中国曾研制 你不知道的转子发动机故事

汽车之家车坛勐料] 说到转子发动机,你首先会想到谁?马自达对不对?没错,在转子发动机的发展上,马自达投入了远超任何车企的心血,也收获了不小的成就,但是,这个世界上只有日本人才会造转子发动机吗?

从最早的Cosmo Sport,到《头文字D》里高桥兄弟的FC、FD,再到勒芒冠军787B,马自达凭借转子发动机取得了巨大的成功,然而曾经生产过转子发动机汽车的绝不仅仅是马自达一家,实际上到如今转子发动机已经存在了整整60年的时间,世界上很多车企都曾经研制过转子发动机,其中甚至还包括中国企业,怎么回事儿呢?您接着往下看。

●转子发动机是怎么来的?

讲故事之前咱们先来了解一下转子发动机是从哪儿来的吧!我们都知道,转子发动机并不是日本人发明的,它的“亲爸爸”是一位德国工程师——菲力斯·汪克尔(Felix Wankel)。汪克尔博士早年曾在纳粹德国的帝国航空部工作,专门研究飞机和鱼雷等武器的油封和旋转阀门。战后汪克尔被盟军关了一段时间,获释后在50年代初加入了NSU车厂,开始专心研究新型发动机。

这个NSU车厂后来被大众收购,和汽车联盟合并成了如今的奥迪公司,所以说NSU应该算是奥迪的第五个“圈儿”,不过可能为了向国际奥委会表示敬意吧,奥迪并没有把自己的四环LOGO改成五环。当然,这都是后话了。

咱们接着说汪克尔的新研究,不用我说您肯定也猜到了,他研制的这种新式发动机就是今天的主角——转子发动机了。1957年2月,汪克尔成功开发出了原型机DKM 54,这是世界上第一台无活塞回转型发动机,因此这种发动机也被称为汪克尔发动机。

●转子发动机的致命诱惑

转子发动机有很多好处,首先它的转子转一圈能做功3次,而4冲程活塞式发动机转两圈才做功一次。另外因为没有了曲轴、传统的进排气阀、凸轮轴等等一系列的零件(因为根本不!需!要!),转子发动机的体积就可以很小,又因为没有了活塞的往复式直线运动,它运行时振动小,更平顺。最后转子发动机的转速也更容易做得更高,升功率方面的优势很大,NSU试制的DKM原型机最高转速竟然达到了17000rpm,这简直是逆天了有木有?

拥有这么多优点,转子发动机在当时基本就属于黑科技了。因此,当1960年汪克尔在德国工程师学会的会议上公开发表自己发明的“神器”时,世界是震惊的:这货简直就代表了先进生产力的发展方向啊!当时很多人认为它必然会取代活塞式发动机,于是纷纷找到NSU:“把技术给大家分享一下好不好啊?”

面对大家热情的分享技术的请求,善良的NSU还能说什么呢?当然是不同意啊!我花了大价钱研究出来的技术,肯定我要自己用啦!于是在1960年,NSU将30马力的KKM 250型转子发动机装在了自家小型车Prinz上。

在现有车型上小试牛刀之后,雄心勃勃的NSU决定开发一款搭载转子发动机的全新车型,这就是双座的敞篷跑车NSU Spider。然而俗话说得好,理想很丰满,现实很骨感,一心想借新技术大火一把的NSU发现自己并没有能力完全解决转子发动机面临的技术难题。

因为燃烧时间短暂,转子发动机在油耗和排放方面有着先天的劣势；更要命的是,随着转子的旋转,转子三个顶端气封的密闭性会逐渐降低,此外由于转子气封不断摩擦转子室(rotor housing)内壁,带来了被称为“恶魔的爪痕”的波状磨损更是难以解决。

现在NSU面临的情况就有点尴尬了,继续研发吧,没钱；放弃吧,又不甘心。后来德国人想出了一个好招——“以贩养吸”!他们对全世界的工业企业说:“你们不是对我的黑科技感兴趣嘛?来来来!我把专利分享给你们啊!只需要一点点授权费,研究出什么结果再分享给我就行哦!”

面对新技术的诱惑,几乎所有车企都坐不住了,谁也没法抵御先进生产力带来的诱惑,谁也不能忍受在技术变革中落后(就好像如今所有车企都在研究新能源和自动驾驶一样)。而后NSU便赚到了不少授权费,因而得以继续自己的研发,1964年NSU Spider车型终于问世；1967年推出的NSU Ro 80更是获得了当年的“年度车型”等数个大奖。

●都有谁在研究转子发动机

上世纪60年代,除了少数比较“木讷”的选手(比如宝马),全世界几乎所有主流车企都投入到了转子发动机车型的研制当中。劳斯莱斯在1965年取得柴油转子发动机的授权,研制出了R系列发动机,并计划将这些发动机用在军事上。

通用汽车也曾购买授权,并且还跟另一家美国车企AMC承诺出售自己研制的转子发动机。相对来说还是法国人比较精明,选择了一个风险更小的方法:雪铁龙和NSU合资成立了一家专门研制转子发动机的公司Comotor,并将这家公司生产的转子发动机装配到了自家的M35和GS Birotor车型上。

比起其他国家的车企,德国(包括西德和东德)本土企业对转子发动机技术就更感兴趣了,奔驰实力强大,它绕过单转子和双转子,直接研制出了一台代号M950F的三转子汪克尔发动机,并且还带燃油直喷,搭载这台发动机的是C111概念车。第二年甚至还造出了四转子汪克尔发动机。

除了奔驰,取得NSU授权的德国工业企业还有MAN、保时捷、蒂森克虏伯、克罗克纳·洪堡·道依茨、IFA(东德)以及福特德国公司等。有着相似热情的还有日本人,不算我们熟悉的马自达,获得授权研制转子发动机的日系车企还有丰田、日产、铃木、川崎、洋马、山叶等。

为什么当年这么多成熟车企都要去研究一种还不成熟的技术呢?因为当时的人们普遍认为转子发动机必然会取代活塞发动机,如果自己不及早研究,在未来的游戏中恐怕都没人带你玩了。这就好像二战后世界航空业大步迈进了喷气时代,你的活塞发动机搞得再好,也注定是死路一条了。

●中国人自己的转子发动机汽车

面对转子发动机取代活塞发动机的大趋势(至少当时的人们普遍认为这是大趋势),中国的决策者和“汽车人”们也没有无动于衷。据报道,上世纪60年代后期,主管经济工作的副总理李先念到天津开会时提到:“中国要制造自己的转子发动机汽车,国外把转子发动机装在轿车上,中国就把转子发动机装在货车上。”

当时的口号是“国外没有的,我们社会主义国家一定要发明创造出来”,本着这种大无畏的革命乐观主义精神,天津开始了转子发动机货车TJ140的研制工作。最关键的发动机研制任务落在了天津动力机厂的肩上,为此,该厂在1968年专门成立了转子发动机车间。然而正值文革的中国并没有条件像西方车企一样从NSU取得授权,我们的做法很简单:从国外购买一台转子发动机,然后进行拆解研究,逆向开发。

1969年,代号2110型的双转子汽油发动机研制成功,按照规划,这台120马力的发动机主要用于4-6吨载重货车和公交车上。随后,TJ140的车身也在天津货车修理厂顺利完工。这一年11月,搭载转子发动机的TJ140正式下线。这比马自达引以为傲的第一台转子发动机车型Cosmo Sport晚了仅仅两年时间,现在想来也是很值得自豪的。

据全程参与制造和测试的老工人魏忠琪介绍,TJ140的实测最高速度达到了140km/h,非常不一般,但这台车的主要问题就是油耗高和噪音大。现在看来油耗高是转子发动机的先天不足,而噪音大则属于当时的装配工艺问题了。

TJ140货车下线后立即进行了长途道路测试,当时两家工厂的工人们驾驶满载着4吨米和盐的TJ140卡车从天津出发,途径西安、成都、灵芝,最终到达拉萨,在拉萨过完春节后工人们又拉着一车当地的牛皮、鹿茸、虫草等物资返回。全程近万公里的路程中包括了极度艰险的川藏公路,然而TJ140经受住了考验,安全返回了天津。

在计划经济的年代,工厂产品生产多少、卖给谁都是国家决定的,天津货车修理厂的TJ140卡车最终仅仅被安排生产了40台,而天津动力机厂的2110型转子发动机产量也不足百台。当年如此接近于世界领先水平的转子发动机货车,就这样淹没在了历史之中。

●中国转子发动机轿车

故事还没完,时间到了70年代,我国再度开始了对转子发动机轿车的研制,这就是上海SH750型。只是由于这款车型没能投入量产,因而今天能找到的资料很少。据有限的资料显示,SH750是1975年上海汽车拖拉机研究所为上海牌轿车研制的换代产品,2年后两台样车试制成功,其中一台装备的就是国产转子发动机,不过这台发动机的研制者和参数就没有资料可循了。

从网上曝光的车型图片可以看出,SH750是一台四门轿车,平直的线条属于70年代流行的设计,C柱和后备厢线条下溜,营造出了一些属于那个时代的时尚感。当年上海汽车拖拉机研究所设计这款车的目的可不仅仅是一款产品那么简单,他们的深层目的是通过SH750的研发形成一个设计中心、技术中心、试制中心,建立起我国自己的汽车科研体系。

因此SH750的设计从设计图纸到模型全都采用了正规化流程。然而据说是因为上海汽车制造厂已经设计出了SH760的改良型SH760A,导致更先进的SH750没有投入量产。这事儿虽然很遗憾,不过SH750的设计制造却培养出了一批汽车人才,后来上海大众、上海通用泛亚设计中心的中方领导和骨干很多都出自这个研究所。

前不久微博上有网友曝料,全球“限量生产”两台的SH750轿车竟然还在一部电影中出过镜。这是一部1980年上映的国产科幻电影,名叫《珊瑚岛上的死光》,SH750在其中只出现了几个镜头,不过也被眼尖的网友认了出来。顺便说句题外话,虽然电影上映距今已经过去30多年,演员表演也有很重的舞台腔,不过情节还是挺吸引人的,不输很多如今的国产大片,感兴趣的朋友可以上网看看。

看到这您可能会说了,你讲的这么热闹,结果这俩车一个也没成功啊!没错,其实当时即使没有十年动乱、没有计划经济的阻碍,这两款车大概也是没法取得成功的,因为不光是中国这样,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。

●转子发动机的“诅咒”

发明它的NSU一头扎进转子发动机的研究中就没能出来,Ro 80轿车尽管获奖无数却在市场上无人问津,要命的是其他转子发动机汽车情况也都差不多。后来NSU惨遭并购,变成奥迪的第五个圈儿,与其在转子发动机上的投入过大也有很大关系。

此外,前面提到的劳斯莱斯R系列柴油转子发动机最终只停留在了研发阶段；通用汽车研制的转子发动机最后不仅AMC没等到,连通用自己也没用上；奔驰的C111概念车始终没能走出概念阶段；其他车企的情况也都差不多,研究一段时间后就放弃了。

唯一的例外是马自达,当时日本的政策是小型车企唯有自己拥有“独门绝技”才能避免被兼并,因此马自达在转子发动机的研究上可谓孤注一掷。另全世界瞠目的是,这家名不见经传的日本小厂竟然把这块硬骨头啃下来了,而且还相当成功,当时马自达旗下几乎所有车系都有配备转子发动机。

还记得我们说过转子发动机那个先天缺陷么?对,费油。这本来也不算太难以接受,毕竟它还有那么多优点呢。然而马自达成功将转子发动机实用化之后不久(1973年),第一次石油危机爆发,油价飙升……我猜马自达当时的内心戏肯定是这样的:“没关系,我掌握着先进生产力的发展方向,危机总会过去的,坚持住!”后来危机还真过去了,然而接下来又有了第二次石油危机和第三次石油危机……

好在马自达并没有完全放弃传统活塞发动机,随着油价不断上涨,马自达逐渐减少转子发动机的应用范围,到最后只剩下追求高性能的跑车上还能见到它的身影。最后,日益严苛的排放法规成了压在转子发动机上的最后一根稻草,2012年RX-8停产,转子发动机正式退出马自达的产品序列。

●总结:

60年来,转子发动机仿佛是一场梦,刚刚诞生时,它被认为是活塞发动机的替代者,引起了全世界车企的追捧,然而激情逐渐褪去之后,它又因为自身的先天缺陷而遭到冷落。那时我国的汽车工业还很薄弱,却也加入到了这股风潮之中,可惜最终也没能跳出魔咒。尽管最近也有一些增程式电动车(如奥迪A1e-tron)使用微型转子发动机来给电池充电,但终究是昙花一现。如今新能源车已有取代传统燃油车的趋势,转子发动机重回历史舞台的希望也就更渺茫了。