾引擎/轉子引擎。10A采用雙轉子型設計,單個轉子排量491cc,轉子直徑為60mm,造就了往后推出市面的主流轉子尺寸。10A的缸體采用鋁合金砂鑄,其鋁合金經過碳化處理以加強剛性,為抗磨損,缸內更經過硬質鍍鉻表面處理;偏心軸采用昂貴的鉻鉬鋼制成,轉子本體則由鑄鐵制成,其頂端密封片則采用與缸體相同的碳化鋁合金制作,綜合以上技術,10A的連續運作時間成功地增加至400小時。經過長年的研究,“惡魔的爪痕” 最終被轉子47士所擊退。

  轉子三個端點分別有為頂端密封片專設的槽。

  圖中所示,乃是10A轉子采用的Apex Seals頂端封片。

  10A系列轉子引擎的出現,開辦了Mazda的轉子系譜。由于轉子引擎緊湊的設計,因此,一些現有搭載傳統引擎的車型能夠直接移植轉子引擎,這造就 Mazda的轉子量產化計劃的前提條件。為求實現量產化的效果,Mazda在當時的主力車型,Familia的第二代之上成功移植代號0820的10A轉子引擎,Familia Rotary Coupe/Mazda R100成為了Mazda第二臺搭載轉子引擎的車型。1968年,Cosmo小改款,引擎改為馬力更高的0813 型10A引擎。1972年,10A系列的最后一款轉子引擎0866出現在Mazda RX-3 Savanna。

  82年推出的第三代Cosmo,開始出現配備強制進氣的渦輪增壓版12A轉子引擎。

  Cosmo的成功推出,確實獲得不少性能車迷的歡心,轉子引擎逐漸被認知為與性能掛鉤的引擎。踏入70年代,Mazda在10A的基礎上制作出加長版的12A,單個轉子的排量由491cc增加至573cc。可惜,好景不常,70年代正是世界石油危機爆發之年。在那個年頭,想要性能就必定要犧牲經濟性,Mazda推出的各類轉子引擎車型遭到石油危機的嚴重打擊,銷量節節敗退,東洋工業差點就要面臨破產的危機。RE研究部甚至被公司內部稱之為“戰犯”,部門內的研究員成天遭受到公司其他部門的嘲諷。

  那個時候,多得住友銀行的資金支持,才讓Mazda免去倒閉的危機。住友銀行為了營救并改善Mazda的經營危機,特別增立了融資第二部門,向 Mazda的經營部門派遣協作員。一位當時被派遣的住友銀行協作員向Mazda提議,“RE引擎必須只搭載在性能車上”,這時候的Mazda才恍然大悟,那幫機械狂熱分子才被灌入了些商業意識。經歷了此次危機后,Mazda也意識到了國際化、情報化時代的來臨。1977年搭載12A的 Savanna RX-7發表之際,未發售前已經收到了訂單。1979年,Mazda更推出了低油耗版本的Lean-burn 12A。

  隨著RX-7系列的誕生,Mazda的運動之風便逐漸成熟。1984年推出的13B-RESI采用了電子燃油噴射系統,其搭載車輛為第一代RX- 7(FB),第三代Cosmo;1986年推出的13B-DEI,采用電子燃油噴射之余,更有串聯雙渦輪技術的加入,最大馬力到達200的瓶口,其搭載車型為第二代RX-7(FC3S);1992年第三代RX-7(FD3S)搭載的13B-REW,搭載串聯雙渦輪,并且每隔兩年一次改良,馬力輸出由255 匹,升幅至265匹、280匹,其引擎詳細就不再一一列舉。迄今為止,Mazda推出過的轉子引擎型號一共有10A、12A、12A Turbo、12B、13A、13B-AP、13B-RESI、13B-DEI、13B-REW、13B-REW TT、20B REW、26B、13B-MSP、16X,幾十年來,由汪克爾引擎到轉子引擎,經歷了多少滄桑才釀造出這些子嗣?!

  80年代經過福特的收購,Mazda開拓出前驅市場后,市場經營回復穩定狀態。78年開始出現的RX-7系列,引領了全球的轉子風潮。由12A發展至1984年推出13B RE-EGI,由1986年推出13B-DEI發展1992年推出的13B-REW,看著RX-7系列由1978年誕生到2002年停產的24個年頭,2003年搭載13B-MSP的RX-8繼位,2007年Mazda Taiki(大氣)的發表,新世紀轉子引擎16X Renesis一直在水底下蠢蠢欲動,轉子引擎一直以來都是Mazda的精神領袖。面臨著環保新時代的降臨,轉子引擎的發展究竟又何去何從呢?

  Mazda Taiki,其義為“用眼去捕捉空氣的軌跡”,是Mazda旗下第四臺以氣流作為設計概念的車型,它搭載了新世紀轉子引擎的雛形Renesis 16X。