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浅谈四冲程摩托车发动机的种类和特点(上)

2009-4-14  来源:摩托车信息 阅读次数:32043
众所周知,发动机摩托车的心脏。当您讨论一辆摩托车的性能时,话题一定会讨论到发动机。这是因为人们在驾乘摩托车的过程中,始终以肉体直接感受到发动机运动时的振动、热力和排气声音。发动机作为摩托车重量最重的组件,它的重量和重心都会直接影响驾乘者的操控乐趣。其实,直接影响驾乘者操控乐趣的关键是发动机的布局,各式各样的气缸布局使无数车迷为之倾倒,这是汽车所望尘莫及的。当然,这里还存在一个敏感的成本造价问题。本文拟就四冲程发动机气缸的排列方式和优缺点,以及大家普遍关心的一些热门话题展开讨论。

一、单气缸

单气缸是所有发动机的基本起点,也是发明摩托车发动机时采用的排列方式。不同型式的发动机都是由不同数量的单缸布置而成。由于曲轴需要旋转两周才会燃烧做功一次,因此工作的流畅感不佳,驾驶者会很清楚地感受到气缸内的活塞上下运动的振动。从表面上看,在性能上是缺点,但在主观情感上有的车迷却偏爱这种感受。

优点:价格便宜、造型简单、风阻和外形尺寸小。由于曲柄轴长度较短和发动机宽度窄,气缸低,有利于发动机倾斜转向,为驾乘者提供轻快的乘骑感受。此外,单缸发动机还比多缸发动机较省油。

缺点:燃烧效率会随着燃烧室容积的增大而不断下降。加上排气量越大,发动机活塞越大,其重量也随之增加,造成转速不能设计过高,限制了大功率的输出。单缸发动机常见于小排量(一般不大于125ml)摩托车或以轻巧为上的各种车款。

二、并列(平行)双缸

简单来说,并列双缸发动机可以想象为把两个单气缸发动机连接在一个180º的曲轴上。当一个活塞在上止点时,另一个活塞则在下止点位置(少数发动机如本田CD250除外)。由于两气缸活塞上下运动惯性差不多,可以互相抵消,因此运动零件引起的震荡较单缸少。

优点:在同一排量条件下,燃烧速率较单气缸发动机为好,发动机部件的重量和体积均细小,有利于作较高转速的功率发挥,化油器和进气管的布局也较简单。

缺点:由于气缸数的增加,相应的曲轴、气缸、活塞、活塞环、活塞销等零件数量就会增加。此外,像化油器、气缸盖、曲轴、进排气系统等专用零件的结构要比单缸机更加复杂,这无疑使得双缸机的制造成本会大大高于单缸机,而且由于零件数量的增加,会导致发动机的故障点增多,再加上增加了调整双缸机的平衡,因此使用维护也更复杂。

三、V型双缸

气缸呈V型布置的发动机,可以从简单的V2发动机说起。不同的气缸V型夹角,可使发动机产生很大的变化。夹角越小,工作越不流畅,这也是美式巡航车营造强烈节奏感的源头。

优点:使对向布置的连杆都装在同一个曲柄销上,减少了曲轴的长度,有利于减小发动机体积并使之轻量化,营造轻巧的转向特性。V2发动机的工作顺畅程度一般以90º夹角最为流畅,所以高性能的V型发动机跑车多以90º夹角布置。因为在V型夹角的开阔空间里可以放置化油器等附件,利用V型气缸不同轴向运转动作来相互抵消因活塞上下运动而产生的振动,这对于转速在10000r/min以上的发动机,此方案特佳。

缺点:制造较为昂贵、结构比较复杂。虽然化油器或电子燃油喷射系统可以放在V2的夹角中,但后排气缸的排气、排气系统的布置和散热效果都是V型发动机常见的问题。如果把V型夹角做成70º~75º时,和90º夹角相反,发动机便发出“哒、哒、哒”有规律的振动声,这种振动能一直传递到骑手的身体。美国名车哈利V型双缸摩托车就是这样,当夹角只有42º时,排气声更使人感到像马蹄声一样,这就是哈利迷们如痴如醉的哈利声浪。

四、水平对置双气缸

水平对置的双气缸发动机夹角为180º,两个活塞连杆分别装在两个相位角差180º的曲柄销上,形成一个绝佳的活塞惯性抵消作用。由于两个活塞犹如拳击手搏击般运动,因此,人们都习惯称这种发动机为Boxer(意译为拳师)发动机,也称拳击手。

优点:发动机的重心低,在弯道中的操控稳定性十分优良。由于两个气缸横向延伸,风冷效果显著,维修也较方便。水平对置双缸机因其活塞顶正面相对,像两个拳击运动员对打一样,活塞和曲轴的惯性力能被对向布置的两个气缸抵消而过到平衡。从力学上,惯性力的一阶振动和二阶振动都能完全平衡。而且两个气缸的点火间隔相等,以上两点都有助于提高发动机的平稳性,因此,从平衡角度来看,这是一种很好的结构型式。

缺点:因这种发动机采用顶置式气门,所以不能用于高速发动机(如果凸轮轴上置便可用于高速机,但左右各需要一个传动链)。发动机横向体积巨大,如果不幸发生事故,发动机容易受到结构性伤害,尤其是转弯时,若车身过分倾斜,气缸盖容易擦地损坏机件。

对Boxer发动机最为津津乐道的是宝马摩托车,除了各代F650和C-1系列之外,几乎所有宝马摩托车仍然使用这种发动机。倘若您骑在宝马车上,会发现左右两气缸中心线并不在一条线上,而是前后错开一定的距离,气缸下的左右踏板也是前后错开的。我国早期生产的长江CJ750跨斗式摩托车就是采用这种水平对置双缸机。总而言之,装用水平对置双缸发动机的摩托车,是在高速路上做长途旅行最适宜的车型。

五、并列3气缸

可以想象,为把3个单气缸发动机连接在一个120º的曲轴上,它需要糅合单缸和多缸发动机的优点,在重量和运动性能方面提供一个中间的落脚点。

优点:以并列3气缸为例,制造成本比V3发动机便宜,随着电脑加工中心CNC技术的发展,制造标准的120º曲轴已经非常容易。并列3气缸发动机的性能比并列双气缸要好,但重量却比直列4缸或V4发动机轻许多,成本也低不少。再有,曲柄旋转的惯性效应较4缸发动机低,能为大排量摩托车提供较为轻快的驾乘感受。

缺点:发动机的工作流畅仍不及4缸以上的发动机,曲轴相位的准确度也需要技术调校。目前仍沿用3缸发动机的摩托车主要以英国凯旋Triumph为主流,并为其树立了独特风格的卖点。


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