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烈火雄心 現代摩托車發動機技術巡禮(上)

   2019-09-07 《摩托車》9570
核心提示:Part A 排量:肚量大,裝得多吃得多才能干得多,這點非常容易理解。在同等情況下,發動機的肚子越大,吃的越多,理論上力氣就越
 Part A 排量:肚量大,裝得多

“吃得多才能干得多”,這點非常容易理解。在同等情況下,發動機的“肚子”越大,“吃”的越多,理論上力氣就越大,這是摩托車獲取更多動力最直接、最簡單的渠道。理解了這點,我們就很容易接受,為什么近年來世界摩壇所謂的中量級摩托車,排量從600mL增長到700mL、800mL乃至900mL,只要沒有超過1000mL,都被冠以“中量級”之名,目的就是在同類別競爭對手中占據動力優勢,從而吸引更多騎手的青睞。

? “偵察兵”和“酋長”

事實上,在摩托車誕生的早期,由于發動機效率不高,尤其依賴排量來增加動力。

1919年,印第安工程師兼賽車手查爾斯·富蘭克林設計研發出新的車型,這就是1920年推出的“偵察兵”。這是一款很成功的機器,革新的設計、靈活的操控讓整車性能不俗,低矮的坐墊、氣派的長軸距車身則強化了美式風格。在三速齒輪箱的支持下,“偵察兵”能夠跑出100km/h的速度,這在當時是很出色的運動性能。提升動力的核心原因就在于排量,搭載的V型雙缸發動機排量為606mL,后來又擴大到745mL。

比“偵察兵”更大氣的則是“酋長”。1922年印第安推出了“酋長”,新設計的車架內緊抱著一臺42°夾角V型雙缸發動機,排量擴容到1000mL,充足的動力能夠支持它跑到150km/h的速度。比它更大的,則是排量達到1200mL的“大酋長”,一經推出迅速流行于北美洲的廣袤大地,風行于世界各國,從1922年一直生產到1953年,成為印第安黃金歲月中高高豎起的旗幟!

? 霸氣的“火箭三缸”

即使現在發動機的效率已經提升到較高水平,但是排量仍然具有不可忽略的地位,600mL、1000mL、1500mL,甚至超過2000mL。

以巨無霸凱旋“火箭三缸”為例,這是世界上排量最大的量產型摩托車,水平并列三缸發動機的排量高達2294mL,比川崎“火神2000”足足多出241mL,比雅馬哈“大魔鬼”VMAX多出615mL!凱旋深知這臺超大“肚量”三缸發動機的潛能,并通過改進電子燃油噴射系統等措施,榨取出了更多的動力,最大功率達到109kW,特別是最大扭矩令人驚嘆,增強至221N·m!

毫無疑問,“火箭三缸”的力量冠絕同儕:與競爭對手哈雷V-ROD Muscle相比,凱旋的最大扭矩差不多是它的兩倍;與最直接的競爭對手雅馬哈VMAX相比,凱旋的最大扭矩多出50N·m以上的優勢。令人難以置信的是,“火箭三缸”爆發最大扭矩的轉速低至2750r/min——這意味著無論何時何地,無論轉速多低,你永遠不會缺乏力量!

簡單地說,這是真正的“大力狂魔”,超強的扭矩讓騎手充滿自信。事實上,轉速表純粹只是出于滿足騎手的習慣需要,但你會發現根本用不著——無論超車、加速沖刺還是負重爬坡,只需輕擰油門,隨著排氣管中涌出低沉的咆哮,水平并列三缸發動機從容不迫地輸出充沛的動力,那份雍容自若的大將風度和舉重若輕的氣度,中小排量摩托車絕對無法“東施效顰”!

Part B 氣門:多開口,吃得開

眾所周知,四沖程發動機名稱來自于一個循環的四個沖程,即進氣、壓縮、做功、排氣。

其中,進氣沖程是前提和基礎——汽缸里吸入了多少油氣混合物,決定了有多少能源可以燃燒。在同等情況下,汽缸如果能夠吸到更多的空氣,意味著可以燃燒更多的油氣混合物、做更多的功,從而提高發動機輸出功率,正所謂“吃得多干得多”。

但是這并不容易,因為進氣門的開閉時間非常短,特別是高轉速大功率發動機,留給空氣進入的時間更是短得不可思議。比如,現代摩托車發動機達到10000r/min很常見,概略來說,進氣時間只有0.003s!

正因如此,百年來人們持續研究,研發出各種氣門機構,讓發動機在很短的時間里“吃”入更多的油氣混合物,目的就是榨取更強的動力。

? OHV氣門機構

1899年,法國人比歇為了提高發動機轉速和功率,率先推出了頂置氣門機構(OHV)。在頂置氣門機構中,凸輪軸安裝在汽缸的側面下部,通過較長的推桿把搖臂往上推,再通過搖臂向下壓開氣門;氣門則可以設置在汽缸頭上,這樣燃燒室可以優化為半球型或楔型,從而提高了發動機的壓縮比和熱效率,實現高轉速、高功率的目的。在提高轉速和功率方面,頂置氣門機構明顯優于側置氣門機構,發動機的轉速普遍由1200r/min以下提高到6000r/min,功率獲得顯著提高。

在使用OHV氣門機構方面,最典型的莫過于哈雷摩托車了。以新推出的Roadster為例,既沒有采用了“雙散熱”發動機,也沒有安裝液冷V型雙缸,而是一如既往地采用經典的哈雷動力裝置,即液冷、頂置氣門、45°夾角的Evolution——這臺1984年首次問世的V型雙缸發動機流行很廣,很受騎手歡迎,至今產量已經超過一百萬輛!顯然,哈雷Sportster家族仍堅守美式巡航車的傳統,不肯因為性能而犧牲風格,即使是最新車型Roadster也不例外。

這臺V型雙缸發動機的排量為1202mL,具有低轉速強扭矩的特點,騎手將轉速控制在中低轉速范圍時會感到很實用。這顆Evolution發動機已經進化到最新一代,汽缸頭和缸體都采用了鋁合金材料,在減輕質量的同時提高了散熱能力。借助高性能的凸輪和電子燃油噴射系統,Roadster擁有103N·m的最大扭矩達,此時轉速只有區區3750r/min。因此,盡管Roadster凈質量達到249kg,但對于這顆強扭矩的Evolution發動機來說完全不在話下,起步加速時顯得舉重若輕、從容自若!

? SOHC氣門機構

雖然頂置氣門發動機優于側置氣門發動機,但是頂置氣門發動機也有自身局限:由凸輪軸通過氣門挺桿驅動氣門,增加的氣門挺桿相應增加了傳動損耗。上個世紀60年代起,更加先進的單頂置凸輪軸(SOHC)發動機開始大行其道。SOHC與OHV相比,減少了氣門挺桿和相應的傳動損耗,可以設計出更高的壓縮比和發動機轉速,具有動力大、油耗小、易修護的優點。

以“車壇長青樹”SR400為例,自1978年面市以來持續生產和供應,并且一直都得到一幫子騎手的青睞——不多,但也絕對不少!有意思的是,喜歡SR400的,不僅有懷舊情結濃烈的騎手,還有很多80后、90后。換句話說,很多年輕的騎手,都對這款歷史比自己年齡大得多的機器感興趣!

它的恒久魅力很大程度上來源于具有達喀爾拉力賽血統的動力裝置。這顆液冷SOHC大單缸,排量為399mL,具有樸素簡單、皮實可靠、中低轉速動力實用的優點。讓人吃驚的是,SR400居然配置的是反沖啟動。要知道,啟動大單缸從來就不是一件容易的事!不過,雅馬哈為之配置了減壓裝置,讓啟動任務變得輕松:首先,騎手要拉住離合器桿下面的減壓桿,然后打開反沖啟動桿,并輕輕踩壓,將活塞調整至合適的啟動位置。如果你經驗不夠,可通過小視窗觀察活塞位置,當活塞指示器出現在視窗時,這就是合適的啟動位置。現在,你就可以釋放減壓桿了,同時讓反沖啟動桿完全上升回位。這時,請吸上一口氣,因為你的機器已經完全處于待命狀態了!猛然踩下反沖腳踏桿,毫不猶豫地快速踩到底,再迅速收腳。伴隨著“突突突”的震動節奏,這顆歷史超過30年的古老機器,剎那間蘇醒復活!

? DOHC氣門機構

與SOHC相比, DOHC利用兩條凸輪軸來分別驅動進氣門和排氣門完成開閉動作。總體來說,DOHC的好處就是可以輕易的改變進排氣門的開閉時間,每只氣門的慣性質量比較低,因此具有高轉速、大功率的特性,但是結構比較復雜,造價成本較高,維護也比較困難,一般來說用于多缸、大排量的高速發動機。

寶馬“大綿羊”C 650 Sport就搭載了液冷、DOHC 8氣門的并列雙缸發動機,這顆熱情澎湃的動力心臟,讓這只綿羊外冷內熱,胸膛內燃燒著熊熊烈火!這臺動力裝置燃燒高效,動力損失很少,寶馬宣稱這是同級別中效能最高的發動機,最大功率達到44kW(7500r/min),最大扭矩63N·m則在6000r/min時爆發,轉速紅線設置在8500r/min。功率曲線圖顯示,從轉速3000r/min起直到6000r/min,C650 Sport的功率幾乎呈直線式快速增加,沒有一點懈怠;轉速6000至8000r/min,輸出功率都維持在40kW以上!

綿羊變成了駿馬,C 650Sport實現了更有力的起步加速,從靜止加速到100km/h,用時只需7.1秒;尤其是從轉速5000r/min起,勁道明顯增強,5300r/min~7000r/min之間扭矩維持在50N·m以上,給人意到力到的爽快加速體驗!如果直線路段夠長,騎手敢將油門擰到底的話,C 650 Sport可以飆出180km/h的極速!

未完待續......

 
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