不懂這些別說是轉字謎-轉子引擎冷知識解剖

同事在昆明拍攝到了一輛FD3S從垃圾堆里撈出來，到翻新成一副精神的樣子，筆者心裏面對轉子引擎的熱情又再一次被點燃。轉子引擎無疑是最具有美感的引擎之一，萊洛三角形（亂入：以等邊三角形為基礎，以每一個頂點為圓心，邊長為半徑畫弧，三道弧相交而圍成的圖形就是萊洛三角形）轉子在腰豆形的外旋輪曲線（亂入：反正就是轉子繞著偏心軸旋轉，其中一個頂點畫出來的軌跡）的定子內旋轉，三角活塞的旋轉運動直接轉化為曲軸旋轉動能的方式，也比往複活塞更加順滑；轉子引擎並不需要凸輪軸、氣門、氣門彈簧等複雜的配氣機構，依靠轉子本身的掃氣過程就能完成換氣，沒有凸輪軸敲打氣門搖臂的聲音，略顯躁狂的排氣聲，這讓轉子引擎擁有一副無論是「V多少」都不能比擬的獨特的嗓音。而與此同時，心裏面對轉子引擎有著太多的一知半解，對它一點了解都沒有，談什麼「愛」呢？將一知半解嚼透，並組織成文和各位轉子引擎愛好者分享，也算是對轉子引擎和RX車系的一個致敬吧。

首先潑潑馬自達腦殘粉的冷水，轉子引擎並不是馬自達發明的，更不是馬自達的專利。答案就在轉子引擎的發展歷史。運轉順暢、零部件少、功率密度高，這些優點都吸引了世界上不少汽車製造廠嘗試生產轉子引擎，雖然應用最多的是在飛行器上，但也無妨轉子引擎落戶卡車（馬自達將轉子引擎應用在各種車型，輕型卡車也不例外，另外中國二汽在七十年代曾經試製過一批轉子引擎輕卡車）、摩托車（雅馬哈RZ201、鈴木RE5等）。當然，隨著引擎製造技術的發展，往複活塞引擎的各方面表現得到長足的進步，然而轉子引擎耐用性、高油耗的情況受限於其設計的先天不足，隨著往複活塞引擎優勢日益凸顯而越來越明顯，最終絕大部分曾採用過轉子引擎的車廠都先後退出了轉子引擎陣營。由始至終堅持，並將轉子引擎的魔力發揚光大的，只剩下馬自達一家。

圖：NSU與奧迪關係密切，所以奧迪也曾推出過裝載轉子引擎的汽車，例如這輛奧迪100，留意車門上的轉子引擎貼紙。

圖：美國的旅行機車製造商Moto Guzzi也曾生產過搭載馬自達10A雙轉子引擎的重機車，然後傳動系統的布置就奇葩了，縱置變速箱加傳動軸。

圖：最終能堅持下來的馬自達，可謂在轉子引擎身上花費了大量的心力，所謂皇天不負有心人，馬自達憑藉轉子引擎贏盡口碑。

馬自達積極地將轉子引擎投放到比賽中，其中最引人注目的當數787B。但論戰績的話，RX-7才是真正的轉子戰神。初代的RX-7問世以來，轉子引擎曾經風靡IMSA系列賽，1990年RX-7取得了它在該系列賽中單一車系的第一百場勝利，前無古人，相信也後無來者，隨後也在IMSA 地通拿24小時耐力賽中勝出。1980年至1987年連莊IMSA GT 2公升組別年度桂冠。相比之下，另一輛被奉為神物的787B，其輝煌程度就略顯黯淡了。馬自達在1991年成為首個奪得勒芒總冠軍的非歐洲車廠，而且也是唯一一輛使用非往複式活塞引擎奪冠的賽車，因此一度被傳為佳話。不過馬自達的奪冠之路，全賴對手的「幫助」。Group C原型車組別里當仁不讓的是賓士C11，但在1991年的勒芒，兩台極具競爭力的C11全部掉鏈子，因為故障退賽，這就讓馬自達身披55號戰袍的787B冷手撿了個熱饅頭。但除了這一次萬眾矚目的勝利之外，787B在各種原型車賽事中都乏善可陳，「老四」都算髮揮出色了，787和787B們更多的是靠著體育精神在比賽，也算是馬自達堅持轉子引擎不服輸的一個縮影吧。至於相傳的因為787B的超群實力而令轉子引擎被國際汽聯禁錮，了解787B戰力的當年車手只會莞爾一笑，或許國際汽聯這一舉動的誘因，更多的在於RX-7在IMSA上的主宰。

圖：Goodwood速度節上的勒芒冠軍車，醒目的橙-綠拉花來自主贊助商，制衣品牌「RENOWN」。

圖：橙-綠拉花的787B因奪冠而頻繁曝光，其實當年馬自達的主色調是右側的這種白-藍。RENOWN為車隊提供了所有的衣物而獲得了這套拉花，然後就讓世人記住了將近四分之一個世紀，這個贊助太值了。

圖：787B的心臟是一副四轉子的自然進氣26B引擎，基本可以看出是由兩副13B「串聯」而成的，可發出900匹的馬力，但為了更合理的燃油效率和穩定性，正賽調低至700匹左右。

圖：這才是當年的轉子天王，RX-7，憑藉其耐用度和穩定性（當然這是在賽車界相對而言的，轉子引擎機件少，故障的概率也就低些）橫掃IMSA。

轉子引擎設計如此精妙，而且驅動部件少，為什麼如此難以普及呢？除了眾所周知的引擎燃燒室內壁磨損大，需要頻繁大修之外，轉子引擎也正正因為其部件少，可以提升的空間也因而被局限了。就拿進排氣效率來說，因為轉子是通過旋轉，改變每一個面的面積，從而完成吸氣和排氣的過程，進排氣全部交由位於缸壁的孔，以及轉子旋轉產生的負壓和正壓來吸氣和排氣，這種換氣方式是絕對被動的，相較之下往複活塞式引擎通過凸輪軸打開進排氣門就主動得多，凸輪軸角度、凸輪軸駝峰高度、凸輪軸正時、氣門大小，全都是可控的，甚至還發展出VTEC、Valvetronic、VVT等一系列的氣門技術，來改良不同工況下的進排氣效率。由此造成的就是轉子引擎換氣低轉時換氣效率不佳、燃燒效率低、低扭不足等問題。另外一點，轉子引擎備受詬病的低扭不足的問題，就是轉子引擎喜好高轉而衍生出來的兩面性。由於轉子引擎的旋轉部件轉動慣量低，對突如其來的負載變化相當敏感，因此怠速以及起步較不平穩。所以轉子引擎更適合相對比較穩態的飛行器使用。

圖：萊洛三角形轉子，成為轉子引擎的標誌，所謂心臟的心臟。它有一些有趣的幾何特性，也是因此它被選為轉子引擎的中心轉子，有興趣的讀者可以自行百度百科，詞條解釋保准亮瞎你。

圖：轉子引擎的進氣系統就這麼簡單，節氣門-進氣歧管-進氣道，然後從燃燒室靠上的那個孔進入燃燒室。靠轉子掃過產生的負壓吸氣，排氣亦然。

轉子引擎的轉子-曲軸轉速比：

眾所周知，轉子和曲軸是通過一個齒輪和偏心齒圈來嚙合的，轉子帶動曲軸，轉速比是1：3，也就是說轉子轉1圈，曲軸轉3圈。曲軸齒輪與轉子齒圈的嚙合直徑比例是2:3，也就是說，假設按照兩者的軸心都不懂的外嚙合來算，其轉速比是3:2。那麼轉速比是怎麼算出來的？秘訣就在於這兩個部件是內嚙合，而且轉子是繞曲軸旋轉的，也就是說，曲軸軸心固定，但轉子的軸心時刻都在移動。如果你細心觀察，再加一點想像力，不難發現轉子其實是繞著嚙合點來轉動的，類似於繞著曲軸「公轉」，而曲軸則是「自轉」，也就是說轉子的實際轉動半徑是轉子齒圈的整個直徑。但與此同時，曲軸的轉動半徑就是它本身的半徑，所以齒輪與齒圈的傳動比（傳動半徑比）就變成了3:(2/2)=3:1，所以轉速比就變成了1:3。

圖：曲軸是定圓心自轉的，而轉子則是繞著曲軸公轉，所以轉子旋轉的圓心應該在兩者的嚙合點，而嚙合旋轉半徑就是轉子齒圈的整個直徑。3：1就是這麼來的。

轉子引擎的排量×2：

轉子引擎單顆燃燒室排量654cc，雙轉子就是1308cc，然後因為轉子引擎的做功密度更高，轉子轉一圈就讓每一個燃燒室都做了一次功，而往複式活塞引擎要每一個氣缸都走完一次完整的四個衝程，則需要兩圈，所以轉子引擎的做功密度是往複式引擎的兩倍。在很多國家，轉子引擎在繳納稅款和計算排放量時，乃至在汽車賽事中，是在實際排量上乘以2的。所以1.3升的13B引擎，其實被計為2.6升的。這也是為什麼RX-7的轉子引擎可以輕易推動RB26、2JZ之類的「牛肺」才能運用自如的T04Z、T88-33D等巨型渦輪了。

圖：轉子引擎本身體積小，引擎艙要塞入大渦輪綽綽有餘。

圖：這就有點過了吧，轉子引擎還不能擴缸……

排量計算的小把戲：

但想來想去，有一點不科學啊。你想想，1.3升的轉子引擎，即便實效排量相當於2.6升，但由於轉子引擎的曲軸轉速是三倍於轉子的，所以假設曲軸是9000rpm，這時轉子的轉速是3000rpm。這時問題就來了，以RX-8為例，9000rpm附近輸出250匹馬力，如果按照2.6L自然進氣引擎來看，這樣的輸出數據看似合理。但反推到轉子，憑什麼一顆2.6L排量的引擎，以3000rpm的頻率做功，能達到250匹馬力呢？其實是因為馬自達在計算轉子引擎排量的時候耍了個小把戲，馬自達將三角形轉子單面的排量，654cc，用來代表單個燃燒室的排量。然而事實上，一個轉子是有三個面的，轉子旋轉一圈，三個面都分別完成了一次完整的四個衝程。這也就意味著，轉子旋轉一圈，其實際排量應該是三個面排量的三倍！不過筆者也能幫馬自達自圓其說：雖然馬自達對外宣稱的單個燃燒室排量是其實際排量的三分之一，但由於轉子轉一圈，曲軸才轉三圈，也就是如果按照往複活塞引擎計算排量的周期，曲軸轉兩圈，轉子引擎的轉子才轉過三分之二圈，這時單個燃燒室的排量就相當於654cc×2=1308cc，所以雙轉子引擎，其總排量就是2616cc。

654cc是怎麼來的：

轉子單面排量的計算，關於這一點，由於時間關係（實際上是筆者沒有深究推導過程，反正照抄了也看不懂），直接摔出公式：3√3（3的立方根）×轉子半徑（轉子中心點到頂點的距離）×轉子偏心距（轉子內齒嚙合半徑-曲軸齒輪半徑）×轉子厚度。13B的轉子弧長10.5cm，偏心距1.5cm，厚度8cm，代入數據，得出結果654.7立方厘米。

圖：紅箭頭是轉子厚度，黃箭頭是偏心距，藍箭頭是轉子半徑。

筆者非常認同同事的那句「雖然它耗油、嬌氣，但轉子引擎就是轉子引擎，用理性的眼光來衡量這樣的一件藝術品，多少有點牛嚼牡丹吧」。轉子引擎在內燃機當中是一個特殊分子，擁有眾多內燃機的多個理想化特性，只可惜它身上存在不可克服的一些局限，並不適應汽車複雜的工況需求。馬自達即便多努力，本性上的硬傷，是不以人的努力為轉移的。而恰恰FD3S的經典之處就在於此，將轉子引擎的優勢發揮到了極致，極致得讓人幾乎忽略掉了轉子引擎的脆弱，說這是轉子引擎的巔峰之作也毫不為過。當然，時勢造英雄，RX-7生於玩樂的年代，自有好玩者的命運，那時候，欣賞牡丹比吃草填飽肚子更受重視。那麼放在功利主義至上的今天，轉子引擎往後的命運又會如何呢？

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