摩托车引擎介绍之动力之心

当人类首次将汽油引擎装置在脚踏自行车上，便为这如今最为普遍的交通工具之一—摩托车，揭开了序幕，人类的生活从此开始不同。引擎，是摩托车的心脏，动力的来源，也是决定一台车的性格之最大因素。

邦小白在新春佳节期间给邦客带来一系列针对摩托车动力心脏的介绍，今天我们从马力及扭力的概念出发，了解一辆车，就从动力开始吧！

马力

是引擎的最重要性能指标：每一台车在出厂时，必定会标明本车所搭载引擎的马力输出，给予买家做为基本的参考。马力是什么，又该如何看待这项数据呢？

对于汽油引擎来说，进气、压缩、爆炸、排气是最基本的四大行程，在爆炸的过程中，储存在汽油中的化学能量便以燃烧的方式释放，直接施予活塞压力，并借由机械元件曲轴输出转动的能量。

非也！这里所说的转动能量，是否就是马力了呢？非也！马力是带有单位时间之内的概念，正确的说法是在某一段时间内，引擎所爆发的能量。举例来说，从甲地移动至乙地必须耗费五百单位的能量；若一台装置A引擎的车能在一小时内完成，而另一台相同的车装置B引擎却只要三十分钟便可到达。虽然输出的能量是相同的，但是能在较短时间内完成的引擎便具有较大的马力。

BMW S1000RR 可输出193匹马力

一般摩托车在上市时，车厂便会为车辆标注引擎的最大马力数据。以TRIUMPH跑车DAYTONA 675为例，经过实测，该车的最大马力值111.1HP（匹），同时注明了输出转数为12,600rpm。这也意味着111.1匹马力的最大值只会在超过一万两千转时输出，在低于七千转之下时，本引擎所输出的马力值甚至不到最大马力的一半。

DAYTONA 675之动力实测曲线图

这便是汽油引擎的基本特性：高转速域有高马力输出的特征。同时也造就了许多人所认知的骑行乐趣之一：动力的掌控。正是因为引擎的动力如此难以捉摸，因此了解动力特性，也成为操控摩托车的基础。

许多人也许曾经被许多的马力单位弄得晕头转向，例如德制马力、日制马力及PS、HP 等等名词。其实，不同的马力单位源自于各国不同的测试标准，例如日本便是采用JIS 所制订的测试标准，而美国则是采用SAE 所制订的测试标准。

以目前的状况，世界各国的测试标准已经几乎接近统一，仅剩下德国所采用的测试标准较为不同，但实际数据仍相差不多。在计较不同单位的马力数据时，不如参考实际加速性能表现，会更加直接。

扭力

常见的单位是牛顿米（Nm）及千克米（Kgm），两者在摩托车的规格表中皆能找到，也能透过简单的计算来作换算，只要将千克米的数据乘以9.8，便可以得到以牛顿米为单位的扭力数据。

引擎中，不论是曲轴、离合器、变速箱、甚至轮胎都是以转动的方式输出动力，因此必须以扭力来表示输出力量的大小。

扭力 VS 马力

在任何引擎转速之下，当时所输出的马力即等于扭力乘上当时的引擎转速。

马力＝扭力×转速

高转速大马力的车款中，我们一起来看看MV AGUSTA 的F4 RR，F4 RR使用直列四缸的引擎，排气量为998cc，在引擎完全轻量化及零件强化之后，将出力转速调至一万转以上。同时也将缸径及冲程设定为79mm 及50.9mm，也就是俗称的短冲程引擎，更有利于高转速域出力。最后经过进气及排气系统的调校，将引擎的最大扭力调校至9,200rpm，最大马力更延伸至13,400rpm，可爆发201匹马力。F4引擎历年来维持排气量，但不断提高缸径、降低冲程，使高转马力继续攀升！

MV AGUSTA F4 RR

引擎的最大扭力在高转速域时爆发，乘以引擎转速之后，便能得到较大的引擎马力。同样的状况也应用于MotoGP 125摩托车，虽然排气量仅有125cc，但经过调校之后，可在超过一万转之后输出50匹马力以上之动力，再经过计算严密的变速箱传递及风阻测试后，极速可高达220km/h以上。

MotoGP125

我们接着来看看MV AGUSTA F4 RR这台超级跑车的扭力数据，其所公布的最大扭力111.7Nm是在高达9,200rpm的引擎转速所发挥的。不论是低于9,200rpm或是高于9,200rpm，引擎皆无法输出比111.7Nm更大的扭力。

MV AGUSTA F4 RR

扭力可以说是引擎爆炸燃烧情形的代表，燃烧状况越好、爆炸所产生的力量越充足，活塞获得的下压力量也就越大，经过曲轴的旋转，输出的扭力自然也就越大。每颗引擎除了依照排气量会有扭力大小的不同之外，其最大扭力所输出的引擎转速也会略有不同。

DUCATI S4R

F4 RR高达9,200rpm 处才输出最大扭力，而排气量相仿的DUCATI街车S4R则在7,000rpm 时，输出最大扭力99.1Nm，相较之下，转速低了许多。不同的引擎都有其相对较好的燃烧时机，若希望能兼顾高转速域及低转速域，便需要靠着可变机构来达成，例如可变气门、可变进气歧管等，将两种引擎设定放于同一颗引擎，制造宽广的高扭力输出带。

轴动力 VS 轮动力

车厂开发引擎时将引擎取轴直接连接动力机测试

在拿到一台新车的马力、扭力数据之前，必须先了解这数据是属于所谓的轴输出或轮输出动力。

· 轴动力：从曲轴量测的动力数据。

一般而言，若没有特别强调说明，则车厂所提供的动力数据皆是从曲轴量测得到的，是将引擎直接连结动力测试机，直接跑出数据。轴输出的动力，不会经过传动系统，完全只是属于引擎的性能表现。

·  轮动力：从轮胎量测的动力数据。

马力：若是经过传动系统而从轮胎测得轮输出马力，则不论是齿轮传递或是皮带传递都会有一定比例的损耗。

扭力：经过传动系统的传递之后，至少会有两次以上的减速放大，造成轮输出扭力虽然会比轴输出有所耗损，但经过减速之后，数据反而会被放大。轮胎虽然转的没有引擎这么快，但扭力却因此被放大了。若将一台档车放上马力机，来测试轮输出动力，则会发现在低档位时，后轮输出的扭力明显要高于高档位，而马力部分则是较为接近。

以四冲程引来说，曲轴旋转两圈，引擎才会爆炸一次输出动力💥。四缸及双缸的引擎相对于单缸引擎便有分散爆炸点的优点，多缸车可以支配不同汽缸在不同时机输出动力，也因此可以采用惯量较小的飞轮，引擎转速也可以提升地更快。这也是多缸引擎震动较小的原因之一，而单缸或是双缸的引擎便会有独特的震动感受。

单 缸

对于单缸引擎来说，运转时会有较大的震动，必须依靠平衡轴的设计来减轻。动力输出来说，则强调低转的充足扭力，高转马力则相对较小。

单缸发动机可谓是结构最为简单的机型，不过这并不代表单缸发动机只适用于入门的低端车型，很多中高端车型也有大单缸发动机。

整体来说，单缸发动机更适合街车或者越野车型，比如KTM的390 Duke和690 Duke，铃木的Boulevard S40或者雅马哈的SR400，当然还有数目众多的踏板车型都采用的是单缸发动机。

并 列 双 杠

并列双缸发动机一直以来都是主力机型之一，凯旋在1937年的Speed Twin车型上就已经将并列双缸发动机投入运用，并列双缸发动机也是众多摩托车厂家必备的机型之一。

直到今天依旧有很多厂家将并列双缸发动机当做中端车型的主打动力，比如本田的NC700、Africa Twin，宝马的F800系列以及川崎的EX500、Ninja650等等。

对 置 双 缸

宝马的水平对置双缸发动机也是历史上浓重的一笔。由于引擎采水平放置，使整车重心降低。动力输出方面，则具备强劲的低转扭力及独特的排气浪声。

在水冷发动机普及之前，水平对置发动机的优势在于能够让两个或者四个甚至六个气缸都能够得到足够的空气来冷却，冷却效率更高。

V-Twin

如果没有V-Twin发动机，美国的摩托车行业绝非当今的繁荣状况，从哈雷戴维森到印第安再到胜利摩托，他们都是主打V-Twin动力的摩托车厂家。

此外杜卡迪和摩托古兹也使用90度夹角的V-Twin发动机，日系摩托车制造商都有搭载V-Twin发动机的产品，KTM和阿普利亚同样如此，要问为什么V-Twin运用如此广泛，当然是这款机型集百家优点于一身，动力、声音、经济性以及美学都在V-Twin上得到升华。

三 缸

以同样的排气量而言，三缸车的引擎特性恰巧介于双缸车及四缸车间。具有饱满的扭力，在高转速也有充足的马力。早在上世纪90年代，凯旋就已经推出了搭载直列三缸引擎的车型，并且将其发扬光大，随后奥古斯塔也迅速跟上，现在连雅马哈也开始在三缸发动机上做功课了。

三缸发动机能够获得比双缸发动机更好的动力表现，并且平顺性和排气声浪都有了改善，同时也要比四缸发动机更经济并且占用的空间也更小。

V4

紧凑的V4发动机也曾是格林披治赛场上的明星，V4发动机造就很多优秀的赛车，尤其是500cc的两冲程级别。

此外V4发动机在民用街车中也有着广泛的运用，比如Interceptor、Magna、Motus、ST1100和 VMAX车型等。其中最为知名并且特别的还当属本田NR750车型所使用的那台V4发动机，这台引擎采用了目前唯一也可能永远都是唯一的椭圆形活塞。

直 列 四 缸

直列四缸发动机无论是在汽车领域还是在摩托车领域都是比较成熟的机型。摩托车上的直列四缸常见于仿赛车种及超级跑车，注重于高转马力的调校。

本田在1969年推出的CB750车型是国内车友较早接触的直列四缸车型之一，但实际上直列四缸的运用更早可以追溯到50年代，奥古斯塔的直列四缸赛车在格林披治大赛中取得了很大的成功。在民用领域，直列四缸也被很多厂家采用过包括印第安和Pierce（上图）。

对置四缸/六缸

本田的工程师对于发动机的设计有着非常深厚的功力，自从1975年之后，搭载了水平对置四缸和六缸的Gold Wing车型就成为了畅销车款之一，此外还有一些同样使用了对置引擎的F6B、Rune和Valkyrie。

除了本田，Brough Superior更是“奇葩”的推出了一款竖向排列的对置四缸引擎（上图），而非传统的水平对置。

直 列 六 缸

说道直列六缸，很多邦客肯定会率先想到宝马，在汽车领域中宝马的直列六缸引擎的确是早几年宝马的精髓所在。在摩托车领域中，宝马依旧是将直列六缸发动机发挥到极致的厂家，比如K1600车型。

这个级别的发动机竞争最为激烈的时期还当属上世纪七八十年代，贝纳利、本田和川崎（上图）都有各种版本的直六机型，不过其中最让对手头疼的还当属本田的RC166赛车，搭载了一台不足250cc的直六引擎并能驰骋赛场如入无人之境。

V8

在上世纪90年代中期，Morbidelli公司为Boss Hoss打造的这颗V8引擎的确非常出色，不过他们并非是唯一的V8制造商也并非唯一的搭载了V8发动机的车型。

相比之下，摩托古兹曾经在上世纪50年代的格林披治赛车上使用的这台V8引擎（上图）更加出色，这台引擎的流传更加广泛，也是很多优秀的工程师甚至民间玩家非常热衷的一款。

四行程引擎完整周期：新鲜的空气自进气系统被吸入，混合雾化的油气，一同由进气阀门进入引擎燃烧室中。待进气阀门关闭之后，压缩、点火爆炸！引擎能够这样正常运作它的构造又是怎样？来和邦小白一起看看吧！

除了机械式的化油器供油之外，现在市售的摩托车越来越多地采用电子喷射供油系统。从负责控制进气量的节气阀，吸入新鲜空气，采用钢索控制或由电子油门以电子讯号控制节气阀的开度，此举主要是为了控制引擎转速及动力输出大小。若引擎为电子喷射供油，则有电子喷油嘴，在新鲜空气即将进入汽缸时，将雾化的汽油直接喷入空气中，成为均匀的油气。

凸 轮 轴

凸轮轴控制了引擎的进气及排气，型式上分为双凸轮轴（两支凸轮轴分别启动进气阀门及排气阀门）的设计，或是单凸轮轴（一支凸轮轴同时推动进气阀门及排气阀门）的设计。依照引擎动力输出的需求，凸轮轴可以设定气门开启的时机、开启的时间长短及开启的深度，在配合供油及点火设定之后，便可以打造引擎的动力输出曲线。

链 条 or 皮 带

不论是利用链条或是皮带，两者均具备同样的功能：使凸轮轴运作。虽然凸轮轴是控制气门的开启，但仍须仰赖引擎正时链条提供转动的力量及正确的旋转速度及归零点。若是内链断裂或是松脱失效，则气门无法按照原本的规划设计正常开启，则会产生引擎失效，甚至引擎活塞撞击气门的状况。

气 门

引擎的最重要四个步骤：进气、压缩、爆炸、排气便是由进气门及排气门的相互搭配，执行开启及关闭的动作来完成的。气门受到凸轮轴的驱动而开启，也随着凸轮轴的松压而关闭。除此之外，当气门关闭后，还必须承受油气爆炸的压力及高热。新一代的气门技术将熔点低的金属灌入气门内部，当受热融化时，便可将热量带至较冷的另一端，帮助散热。

气 缸

引擎的气缸与活塞互相搭配，两者必须经过严格的加工把关，并在组装时寻找最适当的搭配，才能发挥最佳性能。引擎活塞会以活塞环与气缸直接接触，增加气密度，同时也带有油槽，带入机油以增加润滑。

曲 轴

在引擎的四大行程之中，活塞动作是属于直线上的来回运动，将活塞的直线运动转为旋转运动的关键元件便是曲轴。曲轴的设计关系到整个引擎是否能顺畅运转，设计时必须严加考虑重量配置，否则在运转时会产生极大的震动。

排 气

新鲜的油气进入引擎燃烧、输出动力之后，最后便由排气门进入排气管送出。排气系统的设计影响了引擎的运作效率，若是排气系统阻塞，则会使过多的剩余气体残留于气缸内，影响下一次的燃烧效率。排气系统也会影响引擎的废气排放及噪音值。

摩托车引擎的气缸（也称为汽缸）部分，气缸头所占的比例非常大，内部机械构造也很复杂。尤其是目前主流大马力摩托车所使用的DOHC双凸轮轴引擎，其气缸头更是雄壮威武。也许有人想说“重要的东西不一定要很大。”  今天，邦小白就带你认识一下摩托车动力之心的核心：气缸头。

气缸头在引擎的演进过程中，扮演的角色也越来越重要。在早期二冲程引擎中，气缸头没有任何复杂的机械结构，只是单纯一个盖子而已，并让火星塞可以锁在上面。若以较早期的四行程引擎来说，气缸头也并没有繁琐的机械结构：气门机构是放在气缸旁，称为侧气门式引擎。在发展的过程中，气门机构开始移至气缸头上，许多往复作动的零件也陆续改为转动运作的零件，使气门运作的效率更好、马力得以提升。

以下就来看看几种不同、结构由简单变至复杂的气缸头设计：

OHV

Over Head Valve，翻译成中文便是顶上气门。和侧气门式的引擎作比较之下，这类型的引擎是把气门机构放置到引擎顶上（气缸头）。在这个阶段，虽然引擎的气门已经移至了气缸头上，但驱动气门的凸轮仍放置于气缸旁。

OHC

Over Head Cam，顶上凸轮。引擎进化至此，除了气门已经被放置于气缸头上，凸轮也被移至气缸的头上了，也据此命名。将凸轮移至气缸头上之后，好处便是凸轮轴可以较直接地控制气门的开启动作，更为精准的气门控制也带来动力的提升。一般而言，OHC 指的是单凸轮轴，也常以SOHC 来表示，相对于以下要介绍的DOHC。

DOHC

Dual Over Head Cam，顶上双凸轮轴。在SOHC 引擎上，一根凸轮轴必须同时控制进气门及排气门。若能以两支凸轮轴分别控制两种气门，不需要透过摇臂来直接开启气门，便能提升运转的精确度。除此之外，采用双凸轮轴可以将火星塞放置于引擎燃烧室的正中央，增加燃烧效率。在此同时，DOHC 带来更复杂的缸头机械构造，同时也大幅度增加了制造成本。

气 门 技 术

相对于气缸头构造的演进，气门数目也是日益增加。以目前来看，大部分的四气缸车种采用了DOHC 搭配十六气门的设计，增大进气及排气效率。气门的基本配置至少需要一个进气门及一个排气门，也就是常听到的2V 设计，其中V 也就是Valve 气门。演进过程中，工程师发现进气效率不够好，于是在进气端加了第二个气门，成为三气门的引擎，也就是两个进气门，一个排气门的搭配。为了能有效地利用气缸头的面积，也就演伸出四气门，两进两排的设计。最后为了能够提升进气效率，YAMAHA也曾经在R1 及MotoGP 赛车上使用了五气门的技术，也许是机构太过于复杂，如今已改回四气门的设计。

气 门 重 叠

为了提升进气及排气效率，进气门及排气门并非关了一个才开另一个的顺序在运作，而是有互相重叠的情形。举个例子，在排气行程及进气形成交替时，在排气门还没完全关上时，进气门便会提早开启，以获得更多的进气量，提升容积率。

可 变 技 术

以凸轮轴来控制气门，是以凸轮之形状来掌握气门的开启时机、开启时间之长短及开启深度。每一支凸轮轴都只能提供固定的气门运作模式，若需要加以改变，必须修改凸轮轴。更进一步，每一种气门运作方式也决定了引擎的特性，究竟这颗引擎是属于低转扭力型或是高转马力型，凸轮轴的设计有深远的影响。

如果想要兼顾各转速域的动力输出，便需要可变机构来作即时的调整。以气门重叠角度来说，若想再高转速域发挥马力，则必须采用更多的气门重叠角，想要在低转发挥扭力，便需要采取较少的重叠角度。若一颗引擎需要能兼顾高、低转速的动力输出，凸轮轴便必须有所切换或是在转速升高的过程中略作改变。HONDA 的CB400 便利用VTEC可变气门技术，使凸轮轴在低转速及高转速会提供不同模式的气门控制。使400cc 的引擎在高转速能达到较大马力的输出，中低转速于也不会流失应有的扭力。