汽车历史

马自达转子引擎的进化史

　　马自达ＲＸ－８是继日产350Z后，另一部有世界级叫座力的日本跑车。它可以真正坐4人，轻松慢开可当一部代步车来用，快跑起来一至四档也可让你感受8千转以上的疯狂，内外设计细致优雅，又有正宗跑车驾驶味道。这里并不是介绍它这款车的性能，而是着重介绍它的引擎－－世界上著名的转子引擎！

　　罗马不是一天造成的

　　我一直在想，MAZDA这颗RX-8用的转子引擎说穿了依旧是从RX-7改良过来的，如果直接讲这中间的改良会有几个问题。首先就是差异不大，不管MAZDA如何宣传，说真的，要在一代的间隔内让转子引擎有突飞猛进的进展，你我都知道不可能。第二就是篇幅太短，如果不加上一些打混摸鱼的虚字，可能连一页的版面都充不了。第三个问题就是：“看不懂！”，直接讲RX-8的转子引擎改良了哪些东西，除非你原本就对RX-7那颗转子引擎滚瓜烂熟，要不然本篇文章将会像中文天书一样，大家有看没有懂，那除了表示该编辑好像很厉害外，对读者一点意义都没有。所以，我们还是从基础讲起吧！

 
　　▲ 由于转子的转速只有驱动轴的1/3，所以转子转一圈，飞轮要转三圈（1080°），而四冲程活塞引擎只要两圈（720°）就能完成一次循环。  
 
　　转子引擎基本常识

　　我们都知道，一般车辆使用的是四行程活塞引擎，引擎要上下各两次才能完成一次循环，所以被称为四行程引擎。而转子引擎并没有活塞，有的是一颗三角弧型的转子。当然也没有汽缸壁，而是一个8字型的气室，而转子就是在这8字型的气室内咕噜咕噜的转动。

　　是的！转子在气室内不是规规矩矩的绕著同一个轴心转动的，如果转子真的是绕著固定轴心转动，那气室的形状将会是圆形，进气、压缩、动力、排气的内燃机四大基础动作将不存在，所以转子的驱动轴是偏心的，也就因为驱动轴是偏心的，所以转子才会忽上忽下忽左忽右的旋转，因此气室才会形成8字型。

　　这时气室就被三角弧型的转子分成了三份，而且大小会有变化，这大小的变化量就是转子引擎的排气量。这时只要在气室的腰部上下开孔，孔就会因转子膨胀或压缩气室内的空间而变成进排气孔，而没开口的腰部，空气就会被压缩及膨胀，这时只要有火星塞就可以引爆汽油混合气，这样转子引擎就有了进气、压缩、动力、排气四个基础行程而可以运作。

　　而且因为转子是三角形的，所以有三个独立运作的空间，于是转子转一圈就会有三次的动力行程，媲美三缸活塞引擎。除了8字型气室与三角型转子外，转子引擎还有一个很重要的比例，那就是转子齿与驱动齿的齿比绝对是‘2：3’。于是，这又带出一个转子引擎的绝对现象，就是转子转1圈驱动轴转3圈。等等！齿比不是2：3吗？怎么转速比不是3：2而是3：1。

　　原因很简单，当转子转1圈时，驱动轴除了被带动的自转外还有公转运动，所以转子转1圈驱动轴不是转1.5圈，而是两倍的3圈。这也讲到转子引擎容易高转速化的优点，例如引擎转速9000rpm时，转子才3000rpm而已，不像活塞引擎在9000rpm时，活塞每分钟上下9000次共18000行程！

 
　　▲ 这张图看起来很复杂，但请注意Secondary Auxiliary Port，这就是MAZDA最早的两阶段三进气孔设计的滥觞。 
 

　　知道转子转速与驱动轴转速的比例后，我们就能比较转子引擎与四行程活塞引擎的相对关系，当转子转1圈的时候驱动轴转3圈，驱动轴转3圈就代表飞轮转了3圈，而转子转一圈有三次动力行程，也就是说飞轮每一转就有一次动力。而四行程活塞引擎要运转两圈才有一次，若要达到每一转就有一次动力则需要两缸，也就是说相同的转速下，一个转子相当于两缸。不过，MAZDA一直对外宣称双转子相当于6缸引擎又是怎么一回事呢？这就要看动力时间了。

　　四行程引擎由于每两转完成四个行程，所以动力行程为半圈180°，而转子转一圈驱动轴转了三圈，所以动力行程为3/4圈270°，每次动力行程较四行程活塞引擎多了50，再加上同转速下一个转子相当于两缸，就变成动力时间长度相当于3缸引擎，所以双转子就拥有与六缸引擎等长的动力重叠时间，等于运转平顺度同于六缸引擎。但这个270°的动力行程也成为转子引擎的致命伤，相对于四行程活塞引擎的180°，转子引擎多了1.5倍的燃烧时间，使得平均压力降低了约18.76，说白点就是扭力只有同排气量活塞引擎的81.24。

　　算到最后可以得知转子引擎的动力相当于1.625倍同排气量的活塞引擎，可是同时间的耗油量却是两倍，注定了转子引擎耗油的宿命。综合来说，转子引擎有著很小的体积、很轻的重量、简单而扎实的结构，有著同排气量活塞引擎1.625倍的动力、2倍的油耗，动力平顺、震动与噪音都较活塞引擎低，具有超高转速的潜力等，如果油耗不是问题的话，转子引擎几乎都优于活塞引擎。
 
　　▲ 利用前后转子的时间差，就能多出一些进气压力来增加动力，这也就是为何RX-7的进气管都做成U型的原因。 
 

　　转子引擎进步史

　　接下来讲转子引擎在MAZDA这家车厂手上到底做了哪些改良，才能继续沿用至今日的原因。扣除初期研发的困难外，转子引擎到了70年代跟所有的车辆用引擎一样，都面临了环保的问题。转子引擎由于燃烧时间较长的原因，并不会有高温产生NOx的问题，但却因排气孔设置在气室壁上，而有HC较多的问题，这个问题在当时的解决方法为，用空气帮浦将空气强行打入排气管头段与触媒转化器之中，使多余的HC燃烧掉。

　　在70年代，除了环保问题之外，中东危机导致油价上涨，也使得油耗变成严重的问题，而油耗又正好是转子引擎的致命伤，为了让转子引擎能继续存活下去，MAZDA展开了‘凤凰计划’，计画提高20%的燃油效率，这计划的相关成果，也造就了目前转子引擎的风貌。‘凤凰计画’的成果就是大家所熟知的第一代RX-7，与计画前转子引擎最大的差异点为，进气口变成了三个，而且还有一个是会关闭的，这套设计若对比于活塞引擎来说，相当于HONDA的VTEC设计，再配合上倾斜燃烧技术，使得转子引擎的油耗降低了40%，马力也获得提升，成功的让转子引擎存活了下来，而两阶段三进气孔的设计就一直沿用到RX-8上，也是自然进气的”RENESIS”引擎能发出250匹马力的远因。

　　除了凤凰计画的两阶段三进气孔设计外，MAZDA在转子引擎的进气岐管上还有一项巧思，那就是动态增压系统。这设计很有创意，MAZDA的的转子引擎多为双转子设计，于是在1983年时，MAZDA发现可以藉由调整两颗转子的时间差，使得即将关闭进气孔的转子施加压力给进气岐管，透过动态空气室后，对另一颗正在进气的转子进行微增压的动作，这设计也造就了现今MAZDA转子引擎都有U型进气岐管的面貌。除了上述普见于MAZDA转子引擎的设计外，RX-7第二代的单涡轮增压器也是很特别的，MAZDA将它命名为Twin-Scroll Turbo。

　　这颗涡轮有一个控制阀两个气室，当引擎低转速时，控制阀关闭，让所有的排气进入狭小的P室，使得流速加快以减轻涡轮迟滞，当引擎转速高时，控制阀打开，让排气平均的进入涡轮，降低排气阻力与增加涡轮效率。不过到第三代RX-7就不这么麻烦了，直接采用序列式双涡轮，低转速用一个，高转速用两个，也是达到低速涡轮迟滞少，高速涡轮增压强的境界。
 
　　▲ RX-8的引擎到底有那些特色，且听我一一道来。第一张图上讲到这颗引擎完全没有进排气重叠的时间，就不会有进气跑到排气管造成污染与浪费。第一张图下讲到多阶段进气系统可因转速制宜，因此增进了油耗与动力表现。第二张图说到进气口增加了30%的进气口径，这使得RX-8的转速 
 

　　进入二十一世纪

　　大家都知道目前MAZDA的转子引擎已经传承到RX-8身上，那这颗RENESIS又有哪些进展呢？首先是进气孔面积加大了30%，使得这颗引擎的进气量足以应付到10000rpm的需求。但大家都知道，这样低转速会变得很糟糕，于是MAZDA将原本的三进气孔两阶段式设计，再进化成三进气孔三阶段式设计，尽量避免低转速域的无力现象，而为了高转速化，破天荒的将转子制成搂空状，大幅降低转子的重量，使得自然进气的RX-8可以藉由拉转速的方式，达到250匹马力的水准。但RENESIS引擎最创新的地方在于排气口，以往转子引擎的排气口都是作在气室壁上，往往一些未燃烧的油气与些许的润滑油就会在此被刮入排气管，造成污染问题。

　　但在RENESIS上，排气口与进气口一样设在前后侧壁上，当场解决掉以往HC的污染问题，也顺带使得进排气完全不重叠，不会有进气漏到排气管的问题，也可在前后侧壁各开一个排气孔，让引擎排气孔变两个提升排气效率，以达成高转速化的目的。(听说在280ps的RX-7上就已经是了) 经过前述说明，相信大家都能了解RX-8为何能以1.3L的排气量，而且还是在自然进气的状态下，却能够产生250匹马力的原因。MAZDA的转子引擎成就不是一蹴可及的，是不断透过一点一滴的修改，才能造就目前的RX-8的！