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“人是铁,饭是钢”——让发动机多“吃”一点

2022年12月13日 00:53:01
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来源:摩托车杂志

“人是铁,饭是钢,一顿不吃饿得慌”“吃得多,力气大”“吃得多,干得快”……人是这样,机器也是这样。

发动机究其本质来说,实际上是一台能量转化器,将汽油的化学能转化为热能,进而转化为机械能,变成能够驱动车轮旋转、摩托车前进的动力。按照能量守恒定律,抛开能量转换效率和各种过程损失,汽油的化学能在源头决定了动力的最大限值。因此,从理论上来说,如果我们能够在单位时间里,向汽缸中塞入和燃烧更多的油气混合物,就能够输出更多的功率,获得更强的力量。

那么,我们怎样才能让发动机“吃”得更多呢?

扩大排量

排量指的是活塞从上止点移动到下止点所通过的工作容积;如果是多缸发动机,则把所有汽缸工作容积之和称为发动机排量,一般用毫升或升来表示。排量是发动机最重要的结构参数之一,比缸径和缸数更能代表发动机的大小,很多指标都同排量密切相关,包括动力性能。简单来说,在转速相同等同等条件下,发动机的排量越大,表示单位时间内吸入和燃烧的油气混合物越多,燃烧越猛烈,输出的动力越强。

超级摩托车也叫超级跑车,即与参加世界超级摩托车锦标赛(WSB)基本相同的1000mL运动摩托车。WSB不同于MotoGP,所用的赛车必须要有市售版为基础,目前市面上流行的主要有本田CBR1000RR、铃木GSX-R1000、川崎ZX-10R、雅马哈YZF-R1、杜卡迪Panigale、宝马S 1000 RR、阿普利亚RSV4等。

但是,市售版超级跑车并不给赛车手用于竞逐WSB比赛的,而是给骑手骑的!换句话说,WSB的赛车要求排量控制在1000mL,但是市售版超级跑车并没有这个限制啊,何必要画地为牢、作茧自缚呢?

因此,不少厂家就打破这个无谓的排量限制,推出了排量超过1000mL的超级跑车,目的是为了获取更加理想的动力性能。比如,2018年杜卡迪推出了全新超跑Panigale V4,采用了81mm×53.5mm的缸径和冲程,这样排量就达到了1103mL。这款V4发动机排量比MotoGP赛车多出103mL,也不符合超级摩托车锦标赛的规则,显然杜卡迪并不准备让Panigale V4上赛道,而是用于公路追风逐云。更大的排量,效果显而易见,那就是更强大的动力!

既然杜卡迪这样玩,阿普利亚就以其人之道还以其人之身,迅速将排量999mL的V4发动机,升级为1100mL级!与1000mL的同门兄弟RSV4 RR相比,排量更大的RSV4 1100 Factory采用了81mm×52.3mm的缸径和冲程,即冲程不变但缸径扩大了3mm。由此,阿普利亚的新一代跑车获得了1077mL的排量。为了支撑高转速大功率输出,这颗动力心脏的V型夹角扩大到65°,允许工程师获得充裕的空间来优化进气道,以榨取发动机最高效能。同时配用了可变长度进气管,当发动机处于中低转速工作状态时,进气管长度最大,以优化扭矩输出;当发动机处于高转速时,ECU发出指令压缩长度,加快进气速度,榨取酣畅淋漓的高功率!最终,这颗液冷、DOHC 16气门的动力心脏,爆发出异常强劲的能量,最大功率飙升至159.6kW(13200r/min),最大扭矩则为122 N·m(11000r/min),强大的动力足以让这款超级跑车纵横公路、睥睨群豪!

提高转速

发动机转速指的是曲轴每分钟转了多少圈,是衡量发动机动力性能的重要参数。我们知道,四冲程单缸发动机的1个工作循环需要完成吸气、压缩、做功、排气4个冲程,需要曲轴旋转2周,换句话说单缸发动机转速的一半就是吸气次数。举例来说,两颗同样的四冲程单缸发动机,第一台转速是6000r/min,每分钟吸气3000次,第二台转速是12000r/min,每分钟吸气6000次,因此后者在单位时间内吸入的油气混合物明显增多,吃得更多,相当于变相地增加了排量,因而能爆发更大的能量。

雅马哈SR400是彻底的古典主义者——古香古色的喇叭形消声器,在阳光下闪烁出耀眼光芒;由于采用了白金等贵金属纳米薄膜,能够持久保持美感。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;前叉的防尘橡胶套、后部的双筒减震器、钢丝辐条轮辋、后轮大制动鼓……恍惚间,让人回到了上个世纪七八十年代!

SR400的动力心脏,同样渗透了强烈的古典理念,单缸,风冷,大型散热片,SOHC 2气门,发动机没有安装平衡轴,发动机和车架之间没有减震橡胶基座,甚至没有电起动!在动力性能方面,这台排量达到399mL的大单缸发动机,在转速6500r/min时输出最大功率17.1kW,最大扭矩则为27.4N・m(3000r/min)。

与之形成鲜明对比的则是高转速的KTM DUKE 390。搭载的同样是单缸发动机,373mL的排量甚至比SR400少了26mL,但是高转速的效果完全不一样!这台液冷、DOHC 4气门单缸发动机,汽缸头借鉴了“大哥” 1290 SUPER DUKE R,4只气门由DOHC和超硬渗碳的凸轮随动器驱动,胜任高转速工作环境;安装了锻造活塞,减少了往复质量;汽缸壁上电镀了镍硅碳化物,降低了摩擦,提高了散热能力;精心匹配的平衡轴,让发动机运行平稳,有效抑制了单缸震动。在博世电子燃油喷射系统的辅助下,DUKE 390迸发出令人吃惊的能量,在转速9000r/min时输出最大功率32kW,最大扭矩则为37N·m(7000r/min),动力性能冠绝同级别的竞争对手!

增加进气压力

常见的发动机增压器有两种,分别是机械增压器和涡轮增压器,前者的工作动力来自于发动机,后者则是借助排气管的高速气流来驱动涡轮。安装在发动机上的增压器,其实是一种强制进气的装置。在不改变发动机排量的前提下,安装了增压器的发动机,比起自然吸气的发动机,能在相同的时间内,向汽缸内更快、更密实地塞入油气混合物,实现更高的进气效率。通过增压装置,让汽缸内油气混合物的密度增加了,实际上相当于让发动机“吃”得更多,因此燃烧时能爆发更强的动力。

阿普利亚的“雷霆”Tuono向来高调,特别是在将并列四缸发动机排量扩容到1100mL后,更是凭借129kW(11000r/min)的最大功率和121N·m(9000r/min)的最大扭矩傲立潮头,成为异常火爆的超级街车。

但是,川崎采取了另外一种办法,不动声色地将一众超级街车抛在后头,这就是搭载了增压发动机的Z H2。这颗动力心脏是液冷、DOHC 16气门的并列四缸发动机,排量为998mL,焦点在于采用了独门秘藉机械增压器,压气后进气压力进一步提高,在相同时间内压入更多的气体,榨取更多的能量!需要指出的是,这颗动力心脏并不是原原本本地从Ninja H2上搬过来,而是做了较多修改,川崎标榜为“第二代平衡机械增压发动机”。与第一代定位不尽相同,第二代平衡机械增压发动机着眼于真实世界的公路需求,尽管并列四缸外形依然如故,但是内心已起波澜——叶轮、进气系统、排气系统、活塞、汽缸、汽缸头、曲轴、凸轮轴、扼流阀体等都是新的设计,齿轮比也做了修改。结果,Z H2 在低转速时获得了更强的扭矩输出!换而言之,Z H2在维持高输出动力之外,强化了中低转速范围内动力线性输出,易于骑手精准掌控。

采用了机械增压的Z H2动力澎湃,让998mL的并列四缸迸发出超强动力,最大功率达到147.1kW(11000r/min),最大扭矩则为137N·m(8500r/min)!为了帮助骑手更好地掌控这台增压发动机的力量,川崎工程师为Z H2配置了3种动力模式。在全动力模式,并列四缸发动机动力输出酣畅淋漓,让运动型骑手充分体会到机械增压的强大魅力和刺激。适中模式则突出动力输出的平顺特性,适合高速巡航,此时动力输出限制在75%。低输出模式下,发动机动力降到了73kW,适用于城市街道、雨天路面等较复杂的路况,以增加行车安全系数。

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