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發(fā)表于 2007-10-24 22:13:21
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只看該作者
一氣的確用過一陣子。網(wǎng)上有，我也做點(diǎn)貢獻(xiàn)轉(zhuǎn)載一部分文字，大家不要嫌我羅嗦：
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0 t- V3 B: m1 D. x( Q- 轉(zhuǎn)載--- 來源:世界摩托車網(wǎng)
4 w0 }& z; @/ o i轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)又稱為米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。它采用三角轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來控制壓縮和排放，與傳統(tǒng)的活塞往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的直線運(yùn)動(dòng)迥然不同。這種發(fā)動(dòng)機(jī)由德國人菲加士·汪克爾發(fā)明，在總結(jié)前人的研究成果的基礎(chǔ)上，解決了一些關(guān)鍵技術(shù)問題，研制成功第一臺(tái)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)。 # i9 H6 I% I* U! F% I
d; \' h2 F1 [/ W( F& R9 c$ [, I 汪克爾于1902年出生在德國，1921年到1926年受雇于海德堡一家科技出版社的銷售部。在1924年，汪克爾在海德堡建立了自己的公司，他花了大量的時(shí)間在那里進(jìn)行轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，在1927年，諸如氣密性和潤滑等的一系列技術(shù)問題的攻克終于有了眉目。60年初在德國生產(chǎn)出第一輛裝配了轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的小跑車。當(dāng)時(shí)業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為這種發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，運(yùn)轉(zhuǎn)寧靜暢順，也許會(huì)取替?zhèn)鹘y(tǒng)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。
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& `% o6 k( h4 ~, s3 Q6 N, Y 1964年，日內(nèi)瓦的德法合資企業(yè)comobil公司，首次把轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)裝在轎車上成為正式產(chǎn)品。1967年，日本人也將轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)裝在馬自達(dá)轎車上開始成批生產(chǎn)。2 `# R# c5 {; e2 k9 @6 u. Q. i7 [, _
) x. X& q8 b3 W 一向?qū)π录夹g(shù)情有獨(dú)鐘的馬自達(dá)公司投巨資從汪克爾公司買下了這項(xiàng)技術(shù)。由于這是一項(xiàng)高新技術(shù)，懂得這項(xiàng)技術(shù)的人寥寥無幾，發(fā)動(dòng)機(jī)壞了無人會(huì)修，而且耗油大，汽車界有人對(duì)這種發(fā)動(dòng)機(jī)的市場前景產(chǎn)生了懷疑。70年代石油危機(jī)爆發(fā)，各國忙于應(yīng)付各方面的困難而無暇顧及發(fā)展轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，唯有馬自達(dá)公司仍然深信轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的潛力，獨(dú)自研究和生產(chǎn)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，并為此付出了相當(dāng)大的代價(jià)。他們逐步克服了轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的缺陷，成功地由試驗(yàn)性生產(chǎn)過渡到商業(yè)性生產(chǎn)，并將安裝了轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的rx－7型跑車打入了美國市場，令人刮目相看。
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+ b6 Q6 Y3 l. q+ v 在世界環(huán)保意識(shí)日益強(qiáng)化，石油資源日漸沽竭的今天，以氫氣做動(dòng)力源的研究已成為一大課題。當(dāng)年馬自達(dá)堅(jiān)持下來的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)從結(jié)構(gòu)上講是最適合燃燒氫氣，而且最“干凈”，因?yàn)闅淙紵旰笈懦龅氖撬羝瑢?duì)環(huán)境沒有任何污染。馬自達(dá)公司改制了rx－7型跑車的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，使它可以用氫做燃料。這種發(fā)動(dòng)機(jī)裝配在馬自達(dá)hr一x汽車上，1立方米的燃料箱吸儲(chǔ)了相當(dāng)43立方米的壓縮氫氣，以每小時(shí)60公里的車速可行駛230公里，引起了各界人士的關(guān)注。由于從生產(chǎn)裝配到維護(hù)修理，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)都與傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)大不一樣，開發(fā)成本大。加上往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)在功率、重量、排放、能耗等方面都比過去有了顯著提高，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)沒有顯出明顯的優(yōu)勢(shì)，因此各大汽車企業(yè)都沒有積極性去開發(fā)利用，唯有馬自達(dá)一家苦苦支撐。
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; C0 x: d" D! J8 K 一般發(fā)動(dòng)機(jī)是往復(fù)運(yùn)動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)，工作時(shí)活塞在氣缸里做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，為了把活塞的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，必須使用曲柄連桿機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)則不同，它直接將可燃?xì)獾娜紵蛎浟D(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)扭矩。與往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)相比，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)取消了無用的直線運(yùn)動(dòng)，因而同樣功率的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸較小，重量較輕，而且振動(dòng)和噪聲較低，具有較大優(yōu)勢(shì)。
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. q$ X8 Z1 d+ e$ R9 }4 n 轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是：三角轉(zhuǎn)子的中心繞輸出軸中心公轉(zhuǎn)的同時(shí)，三角轉(zhuǎn)子本身又繞其中心自轉(zhuǎn)。在三角轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，以三角轉(zhuǎn)子中心為中心的內(nèi)齒圈與以輸出軸中心為中心的齒輪嚙合，齒輪固定在缸體上不轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)齒圈與齒輪的齒數(shù)之比為3：2。上述運(yùn)動(dòng)關(guān)系使得三角轉(zhuǎn)子頂點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡（即汽缸壁的形狀）似“8”字形。三角轉(zhuǎn)子把汽缸分成三個(gè)獨(dú)立空間，三個(gè)空間各自先后完成進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣，三角轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)一周，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火做功三次。由于以上運(yùn)動(dòng)關(guān)系，輸出軸的轉(zhuǎn)速是轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)速度的3倍，這與往復(fù)運(yùn)動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞與曲軸１：１的運(yùn)動(dòng)關(guān)系完全不同。 馬自達(dá)ｒｘ－８是繼日產(chǎn)350z后，另一部有世界級(jí)叫座力的日本跑車。它可以真正坐4人，輕松慢開可當(dāng)一部代步車來用，快跑起來一至四檔也可讓你感受8千轉(zhuǎn)以上的瘋狂，內(nèi)外設(shè)計(jì)細(xì)致優(yōu)雅，又有正宗跑車駕駛味道。這里并不是介紹它這款車的性能，而是著重介紹它的引擎－－世界上著名的轉(zhuǎn)子引擎！
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3 B5 J5 H1 w4 l mazda這顆rx-8用的轉(zhuǎn)子引擎說穿了依舊是從rx-7改良過來的，如果直接講這中間的改良會(huì)有幾個(gè)問題。首先就是差異不大，不管mazda如何宣傳，說真的，要在一代的間隔內(nèi)讓轉(zhuǎn)子引擎有突飛猛進(jìn)的進(jìn)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魚的虛字，可能連一頁的版面都充不了。第三個(gè)問題就是：“看不懂！”，直接講rx-8的轉(zhuǎn)子引擎改良了哪些東西，除非你原本就對(duì)rx-7那顆轉(zhuǎn)子引擎滾瓜爛熟，要不然本篇文章將會(huì)像中文天書一樣，大家有看沒有懂，那除了表示該編輯好像很厲害外，對(duì)讀者一點(diǎn)意義都沒有。所以，我們還是從基礎(chǔ)講起吧！ & G0 {! w' @" Z" P" f
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由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速只有驅(qū)動(dòng)軸的1/3，所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈，飛輪要轉(zhuǎn)三圈（1080°），而四沖程活塞引擎只要兩圈（720°）就能完成一次循環(huán)。
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轉(zhuǎn)子引擎基本常識(shí) 4 `2 q) W {% u2 y7 z; I6 ]: r0 y
6 V# y2 j% D( M& o 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(huán)，所以被稱為四行程引擎。而轉(zhuǎn)子引擎并沒有活塞，有的是一顆三角弧型的轉(zhuǎn)子。當(dāng)然也沒有汽缸壁，而是一個(gè)8字型的氣室，而轉(zhuǎn)子就是在這8字型的氣室內(nèi)咕嚕咕嚕的轉(zhuǎn)動(dòng)。 A" `- F- P9 G3 Z3 t
5 A ~8 g' J( d' |7 L: i. Y 是的！轉(zhuǎn)子在氣室內(nèi)不是規(guī)規(guī)矩矩的繞著同一個(gè)軸心轉(zhuǎn)動(dòng)的，如果轉(zhuǎn)子真的是繞著固定軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，那氣室的形狀將會(huì)是圓形，進(jìn)氣、壓縮、動(dòng)力、排氣的內(nèi)燃機(jī)四大基礎(chǔ)動(dòng)作將不存在，所以轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)軸是偏心的，也就因?yàn)轵?qū)動(dòng)軸是偏心的，所以轉(zhuǎn)子才會(huì)忽上忽下忽左忽右的旋轉(zhuǎn)，因此氣室才會(huì)形成8字型。) W3 U3 {# R+ b; L Z. `
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這時(shí)氣室就被三角弧型的轉(zhuǎn)子分成了三份，而且大小會(huì)有變化，這大小的變化量就是轉(zhuǎn)子引擎的排氣量。這時(shí)只要在氣室的腰部上下開孔，孔就會(huì)因轉(zhuǎn)子膨脹或壓縮氣室內(nèi)的空間而變成進(jìn)排氣孔，而沒開口的腰部，空氣就會(huì)被壓縮及膨脹，這時(shí)只要有火星塞就可以引爆汽油混合氣，這樣轉(zhuǎn)子引擎就有了進(jìn)氣、壓縮、動(dòng)力、排氣四個(gè)基礎(chǔ)行程而可以運(yùn)作。( A6 ~, x( [" q* R
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而且因?yàn)檗D(zhuǎn)子是三角形的，所以有三個(gè)獨(dú)立運(yùn)作的空間，于是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈就會(huì)有三次的動(dòng)力行程，媲美三缸活塞引擎。除了8字型氣室與三角型轉(zhuǎn)子外，轉(zhuǎn)子引擎還有一個(gè)很重要的比例，那就是轉(zhuǎn)子齒與驅(qū)動(dòng)齒的齒比絕對(duì)是‘2：3’。于是，這又帶出一個(gè)轉(zhuǎn)子引擎的絕對(duì)現(xiàn)象，就是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)1圈驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)3圈。等等！齒比不是2：3嗎？怎么轉(zhuǎn)速比不是3：2而是3：1。
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! x# l* z* S5 \5 ^ 原因很簡單，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)1圈時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸除了被帶動(dòng)的自轉(zhuǎn)外還有公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)1圈驅(qū)動(dòng)軸不是轉(zhuǎn)1.5圈，而是兩倍的3圈。這也講到轉(zhuǎn)子引擎容易高轉(zhuǎn)速化的優(yōu)點(diǎn)，例如引擎轉(zhuǎn)速9000rpm時(shí)，轉(zhuǎn)子才3000rpm而已，不像活塞引擎在9000rpm時(shí)，活塞每分鐘上下9000次共18000行程！ 知道轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的比例后，我們就能比較轉(zhuǎn)子引擎與四行程活塞引擎的相對(duì)關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)1圈的時(shí)候驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)3圈，驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)3圈就代表飛輪轉(zhuǎn)了3圈，而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈有三次動(dòng)力行程，也就是說飛輪每一轉(zhuǎn)就有一次動(dòng)力。而四行程活塞引擎要運(yùn)轉(zhuǎn)兩圈才有一次，若要達(dá)到每一轉(zhuǎn)就有一次動(dòng)力則需要兩缸，也就是說相同的轉(zhuǎn)速下，一個(gè)轉(zhuǎn)子相當(dāng)于兩缸。不過，mazda一直對(duì)外宣稱雙轉(zhuǎn)子相當(dāng)于6缸引擎又是怎么一回事呢？這就要看動(dòng)力時(shí)間了。
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% O$ M& Q) y u( L9 \' l* h3 q4 x3 r 四行程引擎由于每兩轉(zhuǎn)完成四個(gè)行程，所以動(dòng)力行程為半圈180°，而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)了三圈，所以動(dòng)力行程為3/4圈270°，每次動(dòng)力行程較四行程活塞引擎多了50﹪，再加上同轉(zhuǎn)速下一個(gè)轉(zhuǎn)子相當(dāng)于兩缸，就變成動(dòng)力時(shí)間長度相當(dāng)于3缸引擎，所以雙轉(zhuǎn)子就擁有與六缸引擎等長的動(dòng)力重疊時(shí)間，等于運(yùn)轉(zhuǎn)平順度同于六缸引擎。但這個(gè)270°的動(dòng)力行程也成為轉(zhuǎn)子引擎的致命傷，相對(duì)于四行程活塞引擎的180°，轉(zhuǎn)子引擎多了1.5倍的燃燒時(shí)間，使得平均壓力降低了約18.76﹪，說白點(diǎn)就是扭力只有同排氣量活塞引擎的81.24﹪。 算到最后可以得知轉(zhuǎn)子引擎的動(dòng)力相當(dāng)于1.625倍同排氣量的活塞引擎，可是同時(shí)間的耗油量卻是兩倍，注定了轉(zhuǎn)子引擎耗油的宿命。綜合來說，轉(zhuǎn)子引擎有著很小的體積、很輕的重量、簡單而扎實(shí)的結(jié)構(gòu)，有著同排氣量活塞引擎1.625倍的動(dòng)力、2倍的油耗，動(dòng)力平順、震動(dòng)與噪音都較活塞引擎低，具有超高轉(zhuǎn)速的潛力等，如果油耗不是問題的話，轉(zhuǎn)子引擎幾乎都優(yōu)于活塞引擎。 : }$ H/ c9 d f6 z4 ~
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利用前后轉(zhuǎn)子的時(shí)間差，就能多出一些進(jìn)氣壓力來增加動(dòng)力，這也就是為何rx-7的進(jìn)氣管都做成u型的原因。
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轉(zhuǎn)子引擎進(jìn)步史 7 i: X. B% L; g4 L# r
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接下來講轉(zhuǎn)子引擎在mazda這家車廠手上到底做了哪些改良，才能繼續(xù)沿用至今日的原因�？鄢跗谘邪l(fā)的困難外，轉(zhuǎn)子引擎到了70年代跟所有的車輛用引擎一樣，都面臨了環(huán)保的問題。轉(zhuǎn)子引擎由于燃燒時(shí)間較長的原因，并不會(huì)有高溫產(chǎn)生nox的問題，但卻因排氣孔設(shè)置在氣室壁上，而有hc較多的問題，這個(gè)問題在當(dāng)時(shí)的解決方法為，用空氣幫浦將空氣強(qiáng)行打入排氣管頭段與觸媒轉(zhuǎn)化器之中，使多余的hc燃燒掉。 6 ^" U+ _/ O7 @3 {& k* c
) C: a- E$ b% i2 T7 `- j# U 在70年代，除了環(huán)保問題之外，中東危機(jī)導(dǎo)致油價(jià)上漲，也使得油耗變成嚴(yán)重的問題，而油耗又正好是轉(zhuǎn)子引擎的致命傷，為了讓轉(zhuǎn)子引擎能繼續(xù)存活下去，mazda展開了‘鳳凰計(jì)劃’，計(jì)畫提高20%的燃油效率，這計(jì)劃的相關(guān)成果，也造就了目前轉(zhuǎn)子引擎的風(fēng)貌�！P凰計(jì)畫’的成果就是大家所熟知的第一代rx-7，與計(jì)畫前轉(zhuǎn)子引擎最大的差異點(diǎn)為，進(jìn)氣口變成了三個(gè)，而且還有一個(gè)是會(huì)關(guān)閉的，這套設(shè)計(jì)若對(duì)比于活塞引擎來說，相當(dāng)于honda的vtec設(shè)計(jì)，再配合上傾斜燃燒技術(shù)，使得轉(zhuǎn)子引擎的油耗降低了40%，馬力也獲得提升，成功的讓轉(zhuǎn)子引擎存活了下來，而兩階段三進(jìn)氣孔的設(shè)計(jì)就一直沿用到rx-8上，也是自然進(jìn)氣的”renesis”引擎能發(fā)出250匹馬力的遠(yuǎn)因。 . m; H) E( [5 |9 N4 x9 ]# T
a, X0 w, \& I" J. J+ Z 除了鳳凰計(jì)畫的兩階段三進(jìn)氣孔設(shè)計(jì)外，mazda在轉(zhuǎn)子引擎的進(jìn)氣岐管上還有一項(xiàng)巧思，那就是動(dòng)態(tài)增壓系統(tǒng)。這設(shè)計(jì)很有創(chuàng)意，mazda的的轉(zhuǎn)子引擎多為雙轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，于是在1983年時(shí)，mazda發(fā)現(xiàn)可以藉由調(diào)整兩顆轉(zhuǎn)子的時(shí)間差，使得即將關(guān)閉進(jìn)氣孔的轉(zhuǎn)子施加壓力給進(jìn)氣岐管，透過動(dòng)態(tài)空氣室后，對(duì)另一顆正在進(jìn)氣的轉(zhuǎn)子進(jìn)行微增壓的動(dòng)作，這設(shè)計(jì)也造就了現(xiàn)今mazda轉(zhuǎn)子引擎都有u型進(jìn)氣岐管的面貌。除了上述普見于mazda轉(zhuǎn)子引擎的設(shè)計(jì)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(gè)控制閥兩個(gè)氣室，當(dāng)引擎低轉(zhuǎn)速時(shí)，控制閥關(guān)閉，讓所有的排氣進(jìn)入狹小的p室，使得流速加快以減輕渦輪遲滯，當(dāng)引擎轉(zhuǎn)速高時(shí)，控制閥打開，讓排氣平均的進(jìn)入渦輪，降低排氣阻力與增加渦輪效率。不過到第三代rx-7就不這么麻煩了，直接采用序列式雙渦輪，低轉(zhuǎn)速用一個(gè)，高轉(zhuǎn)速用兩個(gè)，也是達(dá)到低速渦輪遲滯少，高速渦輪增壓強(qiáng)的境界。 , Z3 G, ~3 e: A M; }
$ K6 `( R' w' n4 b* v; ` 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(jìn)排氣重疊的時(shí)間，就不會(huì)有進(jìn)氣跑到排氣管造成污染與浪費(fèi)。第一張圖下講到多階段進(jìn)氣系統(tǒng)可因轉(zhuǎn)速制宜，因此增進(jìn)了油耗與動(dòng)力表現(xiàn)。第二張圖說到進(jìn)氣口增加了30%的進(jìn)氣口徑，這使得rx-8的轉(zhuǎn)速
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6 k7 \6 }2 F( J1 x+ Y 進(jìn)入二十一世紀(jì)
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大家都知道目前mazda的轉(zhuǎn)子引擎已經(jīng)傳承到rx-8身上，那這顆renesis又有哪些進(jìn)展呢？首先是進(jìn)氣孔面積加大了30%，使得這顆引擎的進(jìn)氣量足以應(yīng)付到10000rpm的需求。但大家都知道，這樣低轉(zhuǎn)速會(huì)變得很糟糕，于是mazda將原本的三進(jìn)氣孔兩階段式設(shè)計(jì)，再進(jìn)化成三進(jìn)氣孔三階段式設(shè)計(jì)，盡量避免低轉(zhuǎn)速域的無力現(xiàn)象，而為了高轉(zhuǎn)速化，破天荒的將轉(zhuǎn)子制成摟空狀，大幅降低轉(zhuǎn)子的重量，使得自然進(jìn)氣的rx-8可以藉由拉轉(zhuǎn)速的方式，達(dá)到250匹馬力的水準(zhǔn)。但renesis引擎最創(chuàng)新的地方在于排氣口，以往轉(zhuǎn)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(huì)在此被刮入排氣管，造成污染問題。* Z- T. e! S; f) ?* M
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但在renesis上，排氣口與進(jìn)氣口一樣設(shè)在前后側(cè)壁上，當(dāng)場解決掉以往hc的污染問題，也順帶使得進(jìn)排氣完全不重疊，不會(huì)有進(jìn)氣漏到排氣管的問題，也可在前后側(cè)壁各開一個(gè)排氣孔，讓引擎排氣孔變兩個(gè)提升排氣效率，以達(dá)成高轉(zhuǎn)速化的目的。(聽說在280ps的rx-7上就已經(jīng)是了) 經(jīng)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(jìn)氣的狀態(tài)下，卻能夠產(chǎn)生250匹馬力的原因。mazda的轉(zhuǎn)子引擎成就不是一蹴可及的，是不斷透過一點(diǎn)一滴的修改，才能造就目前的rx-8的！ |
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