转子发动机|转子发动机之父:菲力克斯·汪克尔



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发明家从来都不是墨守陈规的人 , 他们拒绝重复 , 喜欢挑战既定规则 , 并且他们往往能够成功的找到自己提出的问题的解决方案 。 Felix Wankel (菲力克斯·汪克尔) , 一个出生于德国Luhran的普通孩子 , 在1902年呱呱坠地时 , 整个汽车行业也是刚学会爬行的幼儿 , 命运让这两者最终走到了一起 , 成为汽车史上密不可分的名字 。 转子之父——这是汽车市场对推动汽车引擎转的更快的发明家Felix Wankel的无上美誉 。
Wankel是一家农场主的独子 , 家道富庶 。 但在第一次世界大战中 , 父亲殒命战场 , 留下了孤儿寡妇 。 之后 , Wankel一家移居Heidelberg , 他在当地接受教育 , 但在1921年 , 觉得学校所授知识太过陈旧 , 毅然辍学 , 没有获得学位(也有解释说是守寡的母亲无力支付昂贵的学费) 。

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之后 , 他进入了一家报社 , 从事印刷出版工作 , 一直工作到1926年6月 。 或许我们会觉得这些经历跟Wankel后来的发明没有太大的关系 , 那只能用业余时间和兴趣爱好来解释他后来的成功 。
1919年 , 17岁的他在梦中开着一部自己亲手打造的车参加一场音乐会 , 并且很自夸地对一同前来的朋友们说道:“这是我所发明的最新型引擎 , 它是往复式内燃机与涡轮的混合体喔!”到了第二天早上醒来之后 , 他的直觉就告诉自己 , 未来真的可以创造出这样的新型态汽油引擎 。
1924年 , 22岁的Wankel设立的以开发转子引擎为目的的研究所(没有经过官方授权的 , 设立在一个朋友的后院里) , 在1929年他首次获得了一项发明专利 。 在第二次世界大战进行中的当时 , 他的研究所也因为被认为可为国家带来极大的利益 , 而获得了德国的航空部以及许多大企业的支持(据称他曾经为希特勒培训过工程师) 。

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在二次战后 , Wankel设立了新的工业技术研究所 , 继续朝着转子引擎以及转子增压器的实用化而努力 。 就在这个时候 , Wankel的研究引起了西德著名的机车厂NSU的兴趣 , 对于机车赛事非常热心 , 同时也在机车大奖赛事上拿过无数次奖杯的NSU对于转子引擎的理想以及未来性也充满着憧憬 , 因此双方一拍即合 , 成为转子引擎技术的研究伙伴 。 不过他们最初所完成的 , 却不是引擎 , 而是一具研究用的机械增压器 , 他们并曾经将这具增压器安装在一部50cc的机车上 , 创下了时速192.5公里的极速 , 这也是50cc引擎当年的世界记录 。
1950年代初期 , Felix Wankel投身NSU车厂(全名为NSU Motorenwerke AG) 。 1953年改由佛罗德领导NSU的研究开发部门 , 但首席工程师反对继续开发无活塞回旋式引擎 , 最后在保证汪克尔将与公司分享专利权以及不增加研究经费的情况下 , 汪克尔和佛罗德成功说服公司继续进行此计划 。

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1957年2月1日汪克尔成功试作出第一个原型机DKM 54(DKM为德文Drehkolbenmotor的缩写) , 至当年五月时该引擎动力输出达21bhp 。 与传统的往复式活塞引擎不同的是 , 转子引擎没有活塞 , 其运转元件称为转子(rotor) , 断面造型是被称为勒洛三角形的定宽形状 。 转子循偏心轴采轴向运转 , 而不需利用杠杆与凸轮结构将输出的力量转向 , 因而减少了能量的耗损 。 转子循偏心轴运转 , 转子室也会跟着回旋 , 如此能产生超高转速 , NSU试做的原型机竟能达到17,000rpm 。 相对来说机械构造也比较复杂 , 譬如要更换火花塞居然必须拆开整颗引擎 。 这颗DKM 54型的排气量125cc , 最大功率为德制马力25马力/ 17,000rpm , 转子室空间直径约260 毫米 , 偏心轴偏心9.5 毫米 , 三枝火花塞会随着转子旋转 。分页标题
KKM150型引擎因为机械构造过于复杂 , NSU车厂于1957年放弃DKM型引擎的设计概念 , 改采佛罗德的点子只让转子回旋 , 转子室则被固定住 , 称为KKM型(德文Kreiskolbenmotor的缩写) 。 但如此一来却遇到了难题:转子三个顶端的气封密闭性会随着转子回旋而逐渐下降 。 1958年有两种KKM型引擎成功通过测试 , 确立了此型引擎的构造原理 。

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1960年1月19日 Wankel 在德国工程师学会(德语:VDI, Verein Deutscher Ingenieure)的会议上向世人公开发表这具新的无活塞回转式引擎 , 因此又被称作 Wankel 引擎 。 同年NSU车厂将KKM 250型引擎试装在Prinz车款上 , 最大德制马力30hp / 5,000rpm 。 后来NSU车厂计划将KKM 500型引擎搭载在NSU Spider车款上市销售 , 然而真正的发售时间却延迟至1964年 , 因为缸壁的抗磨力差 , 转子顶端的气封刮伤缸壁造成混合油气无法被密封的严重技术性问题 。
1950年代末期和1960年代初期之间经由NSU车厂与汪克尔的授权 , 这种新式引擎的概念被广泛应用在诸如割草机、船舶等机具上 。 1959年美国柯蒂斯-莱特公司在此型引擎构造上做了小幅度修改;位于英国的劳斯莱斯汽车公司于1960年初期发展出柴油版的二段式Wankel引擎 。 日本的铃木使用Ferro-TiC合金改善NSU转子顶端的菱封材质 , 延长Wanke 引擎的寿命 , 并推出名为“RE-5”的摩托车 。 1971年专门制造雪上摩托车与ATV的美国北极猫公司(Arctic Cat Inc.)采用德国费区泰尔与萨克斯公司(Fichtel & Sachs AG)制造的303cc Wankel引擎 , 组装在他们的雪上摩托车 。

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Wankel引擎在汽车的应用上也未曾停歇 。 继Spider后 , NSU车厂于1967年推出四门轿车型的Ro80;法国雪铁龙也采用寇摩托公司(Comotor S.A.)制造的495.5c.c. X 2 Wankel引擎 , 分别在1969年和1970年推出M35和GS Birotor两款车 。 美国通用汽车和德国戴姆勒·奔驰也曾取得授权企图发展此类型引擎 , 最后却无疾而终 。
日本东洋工业(马自达的前身)自1961年2月27日取得制造许可后 , 比世上任何车厂投注更大的心血进行研究改良 , 终于在1967年推出举世无双的Cosmo Sports跑车 , 自此开启了马自达转子发动机时代 , 也在汽车历史中留下了RX系列跑车的痕迹 。
前苏联的奥托瓦兹(JSC AvtoVAZ Common)汽车公司在未经Wankel授权的情况下 , 于1978年设计出一颗代号为VAZ-311的单转子引擎 , 接着在1980年以VAZ-411型双转子引擎搭载在VAZ-2106车款上 , 大约生产了200辆 。
1969年NSU被大众集团收购 , 并与Auto Union合并成现今的奥迪汽车公司)领导新式引擎的开发工作 , 而沃特·佛罗德(Walter Froede)则主持该公司的机车赛事计划 。 首先出现的成果是转子阀门与转子式引擎机械增压器(supercharger) , 被NSU车厂搭载在一辆50c.c.摩托车上 , 可产生45p.s.i.的气压使得马力达到13.5bhp , 该辆机车当时在波内维尔盐原(Bonneville salt flats , 位于美国犹他州西北部的一个大平原 , 该盐原常被用来进行车辆速度试验)创下同级车极速120mph的世界纪录 。

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【转子发动机|转子发动机之父:菲力克斯·汪克尔】奔驰C111概念车德国戴姆勒·奔驰汽车公司亦曾向NSU车厂购买专利权 , 并开发出燃油直喷型三转子M950F型汪克尔引擎 , 1969年搭载在C111概念车上;翌年更制造出四转子汪克尔引擎(开发代号同为M950F) , 最大马力370hp , 极速可达290km/h 。分页标题
1969年 , Wankel获得了慕尼黑技术学院名誉博士的称号 。 除了发明转子发动机的贡献 , 他在动物保护方面也付出了不懈的努力 , 特别是在推动更文明的使用动物测试方面为人所铭记 。

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美国汽车公司(American Motors Corporation , 略称为AMC)也曾于1973年2月签约买下专利权 , 打算自行发展并装在Pacer车款上 , 但最后决定向已经在1970年11月取得NSU车厂许可的通用汽车公司采购 。 可惜通用汽车开发此型引擎的速度来不及跟上Pacer上市发售的脚步 。 部分原因出自1973年10月爆发的第一次石油危机导致汽油价格攀升 , 且通用汽车开发的汪克尔引擎无法通过美国的车辆废气排放标准 , 所以后来也未曾公开其试验结果 。
很有趣的是Wankel一生都没有获得驾照 , 原因是他那极其高度的近视眼 。 此外 , 尽管在1936年他就结婚了 , 去世时已达86岁高龄 , 但终其一生都没有任何子嗣 。 他在Heidelberg去世 , 也葬于该地 。

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自21世纪开始 , 地球暖化造成全球环境的剧烈变化 , 全球车厂开发新型车辆时也思考如何节能减碳 , 因此油电混合车、氢气车等强调环保意识的汽车受到消费者的青睐 。 德国奥迪汽车公司在2010年研发以单转子引擎搭配电动马达的A1 e-tron车款 , 由于Wankel引擎具有高效率、低振动、轻量小巧的特性 , 才被奥迪汽车纳入计划 , 以便在锂电池电量不足时 , 用来驱动发电机 。 或许 , 这一曾经封存的伟大发明 , 会在新世纪绽放出新的光芒 。