“电心”进化论，从机械向智能进化的摩托车发动机（上）

现代摩托车的发动机，与原来的概念相比，已经发展得很远很远。实际上，在基本机械概念的基础上，电子智能辅助装置已经全面渗透到发动机各个方面——化油器已经改成电子燃油喷射系统，钢绳油门已经改为电子油门，动力输出模式调节多重动力特性，可变气门正时系统改变发动机性能，牵引力控制系统干涉动力输出……毫不夸张地说，现代摩托车的发动机已经完全发展为不折不扣的“电心”！

1876年，德国人奥托根据德·罗沙的四冲程内燃机工作原理，设计制造了第一台四冲程汽油内燃机，热效率达到14%，后来又提高的20%以上。这项技术被认为是“自瓦特以来人类在动力方面取得的最大成就”。由此而始，四冲程发动机持续发展进化，演变出各种类型，以不同的性能、特点满足不同的摩托车型。总体而言，摩托车发动机可以概括为两个时代，即以提升动力为目标的机械时代以及以精准掌控动力输出为目标的电控时代。

PART A 机械时代

现代摩托车的发动机，动力欠缺早已不再是问题，如阿普利亚超级跑车RSV4，虽然排量只有1000mL，但是峰值功率已经超越了147kW。不过，对于早期的发动机来说，情况远远没有这么乐观，效率较低，因此发明的各种技术，以及新材料运用等，主要是致力于强化发动机的动力输出。

?按气门机构分类

●顶置气门（OHV）发动机

早在1899年，法国人比歇为了提高发动机转速和功率，率先推出了顶置气门机构（OHV）。在顶置气门机构中，凸轮轴安装在汽缸的侧面下部，通过较长的推杆把摇臂往上推，再通过摇臂向下压开气门；气门则可以设置在汽缸头上，这样燃烧室可以优化为半球型或楔型，从而提高了发动机的压缩比和热效率，实现高转速、高功率的目的。在提高转速和功率方面，顶置气门机构优于早先的侧置气门机构，功率获得显著提高。此外，顶置气门发动机很有个性，具有低转速大扭矩的优势，这也是为什么时至今日，哈雷仍然坚持生产技术“落伍”的OHV发动机缘故。

以哈雷Breakout为例，它搭载了经典的美式V型双缸Twin Cam 103B，其中B指的是平衡轴，所配置的反向平衡轴整饬了V型双缸的振动，因此允许刚性安装在车架上，让骑手清晰感知动力心脏的独特韵律。103指的是排量，103立方英寸相当于1690mL。由于采用了哈雷经典的OHV气门机构，再经由ESPFI电子燃油喷射系统伺服，这台V型双缸发动机可以在低转速时爆发令人吃惊的蛮力，最大扭矩高达129 N·m，此时转速只有区区3000r/min。

与OHV双缸相匹配的是6速传动系统。启动、挂挡、加油，随着喉音很重的咆哮，第一挡加速显得冲劲十足，强悍扭矩通过肥硕后胎传给路面，给你强烈的拉拽感；第二挡同样劲道凶猛，将转速拉高到5400r/min时，速度为105 km/h……由于6速齿轮箱配置了所谓的哈雷巡航驱动，因此转入第六挡时，转速降低了数百转，发动机出力显得从容自若。

●顶置凸轮轴（OHC）发动机

20世纪60年代起，顶置凸轮轴（OHC）发动机开始大行其道。OHC与OHV相比，最大的不同是：OHV是气门的位置在凸轮轴上方，凸轮轴利用气门挺杆驱动气门；OHC则是凸轮轴的位置在气门上方，发动机飞轮通过皮带或链条带动凸轮轴齿轮，从而实现凸轮轴直接驱动气门。因此，OHC比OHV减少了气门挺杆和相应的传动损耗，且可以设计出更高的压缩比和发动机转速，同等排量下OHC发动机比OHV发动机的动力大、油耗小、易修护。现代摩托车配置的基本上都是顶置凸轮轴发动机。

比如本田的单缸机器SH300i，搭载的发动机脱胎于著名越野摩托车CRF250，但排量从249mL扩大到279.1mL，进气系统则由单顶置凸轮轴（SOHC）负责。这颗动力心脏最大功率为20kW（8500r/min），最大扭矩是26.5N·m（6000r/min），不但将竞争对手三阳Citycom 300i、Vespa GTS 300 Super、吉雷拉Nexus 300、雅马哈Versity 300等抛在后头，而且直逼400 mL排量的大型踏板车。据测试，器SH300i起步加速到50km/h耗时不到4s，从50km/h加速到80km/h同样不到4s，从静止加速到100km/h只需10.9s，加速性能冠绝同组别的踏板车！

●双顶置凸轮轴（OHC）发动机

顶置凸轮轴发动机细分为单顶置凸轮轴（SOHC）发动机和双顶置凸轮轴（DOHC）发动机。SOHC是进气门和排气门的开启、关闭均由同一根凸轮轴来完成开关动作；DOHC则是利用两条凸轮轴来分别驱动进气门和排气门完成开闭动作。总体来说，DOHC的好处就是可以轻易的改变进排气门的开闭时间，每只气门的惯性质量比较低，因此具有高转速、大功率的特性，但是结构比较复杂，造价成本较高，维护也比较困难，一般用于多缸、大排量的高速发动机。

1970年，川崎启动了Z1研发项目 (研发代号T103)，虽然动力装置与抢先一步推出的本田CB750相同，都是并列四缸四冲程发动机，但是排量扩大到903mL；更令人吃惊的是，不同于CB750的SOHC气门机构，Z1配置了当时罕见的DOHC气门机构，实现了从低转速到高转速范围内的高性能输出。这是川崎第一次尝试在量产型摩托车上采用DOHC气门机构，当时国际范围内采用DOHC气门机构的量产型摩托车同样属于凤毛麟角。这项当时流行于GP大奖赛的赛车技术，让Z1获得惊人的动力，可以突破200km/h的最高速度，成为当时红极一时的超级摩托车。

?按冷却方式分类

●风冷发动机

所谓风冷发动机，其实就是没有冷却系统的发动机，依靠驾驶时的自然风吹过发动机表面带走热量。为了增加与风接触的散热面积，汽缸表面增加了散热片以提高散热能力。风冷发动机的优势是结构简单，制造成本廉价，质量轻巧。不足之处是不适合做高转速大功率的强化型发动机，此外在交通拥挤的城市也容易出现发动机过热现象。

比如雅马哈复古单缸机器SR400，与高智能化、高性能化的现代摩托车主流背道而驰，搭载的是SOHC 2气门的大单缸发动机。这颗风冷大单缸精心设计了大型散热片，以及银光闪闪的曲轴箱；为了满足排放标准而装备的电子燃油喷射系统，刻意安装在单缸发动机之后，给人似曾相识的化油器感觉。尤其让人吃惊的是，SR400居然配置的是反冲启动——要知道，启动大单缸从来就不是一件容易的事！不过，雅马哈在汽缸顶部右侧设计了小视窗，在左把手上安装了减压阀，再加上新的电子燃油喷射系统之襄助，骑手就能轻松启动399mL的大单缸了。

●油冷发动机

油冷方式最典型的代表就是“铃木高级冷却系统”（SACS），铃木“盗匪”家族大多数成员的发动机都搭载了SACS。所谓“铃木高级冷却系统”，其实就是风冷/油冷双重混合冷却方式。通常高性能发动机均采用液冷方式冷却，但液冷系统机构繁复，不但增加了发动机的重量和维护成本，而且售价水涨船高；但是如果只采用简单的风冷方式，那么又将导致高性能发动机散热困难，特别在交通挤塞的城市更是会让发动机“发高烧”。SACS系统较好地平衡了风冷和液冷的优点，发动机内置兼顾润滑任务和冷却性能的高压机油泵，能将润滑油输送到汽缸头部，并由喷嘴高压喷射至发动机的最热部位，让冷机油带走发动机的热量；同时，已经吸收热量的热机油则继续循环，并通过外置的冷却器得到冷却。这种简单而巧妙的“铃木高级冷却系统”，能够很好地维持“盗匪”并列四缸发动机工作时的“体温”，并将整车成本降到合理范围。

●液冷发动机

由于大排量、高转速、大功率的高性能发动机对散热提出更高要求，风冷方式已经无法满足，这时出现了液冷发动机。液冷发动机配置了散热器，用于吸收、散发发动机的热量。当发动机开始工作时，冷却水通过水泵的驱动流经发动机缸体，吸收并带走热量，然后通过散热片降温后流回，再次经水泵驱动流经发动机缸体，如是循环不已。液冷发动机可以有效防止发动机过热，维持理想、稳定的工作温度，有利于动力输出和延长发动机寿命，缺点是结构复杂，体积较大，造价较高，一般用于大排量、高转速的运动摩托车和豪华旅行摩托车等。

比如宝马R 1200 GS，此前“拳击手”发动机一直采用油冷+风冷的散热形式，但是动力性能在液冷发动机竞争对手面前显得力不从心。为此，新一代将之前的油冷改为液冷，以更高效的散热系统，为强化动力输出的“拳击手”维持良好工作温度。在此前的“油冷+风冷”结构中，机油散热只占22%，空气散热则占了78%；在现在的“液冷+风冷”结构中，液冷散热提高到了35%。当然，经典的造型也不能随便放弃，为此，宝马运用了F1赛车的“准确冷却”理念，即冷却液只对发动机中承受了热应力的零部件进行降温，其他零部件则仍遵循空气冷却的原则。这种做法缩减了散热器的体型，两只迷你型散热器安装得很隐蔽，再加上“拳击手”发动机上仍然保留了大型散热片，因此保持了既往经典造型，不知内情的人甚至不容易发现R 1200 GS已经从“油冷+风冷”改为“液冷+风冷”。

未完待续......

本田CRV进气系统

可变气门升程技术，VTEC辉煌三十年，就是最好？

文/秦明

之前的文章我们提到了发动机的气门正时技术，主要用来控制气门开启和关闭的时间，既然能调节时间，那能不能调节开启和关闭的程度呢？要知道，发动机低速和高速运转下，对于进气量的需求是不同的，高速运转下需要吸入更多的气体，来获得更大发动机效率，所以发动机可变气门升程技术就被发明出来。

可变气门升程技术主要作用就是实现不同工况下，根据需求来调整气门阀开启程度的大小，也就是改变进气行程和排气行程的大小，可变气门正时技术都会不约而同想到丰田的VVT-i，而可变气门升程技术自然不能不提本田的VTEC。

同样的先来了解可变气门升程的结构和原理，之前也讲过，气门的开关主要由凸轮轴旋转对气门顶杆施压，导致气门阀向下运动顶开，气门的开关时间就由凸轮挤压的时间来决定，而气门开关的大小，则由凸轮凸起部分的大小来决定，越大的凸轮自然向下顶开的距离越远。

要知道传统发动机的凸轮轴结构装上去后就不能随意改变大小，凸轮不能一下变大一下变小，所以本田在原来两个低升程凸轮中间又加了个高升程凸轮，也就说单缸一侧有三个凸轮。三种凸轮分别对应另一根轴上三种摇臂，不过高凸轮对应的摇臂并没有与气门接触，而且中间凸轮和两侧凸轮也有着空隙，不是说中间摇臂和两侧摇臂直接相连，这样就保证低速状态下，中间摇臂不会影响到两侧的摇臂，也就不会影响到气门的开启大小。

只有在需要更大的进气量时，摇臂中的圆柱销受到液压器作用，发生位移将中间摇臂和两侧摇臂直接连在一起，中间摇臂对应的凸轮更大，所以能带动两侧的摇臂做更大角度的运动，所以气门开启的行程也就更大。

这两种着不同形状的凸轮，用以达到不同的气门正时和升程。VTEC的RPM阈值相当高-大约为4500 rpm，也就是说日常使用的4500rpm以下，凸轮轴都是在正常工作，在高速下才会VTEC技术才会开始展示并工作。很显然，这样的设计并不能达到气门正时的连续可变，因此VTEC发动机在低速和高速状态下发动机完全就是两种表现，低速下表现得平易近人，高速下却如猛禽野兽一般暴躁。

当发动机转速开始降低时，摇臂内液压也会进行降低，活塞也会退回原位，三根摇臂也进行分开，整个VTEC系统都是由ECU控制，接受发动机各种信号并进行处理，因此就能在发动机不同转速时，由不同的凸轮控制，然后获得所需的动力。

VTEC技术能很好的调整低转速与高转速区间的不同进排气需求，因此能兼顾不同工况下的经济性和性能需求，车辆在怠速以及低速时能耗最低，带来更低的油耗和排放，但在高转区时VTEC的开启又能激发高角度凸轮轴带来马力增加特性，有更激情的驾驶感受。

但同样缺点也很明显，就是只能VTEC技术实现两种调节，并不能实现无级调节，导致两种状态下的差异非常明显，对驾驶人来说，短时间感觉难以适应。

本田VTEC技术达不到无级调节，并不意味着整个汽车行业达不到，宝马的Valve tronic就能够实现无级调节气门行程变化的技术，当然宝马这套系统和本田的VTEC技术相比，改进方向不同，自然结构要更为复杂。

那气门可变升程和气门可变正时两种技术能否同时实现呢？答案是肯定的，两种结构并不冲突，于是本田在2000的时候就将气门正时技术搭载到了VTEC发动机上，成为了后来的i-VTEC技术，再到后来技术不断革新，i-VTEC技术也增加了闭缸、涡轮增压、电子控制气门正时等技术，这也是本田发动机为何如此优秀，甚至被不少用户调侃“买发动机送车”的评价。