四沖程發動機的名稱來自于發動機一個循環的四個沖程,即進氣、壓縮、做功和排氣。其中,進氣行程是發動機運轉的前提和基礎,氣缸內吸入多少油氣混合物決定了燃燒多少能量。在同樣的情況下,如果氣缸能吸收更多的空氣,就意味著可以燃燒更多的油氣混合物,并做更多的工作,從而改善發動機的傳動性能。輸出功率,所謂“吃得多,干得多”,但這并不容易,因為進氣門的開啟和關閉時間非常短,特別是對于高速和大功率發動機而言,留給空氣進入的時間非常短。
比如,現代摩托車發動機轉速達到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,研發出各種裝置,讓發動機呼吸得更多、更深、更順暢,目的就是榨取更強的動力!
(1)單氣缸
單氣缸是所有發動機的基本起點,也是發明摩托車發動機時采用的排列方式,不同型式的發動機都是由不同數量的單缸布置而成。由于曲軸需要旋轉兩周才會燃燒做功一次,因此工作的流暢感不佳,駕駛者會很清楚地感受到氣缸內的活塞上下運動的振動。從表面上看,在性能上是缺點,但在主觀情感上有的車迷卻偏愛這種感受。知名摩托車品牌
優點:價格便宜、造型簡單、風阻和外形尺寸小。由于曲柄軸長度較短和發動機寬度窄,氣缸低,有利于發動機傾斜轉向,為駕乘者提供輕快的乘騎感受。此外,單缸發動機還比多缸發動機較省油。
缺點:燃燒效率會隨著燃燒室容積的增大而不斷下降。加上排氣量越大,發動機活塞越大,其重量也隨之增加,造成轉速不能設計過高,限制了大功率的輸出。單缸發動機常見于小排量(一般不大于125ml)摩托車或以輕巧為上的各種車款。
(2)并列(平行)雙缸
簡單來說,并列雙缸發動機可以想象為把兩個單氣缸發動機連接在一個180o的曲軸上。當一個活塞在上止點時,另一個活塞則在下止點位置(少數發動機如本田CD250除外)。由于兩氣缸活塞上下運動慣性差不多,可以互相抵消,因此運動零件引起的震蕩較單缸少。
優點:在同一排量條件下,燃燒速率較單氣缸發動機為好,發動機部件的重量和體積均細小,有利于作較高轉速的功率發揮,化油器和進氣管的布局也較簡單。民族品牌
缺點:由于氣缸數的增加,相應的曲軸、氣缸、活塞、活塞環、活塞銷等零件數量就會增加。此外,像化油器、氣缸蓋、曲軸、進排氣系統等專用零件的結構要比單缸機更加復雜,這無疑使得雙缸機的制造成本會大大高于單缸機,而且由于零件數量的增加,會導致發動機的故障點增多,再加上增加了調整雙缸機的平衡,因此使用維護也更復雜。
(3)V型雙缸
氣缸呈V型布置的發動機,可以從簡單的V2發動機說起。不同的氣缸V型夾角,可使發動機產生很大的變化。夾角越小,工作越不流暢,這也是美式巡航車營造強烈節奏感的源頭。
優點:使對向布置的連桿都裝在同一個曲柄銷上,減少了曲軸的長度,有利于減小發動機體積并使之輕量化,營造輕巧的轉向特性。V2發動機的工作順暢程度一般以90o夾角最為流暢,所以高性能的V型發動機跑車多以90o夾角布置。因為在V型夾角的開闊空間里可以放置化油器等附件,利用V型氣缸不同軸向運轉動作來相互抵消因活塞上下運動而產生的振動,這對于轉速在10000r/min以上的發動機,此方案特佳。
缺點:制造較為昂貴、結構比較復雜。雖然化油器或電子燃油噴射系統可以放在V2的夾角中,但后排氣缸的排氣、排氣系統的布置和散熱效果都是V型發動機常見的問題。如果把V型夾角做成70o~75o時,和90o夾角相反,發動機便發出“噠、噠、噠”有規律的振動聲,這種振動能一直傳遞到騎手的身體。美國名車哈利V型雙缸摩托車就是這樣,當夾角只有42o時,排氣聲更使人感到像馬蹄聲一樣,這就是哈利迷們如癡如醉的哈利聲浪。
(4)水平對置雙氣缸
水平對置的雙氣缸發動機夾角為180o,兩個活塞連桿分別裝在兩個相位角差180o的曲柄銷上,形成一個絕佳的活塞慣性抵消作用。由于兩個活塞猶如拳擊手搏擊般運動,因此,人們都習慣稱這種發動機為Boxer(意譯為拳師)發動機,也稱拳擊手。
優點:發動機的重心低,在彎道中的操控穩定性十分優良。由于兩個氣缸橫向延伸,風冷效果顯著,維修也較方便。水平對置雙缸機因其活塞頂正面相對,像兩個拳擊運動員對打一樣,活塞和曲軸的慣性力能被對向布置的兩個氣缸抵消而過到平衡。從力學上,慣性力的一階振動和二階振動都能完全平衡。而且兩個氣缸的點火間隔相等,以上兩點都有助于提高發動機的平穩性,因此,從平衡角度來看,這是一種很好的結構型式。
缺點:因這種發動機采用頂置式氣門,所以不能用于高速發動機(如果凸輪軸上置便可用于高速機,但左右各需要一個傳動鏈)。發動機橫向體積巨大,如果不幸發生事故,發動機容易受到結構性傷害,尤其是轉彎時,若車身過分傾斜,氣缸蓋容易擦地損壞機件。