这就是马自达宁愿破产也要研发的转子发动机?

马自达转子引擎作为汪克尔引擎（Wankel engine）的遗孤，被无数汽车迷津津乐道。有钱了研究转子，没钱了卖两年车又来研究转子，虽然这是调侃，但这般执着却真感染了不少人。

相比以发明者名称命名的叫法，转子引擎（Rotary Engine）更能突显转子在这种引擎中起到的重要作用。常规发动机工作时活塞在气缸里做往复直线运动，为了把活塞的直线运动转化为旋转运动，必须使用曲柄滑块机构，这无疑增加了发动机的复杂性。

转子发动机则不同，连接在转子上的输出轴会随着转子本身的转动一起转动。取消了无用的直线运动带来的好处有很多，以双缸汽油转子发动机为例，相比同等功率的6缸汽油传统发动机，它的零件总数约少20%，体积约小30%，自重降低近一半。

既然转子如此重要，它的设计自然备受瞩目，那为什么莱洛三角形最终被选中呢？这一切还得从莱洛三角形的特性说起。

一、什么是莱洛三角形

莱洛三角形是除了圆形以外，最简单易懂的勒洛多边形，一个定宽曲线。定宽性用下图来解释最直接，我们会发现圆形旋转一定角度后，它依然能与上下两条线相切，也就是说它的宽度不会发生变化。

与圆形一样，莱洛三角形也能达到这个效果。

关于莱洛三角形的奥妙，有这么一个段子：

青年问禅师：“大师，在单位，他们总嫌我棱角太突出，不合群！”禅师掏出数根圆柱铺在地上，在上面搁了一块木板，并推动它，说：“你看，轮子合作一致才能保持所承载木板的平稳前进，你能找到棱角突出的形状也让木板平稳前进吗？”青年略一沉吟，默默地掏出一把莱洛三角形。

关于定宽性的好处，最经典的例子就是窨井盖设计了。出于安全考虑，我们希望不论怎么放（任何方向、任何角度），井盖都不会掉入下水道中。如果想象力不够，我们用正方形举例，比如当我们把正方形的井盖立起来，它就很容易掉入下水道里，所以井盖不能是正方形。

但莱洛三角形则不会发生这种情况，因为不论怎么旋转，它的宽度是不会发生变化的。正因此，莱洛三角形可以被用来钻正方形孔，简直是突破想象力。

了解了定宽性的特点，它对应到转子发动机上就是，这能保证转子始终能紧贴正方形内壁运动，因此不会出现漏气的问题。

误打误撞的不完美

既然莱洛三角形也能起到和圆形类似的效果，那按理说它也能被用来设计窨井盖，但事实上我们很少能见到类似的实物。

其中一个原因是莱洛三角形在运动过程中重心不稳，比如下图这种，在运动过程中它的重心会像波浪一样起伏。

一般窨井盖都会很重，而且时有开启井盖下井工作的需求，所以除了安全安装要求外，它还要方便移动，因此莱洛三角形重心不稳的问题被暴露出来。

▲当然这也和莱洛三角形的制造工艺要比圆形复杂有关。

虽然重心不稳的问题制约了莱洛三角形的普及，但波动的重心正好像摇动的手柄一样，可以将保证转子在平面旋转运动的能量直接传递到输出轴上。

也有完美的圆形做不了的事

我们总喜欢用圆满来形容一件事很完美，虽然具体原因无从考证，但人类确实天生对圆形的东西充满了喜爱和认同，比如中秋十五月圆时要全家团圆，从唐朝开始要吃代表团圆的月饼。

由于圆形天然的密闭性，而且并不存在像正方形拐角处那样，有容易堆积残渣的地方，因此将它用到发动机上是再合适不过的，所以我们会发现汽缸是圆的、活塞是圆的、气门也是圆的......

但这并不代表圆形能够在所有场合替代莱洛三角形，事实上正是因为圆形的完美阻碍了它与转子结缘。我们知道转子发动机与传统发动机一大不同在于转子是平面运动，而活塞则上下往复运动。

在平面运动中，我们既要通过转子运动带动输出轴运动，又要保证有空间进行进气、压缩、作功和排气的过程。圆形由于太过圆满，一来气流很难产生推力使其旋转，再者它不能实现诸如莱洛三角形那样，既能时刻紧贴内部又能留足空间给燃气。

但莱洛三角形就不一样了，正是巧妙地运用了平面上旋转时的“漏洞”，这一切才得以运转起来。下图介绍了转子发动机从吸气到排气的过程，可以看到燃气正是在“漏洞”处实现了燃烧、排气等过程。

▲虽然形状比较特殊但转子发动机本质上依然是4冲程发动机，而且4个冲程的定义与活塞发动机是相同的。

可以看到莱洛三角形转子把汽缸分成三个独立空间，三个空间各自先后完成进气、压缩、做功和排气，三角转子自转一周，发动机点火做功三次，要知道四冲程发动机的曲轴每转两周发动机才做一次功。

另外，输出轴的转速会是转子自转速度的3倍，这与往复运动式发动机的活塞与曲轴1：1的配比优势要明显得多。这也是为什么转子发动机很容易做到万转的原因之一，比如NSU试制的DKM原型机最高转速竟然达到了17000rpm。

成也萧何败也萧何

由于莱洛三角形转子的设定，发动机的进气、压缩、燃烧和排气四个过程会在摆线形缸体中的不同位置进行，这带来的好处是能够较好的控制各个过程的时机，但由于燃烧不充分，导致耗油量很大。

另外，莱洛三角形转子尖角长时间与内壁接触，磨损现象比较严重，密封性受到了极大的考验，这也是影响其寿命的主要原因之一。

为了解决这个问题，LiquidPiston发动机就采用了特殊设计的类椭圆转子，但这却大大增加了转子发动机的复杂性，无疑是自废武功。

事实上在1961年汪克尔本人所著“旋转活塞式机械”的技术手册里，列出了大量他本人计算或实验可行的转子系统。但在考量加工难度，旋转稳定性和效率之后，2-3方案正式成为早期汪克尔引擎的正式选型。

798小结：

不得不说小而美的设计真的很容易打动到大家，莱洛三角形之于转子发动机就是这样的存在。虽然在机械工程领域，它的作用和使用率远不及圆形，但恰到好处的美妙真能让人心潮澎湃。

当然由于转子尖角易磨损的问题，严重降低了使用寿命，但综合考量加工难度、旋转稳定性和效率之后，它又是最理想的一种设计。