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藏在参数里的秘密(上)

2022年04月05日 07:36:03
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来源:摩托车杂志

凸轮升程是什么意思?

气门重叠角对不同车型有哪些影响?

较大的前伸角和拖曳距对应于怎样操控性能?

跑车和旅行车的人机三角设置有什么不同?

整备质量、净质量、有效载荷、总质量分别指的是什么?

……

概念和操控,

参数和性能,

它们之间存在怎么样的密切关联?

摩托车是机器,是工业产品,强调数据量化,用各种概念、参数来定义、描述性能,如前伸角、拖曳距、轴距、人机三角、净质量和整备质量、气门重叠角、凸轮升程、功率、扭矩……但是,摩托车又是骑手座驾,需要给骑手更丰富的反馈信息、更多的体验,而那些数据过于生硬,过于冰冷,让人难以理解。到底,摩托车的这些概念用来描述什么功能?这些参数指标又与怎样的性能对应?让我们通过“以车说法”,探寻摩托车重要概念和参数背后的故事。

凸轮升程

在发动机中,凸轮轴的主要功能就是开启和关闭气门。由于气门运动规律直接关系到发动机的动力性能和输出特性,因此凸轮轴对于发动机的重要性不言而喻。其中,凸轮升程是凸轮轴的关键部件,指的是相对凸轮轴中心来说最高点与最低点的距离差。作个形象比喻,凸轮升程就像是大门开度:大门开度越大,方便人流进出的能力就越强;同理,凸轮升程越高,油气混合物进入发动机、废气排出发动机的能力也越强。

宝马R 1250 GS是灵活运用凸轮升程的典型案例。从上一代R 1200 GS到最新一代R 1250 GS,从名字变化我们就可以看出,“拳击手”又长个子了。的确,这台液冷、DOHC 8气门的水平对置双缸发动机,缸径和冲程从之前的101 mm×73mm,修改为102.5 mm×76 mm。相应地,排量也是水涨船高,达到了1254mL,比上一代多出了84mL。令人吃惊的是,尽管排量的增长,对于这位魁伟的“拳击手”来说,只是增加了些零头,但是提升动力的效果却超出预期:最大功率增加到100kW(7750r/min),多出了8kW;最大扭矩的变化更是显著,达到了143N·m(6250r/min),增长了18N·m!

显而易见,这是不寻常的投入产出比。事实上,排量的些微增长只是表面情况,真正让这位“拳击手”变得更加生龙活虎、精力暴涨的,更大程度上要归功于“秘密武器”的使用——宝马摩托车首次引入的可变凸轮技术。这位“拳击手”依然采用双顶置凸轮机构。但是如果你仔细观察,就会发现内藏玄机,即每只进气门由2只凸轮来伺服!当转速较低时,由升程较小的凸轮伺服,目的是强调充分燃烧,提高燃油经济效率。而且,此时动力输出比较均衡平顺,易于精细掌控,适合慢速通过复杂地带。当转速较高时,则由较大升程的凸轮伺服,目的是榨取强劲的动力,实现猛烈的加速,适合高速疾驰。

宝马声称,可变凸轮技术实现了多个优点,不仅把“拳击手”的怠速降低了100r/min,而且能够在全转速范围内,增强的动力输出。在转速低至2000r/min时,这颗水平对置双缸发动机已经能够爆发110N·m的强劲扭矩;从转速2000r/min到8250r/min,输出的扭矩都在110N·m以上;在3500r/min到7750r/min之间,更是维持在120N·m的高出力状态!因此,无论低速通过复杂地带高速飙驰在阳关大道,无论是携带朋友出游还是满负辎重,R 1250 GS都显得更加给力,让骑手充满自信地开启探险征程!同样让人高兴的是,尽管新一代“拳击手”排量更大,出力更多,但是油耗反而下降了4 % ,实现了既要跑得快又要吃得少!

气门重叠角

我们知道,四冲程发动机每个完整的工作循环包括四个行程,分别是进气、压缩、做功、排气。其中,进气冲程时进气门打开、排气门关闭,油气混合物进入汽缸;排气冲程时进气门关闭、排气门打开,燃烧后的废气排出汽缸外。理想状态下,进气门和排气门依次开闭,即不会产生同时开启的情况。但是在发动机实际工作中,进气门和排气门的开启有一定的交叉,这种交叉程度通常曲轴转角来表示,这就是气门重叠角。一般来说,高转速发动机对气门重叠角的要求较高,越是高转速大功率发动机,气门重叠角越大。

我们来看看气门重叠角的案例Monster 1200。杜卡迪怪兽(Monster)自1993年面市以来,就以裸露的NK造型、强烈的个性特征、敏捷的操控和舒适的乘骑,成为万千骑手竞相追逐的骏马。2020年,杜卡迪推出了更酷、更劲的Monster 1200,以更滂沛的动力输出、更灵活的运动身手、更冷峻的个性造型,在公路上掀起黑色风暴!

Monster 1200拥有凶猛的动力,移植了来自杜卡迪超级跑车1198的动力装置。这台L型双缸发动机采用了106mm×67.9mm的缸径和冲程,排量为1198mL。当然,由于定位不同,杜卡迪工程师对Monster 1200的动力心脏作了深度改造,核心之一就是调整气门重叠角。由于超级跑车1198定位于竞技,要求做到高转速大功率,因此采用了41°的气门重叠角,充分挤榨L2发动机的每分潜能,最大功率达到125kW(9750 r/min),最大扭矩则为131.4N·m(8000r/min),足以与来自日本的并列四缸超级跑车一争雄长。Monster 1200的主要阵地是公路行驶而不是赛道,考虑到超级跑车1198的动力过于偏激,

为了提高动力的友善性,杜卡迪工程师减少了发动机的气门重叠角,从之前的41°降低到11°。相应地,峰值动力有所下降,最大功率和最大扭矩分别为108kW(9250r/min)和124N·m(7750r/min)。降低气门重叠角的发动机虽然略微减少了峰值动力,但是让全转速范围内运转更流畅、中段转速动力更丰沛,让街道、公路行驶得心应手。同时,杜卡迪工程师还作了同步改进,如燃油喷咀的位置从之前的喷向相对较冷的进气道壁,改为直接喷向相对较热的进气门,此举增强了燃油的雾化效果;引进了双火花塞点火,在更短的时间内实现了充分燃烧;在排气系统内置了电控阀门,能根据自动调节开启角度,从而在全转速范围内优化了排气压力等。因此,Monster 1200的动力心脏继承了超级跑车血统,同时针对NK街车定位做了优化调整,通过减少气门重叠角等措施,突出强劲实用的扭矩,进一步增强了公路行驶的乐趣。

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