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老張

Mazda轉子引擎進化過程





轉 子 引 擎 基 本 常 識
我 們 都 知 道 ， 一 般 車 輛 使 用 的 是 四 行 程 活 塞 引 擎 ， 引 擎 要 上 下 各 兩 次 才 能 完 成 一 次 循 環 ， 所 以 被 稱 為 四 沖 程 ( 4-stroke) 引 擎 。 而 轉 子 引 擎 並 沒 有 活 塞 ， 有 的 是 一 顆 三 角 弧 型的 轉 子 。 當 然也 沒 有 汽 缸 壁 ， 而 是 一 個 8 字 型 的氣 室 ， 而 轉 子 就 是 在 這 8 字 型 的 氣 室 內 咕 嚕 咕 嚕 的 轉 動 。 是 的 ！ 轉 子 在 氣 室 內 不 是 規 規 矩 矩 的 繞 著 同 一 個 軸 心 轉 動 的 ， 如 果 轉 子 真 的 是 繞 著 固 定 軸 心 轉 動 ， 那 氣 室 的 形 狀 將 會 是 圓 形 ， 進 氣 、 壓 縮 、 動 力 、 排 氣 的 內 燃 機 四 大 基 礎 動 作 將 不 存 在 ， 所 以 轉 子 的 驅 動 軸 是 偏 心 的 ， 也 就 因 為 驅 動 軸 是 偏 心 的 ， 所 以 轉 子 才 會 忽 上 忽 下 忽 左 忽 右 的 旋 轉 ， 因 此 氣 室 才 會 形 成 8 字 型 。 這 時 氣 室 就 被 三 角 弧 型 的 轉 子 分 成 了 三 份 ， 而 且 大 小 會 有 變 化 ， 這 大 小 的 變 化 量 就 是 轉 子 引 擎 的 排 氣 量 。 這 時 只 要 在 氣 室 的 腰 部 上 下 開 孔 ， 孔 就 會 因 轉 子 膨 脹 或 壓 縮 氣 室 內 的 空 間 而 變 成 進 排 氣 孔 ， 而 沒 開 口 的 腰 部， 空氣 就 會 被 壓 縮 及 膨 脹 ， 這 時 只 要 有 火 星 塞 就 可 以 引 爆 汽 油 混 合 氣 ， 這 樣 轉 子 引 擎 就有了 進 氣 、 壓 縮 、 動 力 、 排 氣 四 個 基 礎 行 程 而 可 以 運 作 。

而 且 因 為 轉 子 是 三 角 形 的 ， 所 以 有 三 個 獨 立 運 作 的 空 間 ， 於 是 轉 子 轉 一 圈 就 會 有 三 次 的 動 力 行 程 ， 媲 美 三 缸 活 塞 引 擎 。 除 了 8 字 型 氣 室 與 三 角 型 轉 子 外 ， 轉 子 引 擎 還 有 一 個 很 重 要 的 比 例 ， 那 就 是 轉 子 齒 與 驅 動 齒 的 齒 比 絕 對 是 『 2 ： 3 』 。 於 是 ， 這 又 帶 出 一 個 轉 子 引 擎 的絕 對 現 象 ， 就 是 轉 子 轉 1 圈 驅 動 軸 轉 3 圈 。 等 等 ！ 齒 比 不 是 2 ： 3 嗎 ？ 怎 麼 轉 速 比 不 是 3 ： 2 而 是 3 ： 1 。 原 因 很 簡 單 ， 當 轉 子 轉 1 圈 時 ， 驅 動 軸 除 了 被 帶 動 的 自 轉 外 還 有 公 轉 運 動 ， 所 以 轉 子 轉 1 圈 驅 動 軸 不 是 轉 1 . 5 圈 ， 而 是 兩 倍 的 3 圈 。 這 也 講 到 轉 子 引 擎 容 易 高 轉 速 化 的 優 點 ， 例 如 引 擎 轉 速 9000rpm 時 ， 轉 子 才 3000rpm 而 已 ， 不 像 活 塞 引 擎 在 9000rpm 時 ， 活 塞 每 分 鐘 上 下 9000 次 共 18000 行 程 ！




轉 子 引 擎 跟 活 塞 引 擎 一 樣 有 進 氣 、 壓 縮 、 動 力 、 排 氣 四 個 動 作 。 不 同 的 是 ， 一 個 轉 子 有 三 面 ， 轉 一 圈 就 完 成 三 次 循 環 。




由 於 轉 子 的 轉 速 只 有 驅 動 軸 的 1 / 3 ， 所 以 轉 子 轉 一 圈 ， 飛 輪 要 轉 三 圈 （ 1 0 8 0 ° ） ， 而 四 衝 程 活 塞 引 擎 只 要 兩 圈 （ 7 2 0 ° ） 就 能 完 成 一 次 循 環 。






這 張 圖 看 起 來 很 複 雜 ， 但 請 注 意 Secondary Auxiliary Port ， 這 就 是 MAZDA 最 早 的 兩 階 段 三 進 氣 孔 設 計 的 濫 觴 。



知 道 轉 子 轉 速 與 驅 動 軸 轉 速 的 比 例 後 ， 我 們就 能 比 較 轉 子 引 擎 與 四 行 程 活 塞 引 擎 的 相 對 關 係 ， 當 轉 子 轉 1 圈 的 時 候 驅 動 軸 轉 3 圈 ， 驅 動 軸 轉 3 圈 就 代 表 飛 輪 轉 了 3 圈 ， 而 轉 子 轉 一 圈 有 三 次 動 力 行 程 ， 也 就 是 說 飛 輪 每 一 轉 就 有 一 次 動 力 。 而 四 行 程 活 塞 引 擎 要 運 轉 兩 圈 才 有 一 次 ， 若 要 達 到 每 一 轉 就 有 一 次 動 力 則 需 要 兩 缸 ， 也 就 是 說 相 同 的 轉 速 下 ， 一 個 轉 子 相 當 於 兩 缸 。 不 過 ， MAZDA 一 直 對 外 宣 稱 雙 轉 子 相 當 於 6 缸 引 擎 又 是 怎 麼 一 回 事 呢 ？ 這 就 要 看 動 力 時 間 了 。 四 行 程 引 擎 由 於 每兩 轉 完 成 四 個 行 程 ， 所 以 動 力 行 程 為 半 圈 180° ， 而 轉 子 轉 一 圈 驅 動 軸 轉 了 三 圈 ， 所 以 動 力 行 程 為 3/4 圈 270° ， 每 次 動 力 行 程 較 四 行 程 活 塞 引 擎 多 了 50 ﹪ ， 再 加 上 同 轉 速 下 一 個 轉 子 相 當 於 兩 缸 ， 就 變 成 動 力 時 間 長 度 相 當 於 3缸 引 擎 ， 所 以 雙 轉 子 就 擁 有 與 六 缸 引 擎 等 長 的 動 力 重 疊 時 間 ， 等 於 運 轉 平 順 度 同 於 六 缸 引 擎 。 但 這 個 270° 的 動 力 行 程 也 成 為 轉 子 引 擎 的 致 命 傷 ， 相 對 於 四 行 程 活 塞 引 擎 的 1 8 0 ° ， 轉 子 引 擎 多 了 1 . 5 倍 的 燃 燒 時 間 ， 使 得 平 均 壓 力 降 低 了 約 18.76 ﹪ ， 說 白 點 就 是 扭 力 只 有 同 排 氣 量 活 塞 引 擎 的 8 1 . 2 4 ﹪ 。
算 到 最 後 可 以 得 知 轉 子 引 擎 的 動 力 相 當 於 1.625 倍 同 排 氣 量 的 活 塞 引 擎 ， 可 是 同 時 間 的 耗 油 量 卻 是 兩 倍 ， 注 定 了 轉 子 引 擎 耗 油 的 宿 命 。 綜 合 來 說 ， 轉 子 引 擎 有 著 很 小 的 體 積 、 很 輕 的 重 量 、 簡 單 而 紮 實 的 結 構 ， 有 著 同 排 氣 量 活 塞 引 擎 1.625 倍 的 動 力 、 2 倍 的 油 耗 ， 動 力 平 順 、 震 動 與 噪 音 都 較 活 塞 引 擎 低 ， 具 有 超 高 轉 速 的 潛 力 等 ， 如 果 油 耗 不 是 問 題 的 話 ， 轉 子 引 擎 幾 乎 都 優 於 活 塞 引 擎 。




利 用 前 後 轉 子 的 時 間 差 ， 就 能 多 出 一 些 進 氣 壓 力 來 增 加 動 力 ， 這 也 就 是 為 何 RX-7 的 進 氣 管 都 做 成 U 型 的 原 因 。



轉 子 引 擎 進 步 史
接 下 來 講 轉 子 引 擎 在 MAZDA 這 家 車 廠 手 上 到 底 做 了 哪 些 改 良 ， 才 能 繼 續 沿 用 至 今 日 的 原 因 。 扣 除 初 期 研 發 的 困 難 外 ， 轉 子 引 擎 到 了 7 0 年 代 跟 所 有 的 車 輛 用 引 擎 一 樣 ， 都 面 臨 了 環 保 的 問 題 。 轉 子 引 擎 由 於 燃 燒 時 間 較 長 的 原 因 ， 並 不 會 有 高 溫 產 生 NOx 的 問 題 ， 但 卻 因 排 氣 孔 設 置 在 氣 室 壁 上 ， 而 有 HC 較 多 的 問 題 ， 這 個 問 題 在 當 時 的 解 決 方 法 為 ， 用 空 氣 幫 浦 將 空 氣 強 行 打 入 排 氣 管 頭 段 與 觸 媒 轉 化 器 之 中 ， 使 多 餘 的 HC 燃 燒 掉 。 在 70 年 代 ， 除 了 環 保 問 題 之 外 ， 中 東 危 機 導 致 油 價 上 漲 ， 也 使 得 油 耗 變 成 嚴 重 的 問 題 ， 而 油 耗 又 正 好 是 轉 子 引 擎 的 致 命 傷 ， 為 了 讓 轉 子 引 擎 能 繼 續 存 活 下 去 ， MAZDA 展 開 了 『 鳳 凰 計 劃 』 ， 計 畫 提 高 20% 的 燃 油 效 率 ， 這 計 劃 的 相 關 成 果 ， 也 造 就 了 目 前 轉 子 引 擎 的 風 貌 。
鳳 凰 計 畫 』 的 成 果 就 是 大 家 所 熟 知 的 第 一 代 RX-7 ， 與 計 畫 前 轉 子 引 擎 最 大 的 差 異 點 為 ， 進 氣 口 變 成 了 三 個 ， 而 且 還 有 一 個 是 會 關 閉 的 ， 這 套 設 計 若 對 比 於 活 塞 引 擎 來 說 ， 相 當 於 HONDA 的 VTEC 設 計 ， 再 配 合 上 傾 斜 燃 燒 技 術 ， 使 得 轉 子 引 擎 的 油 耗 降 低 了 4 0 % ， 馬 力 也 獲 得 提 升 ， 成 功 的 讓 轉 子 引 擎 存 活 了 下 來 ， 而 兩 階 段 三 進 氣 孔 的 設 計 就 一 直 沿 用 到 RX-8上 ， 也 是 自 然 進 氣 的 ”RENESIS”引 擎 能 發 出 250 匹 馬 力 的 遠 因 。 除 了 鳳 凰 計 畫 的 兩 階 段 三 進 氣 孔 設 計 外 ， MAZDA 在 轉 子 引 擎 的 進 氣 岐 管 上 還 有 一 項 巧 思 ， 那 就 是 動 態 增壓 系 統 。 這 設 計 很 有 創 意 ， MAZDA 的 的 轉 子 引 擎 多 為 雙 轉 子 設 計 ， 於 是 在 1983 年 時 ， MAZDA 發 現 可 以 藉 由 調 整 兩 顆 轉 子 的 時 間 差 ， 使 得 即 將 關 閉 進 氣 孔 的 轉 子 施 加 壓 力 給 進 氣 岐 管 ， 透 過 動 態 空 氣 室 後 ， 對 另 一 顆 正 在 進 氣 的 轉 子 進 行 微 增 壓 的 動 作 ， 這 設 計 也 造 就 了 現 今 MAZDA 轉 子 引 擎 都 有 U 型 進 氣 岐 管 的 面 貌 。
除 了 上 述 普 見 於 MAZDA 轉 子 引 擎 的 設 計 外 ， RX-7 第 二 代 的 單 渦 輪 增 壓 器 也 是 很 特 別 的 ， MAZDA 將 它 命 名 為 Twin-Scroll Turbo 。 這 顆 渦 輪 有 一 個 控 制 閥 兩 個 氣 室 ， 當 引 擎 低 轉 速 時 ， 控 制 閥 關 閉 ， 讓 所 有 的 排 氣 進 入 狹 小 的 P 室 ， 使 得 流 速 加 快 以 減輕 渦 輪 遲 滯 ， 當 引 擎 轉 速 高 時 ， 控 制 閥 打 開 ， 讓 排 氣 平 均 的 進 入 渦 輪 ， 降 低 排 氣 阻 力 與 增 加 渦 輪 效 率 。 不 過 到 第 三 代 RX- 7 就 不 這 麼 麻 煩 了 ， 直 接 採 用 序 列 式 雙 渦 輪 ， 低 轉 速 用 一 個 ， 高 轉 速 用 兩 個 ， 也 是 達 到 低 速 渦 輪 遲 滯 少 ， 高 速 渦 輪 增 壓 強 的 境 界 。





RX-8 的 引 擎 到 底 有 那 些 特 色 ， 且 聽 我 一 一 道 來 。 第 一 張 圖 上 講 到 這 顆 引 擎 完 全 沒 有 進 排 氣 重 疊 的 時 間 ， 就 不 會 有 進 氣 跑 到 排 氣 管 造 成 汙 染 與 浪 費 。 第 一 張 圖 下 講 到 多 階 段 進 氣 系 統 可 因 轉 速 制 宜 ， 因 此 增 進 了 油 耗 與 動 力 表 現 。 第 二 張 圖 說 到 進 氣 口 增 加 了 3 0 % 的 進 氣 口 徑 ， 這 使 得 R X - 8 的 轉 速


進 入 二 十 一 世 紀
大 家 都 知 道 目 前 MAZDA 的 轉 子 引 擎 已 經 傳 承 到 RX-8 身 上 ， 那 這 顆 RENESIS 又 有 哪 些 進 展 呢 ？ 首 先 是 進 氣 孔 面 積 加 大 了 30 % ， 使 得 這 顆 引 擎 的 進 氣 量 足 以 應 付 到 10000rpm 的 需 求 。 但 大 家 都 知 道 ， 這 樣 低 轉 速 會 變 得 很 糟 糕 ， 於 是 MAZDA 將 原 本 的 三 進 氣 孔 兩 階 段 式 設 計 ， 再 進 化 成 三 進 氣 孔 三 階 段 式 設 計 ， 盡 量 避 免 低 轉 速 域 的 無 力 現 象 ， 而 為 了 高 轉 速 化 ， 破 天 荒 的 將 轉 子 製 成 摟 空 狀 ， 大 幅 降 低 轉 子 的 重 量 ， 使 得 自 然 進 氣 的 R X-8 可 以 藉 由 拉 轉 速 的 方 式 ， 達 到 250 匹 馬 力 的 水 準 。 但 RENESIS 引 擎 最 創 新 的 地 方 在 於 排 氣 口 ， 以 往 轉 子 引 擎 的 排 氣 口 都 是 作 在 氣 室 壁 上 ， 往 往 一 些 未 燃 燒 的 油 氣 與 些 許 的 潤 滑 油 就 會 在 此 被 刮 入 排 氣 管 ， 造 成 污 染 問 題 。
但 在 RENESIS 上 ， 排 氣 口 與 進 氣 口 一 樣 設 在 前 後 側 壁 上 ， 當 場 解 決 掉 以 往HC 的 污 染 問 題 ， 也 順 帶 使 得 進 排 氣 完 全 不 重 疊 ， 不 會 有 進 氣 漏 到 排 氣 管 的 問 題 ， 也 可 在 前 後 側 壁 各 開 一 個 排 氣 孔 ， 讓 引 擎 排 氣 孔 變 兩 個 提 升 排 氣 效 率 ， 以 達 成 高 轉 速 化 的 目 的 。
(聽說在280ps的RX-7上就已經是了) 經 過 前 述 說 明 ， 相 信 大 家 都 能 了 解 RX-8 為 何 能 以 1.3L 的 排 氣 量 ， 而 且 還 是 在 自 然 進 氣 的 狀 態 下 ， 卻 能 夠 產 生 2 5 0 匹 馬 力 的 原 因 。M A Z D A 的 轉 子 引 擎 成 就 不 是 一 蹴 可 及 的 ， 是 不 斷 透 過 一 點 一 滴 的 修 改 ， 才 能 造 就 目 前 的 RX-8 的 ！

asd19870717

阿碩哥哥  我高中有做專題耶~~

有需要嗎~~

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b77792003

我的報告已經不見了，如有空在幫忙貼、衝人氣吧....

om1650

看不見圖~~不過來試推推推~~讓我學到不少也知道不少~~