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硬核武器,高性能的V4发动机

作者:摩托车杂志  2024-1-22 2:37:00

当摩托车进化到性能时代,多缸摩托车成为无法避免的选择。当然,由于摩托车结构紧凑,汽缸并非是越多越好,如果当缸数过多,将直接影响摩托车的操控性能,大大增加复杂程度,同时让成本直线上升。因此,尽管大型豪华旅行摩托车金翼GL1800、宝马K1600GT分别武装了水平对置六缸发动机、并列六缸发动机,动力输出充沛,但是就操控性能来说,明显受到了相当大的限制。

就目前发展水平而言,在各方面取得比较均衡的高性能动力心脏是四缸发动机。就骑手接触最多的车型而言,主要是并列四缸摩托车,如本田“火刃”CBR1000RR、铃木GSX-R1000、川崎ZX-10R、雅马哈YZF-R1、宝马S 1000 RR等,无论是赛场还是市场,无论是赛道还是公路,都如风如火地奔跑着并列四缸摩托车,以至于众多骑手把高性能摩托车与并列四缸摩托车划了等号。

但是,同属于四缸摩托车,对V型四缸发动机(V4)对骑手来说相对没那么熟悉。这颗动力心脏比并列四缸的动力更强、性能更猛!

V4发动机的优势

同汽车赛事中的F1比赛一般,MotoGP作为世界最高级别的道路摩托车比赛,各大车队的竞争进入白炽状态。其中,赛车是个非常重要的因素——车架结构、电子控制、空气动力学性能、轮胎抓地能力等,每个细节都能直接影响到高超骑手的技能发挥。因此各大车队都不遗其力地加大投入,将最先进的理念、技术和材料应用到战车上,希望能够凭借高性能战车,增加夺魁的胜算。

作为核心影响因素的发动机,各大厂家更是予以高度关注。在MotoGP赛场,绝大多数战马都武装了V型四缸动力装置,如KTM赛车队的RC16、本田RC213V、杜卡迪Desmosedici GP、阿普利亚RS-GP等。采用并列四缸作为动力装置的赛车则较少,如雅马哈YZR-M1、铃木GSX-RR、川崎ZX-RR。为何V4发动机如此大行其道?

V型四缸是四缸发动机的一种类型。就汽缸的外形来看,4只汽缸分成两组,前后各一组,从侧面来看构成V型结构,就像是把两颗哈雷的V型双缸在水平方向并列重叠。当然,V4发动机还有一种情况,即4只汽缸分成两组,左右各一组,这种类型称之为横置V4发动机,而前后各一组的结构称之为纵置V4发动机。总体来说,横置V4发动机的摩托车已经很少见,主要用于旅行摩托车,比如本田ST 1300、Motus V4等,因此我们所说的V型四缸主要指纵置V4发动机。

相比于并列四缸发动机,V4发动机凭借独特的结构,拥有诸多优势:

动力更强:V型四缸的曲轴更短,曲轴由3个滑动轴承来支撑,摩擦更少、震动更低,同时V4发动机的泵送损失更低,因此在同等情况下,V4发动机能够爆发更强的动力,这在直线超车、加速出弯等场合具有明显优势。

强度更大:V4发动机的结构很坚固,能够提供比并列四缸发动机更高的刚性和强度。得益于此,在车架结构中,V4发动机可以作为高承载单元,有效帮助分担加速、制动、高速过弯时产生的负荷,因此车架可以设计得很迷你,副车架、后摇臂则可以直接锁到V4发动机上,从而获得轻巧紧凑的车架。

震动更低:如果V4发动机采用90度V型夹角,车辆就拥有理想的初级平衡,抑制震动产生的效果显著。而且,这种结构比并列四缸产生更小的摆动力偶,更短的曲轴刚性更强,因此运行更加稳定。

雄霸赛场的V4战马

从MotoGP夺冠的角度来看,V4战车明显占据上风,从2013到2022的十年期间,驾驶V4战马夺冠的骑手有7位,其中本田6次、杜卡迪1次;驾驶并列四缸赛车夺冠的骑手有3位,其中雅马哈2次,铃木1次。随着时间的推移,竞逐MotoGP的并列四缸赛车越来越少,以2023年赛季为例,竞逐桂冠的22位赛车手中,驾驶V4赛车的有20人,其中,杜卡迪8人、阿普利亚4人、本田4人、KTM 4人、盖斯盖斯4人,而驾驭并列四缸战马的只有雅马哈2人。显而易见,在MotoGP赛场,V型四缸大有一统江湖之势!

Moto GP战马 Honda RC213V

发动机型式:水冷,V型四缸

气门机构:DOHC 16气门

缸径×冲程:81mm×48.5mm

汽缸排量:1000mL

最大功率:超过180kW

净质量:160kg

极速:超过355km/h

尽管近年未曾问鼎冠军,但是谁也无法否认本田战马RC213V的实力——在最近十年赛季中,马奎兹驾驶RC213V夺得6个骑手冠军。这匹战马经由RC211V、RC212V进化而来,集强大的动力和精准的掌控于一身,身经百战且取得辉煌战绩,沉甸甸的奖杯就是实力的最佳证明!

2002年,国际摩联把GP500改成MotoGP并相应地改变竞赛规则,本田战车RC211V应运而生。一经推出,RC211V就大受好评,2003年赛季的菲力普岛分站上,驾驶RC211V的罗西虽然被罚十秒但依然夺冠,最后更以9个分站冠军的优势夺取总冠军,这足以证明RC211V实力之强大!

2006年赛季,本田推出第二代战马RC212V。顾名思义,RC指道路比赛,212指21世纪第2代,V是V型发动机。与RC211V不一样的是,针对新的比赛规则,RC212V将V型五缸发动机改为V型四缸,汽缸排量降到了800mL,以满足新的比赛规则。RC212V延续上一代优秀的战斗基因,取得了不俗战绩。

本田的第三代MotoGP战车就是RC213V,搭载的仍然是V型四缸发动机,汽缸排量为1000mL。我们知道,超级摩托车锦标赛(SBK)所使用的战车是市面上相同型号的商品车,而MotoGP战车则是市面上无法购得的,由赛车队制造或改装,其中的技术涉及许多商业秘密。以RC213V为例,尽管本田推出了仿制MotoGP战车的RC213V-S,但仿制毕竟不是正品,存在着很多差异,比如气门驱动机构,RC213V-S安装的是机械弹簧,但是RC213V则是气动弹簧,这直接导致动力性能和特性不一样,能够实现更快、更高的转速,进而达到更强的峰值功率。据了解,MotoGP 2023年赛季的RC213V的V4发动机,能够爆发超过180kW的最大功率,比仿制赛车RC213V-S足足高出60kW以上!与之相反的则是重量,RC213V-S的净质量已经很轻,只有170kg,而RC213V则通过大量采用碳纤维、钛合金、镁合金等轻质材料,进一步削减了13kg重量!这一增一减,RC213V的战斗性能百尺竿头更进一步!


WSB战马Ducati Panigale V4 R

发动机型式:水冷,V型四缸发动机

气门机构:Desmosedici 16气门

缸径×冲程:81mm×48.4mm

汽缸排量:998mL

最大功率:160.4 kW(15500r/min)

最大扭矩:113N·m(12000r/min)

V4战马不仅在Moto GP赛场上叱咤风云,同时也在世界超级摩托车锦标赛(WSB)赛道追风逐云。2022年WSB的桂冠就归于驾驶V4战马Panigale V4 R的赛车手阿尔瓦罗。

这颗V型四缸发动机采用了81 mm的大缸径,冲程只有48.4mm,缸径冲程比高达1.67,嗜血好战秉性与生俱来!V4发动机内置反向旋转的曲轴,能有效降低陀螺效应、优化操控灵活性,快速转弯时更灵活,出弯时扭矩传递更高效,在直线赛道上更快、更稳定。点火次序采用“双脉冲”,曲柄销相差70°,点火点是0°,90°,290°和380°。由于左侧2只汽缸基本同步点火,右侧2只汽缸也基本同步点火,类似于双缸发动机的2次点火次序,爆发出节奏铿锵、振奋人心的排气声浪。这种200°的点火间隔产生类似“大爆炸”的效果,为骑手提供异常强劲的加速体验,在出弯加速时更加给力!

Panigale V4 R的动力心脏很凶悍,1-5挡最高转速可达16000r/min,第6挡转速红线则为16500r/min!动力性能极为充沛,最大功率达到160.4 kW/15500 r/min,最大扭矩则为113N·m(12000r/min)。如果换上Akrapovič排气系统等赛车套件后,动力再次飙升,最大扭矩达到118N·m(12250r/min),最大功率更是增至174kW(15500r/min)!

车架作了同步改进——Panigale V4 R武装了“前车架”。为了进一步减轻整车重量,杜卡迪工程师挖空心思,从此前的单体车架中进化出前车架,并把V4发动机作为车架强化单元。相对于单体车架,前车架获得了更加精准的刚性,因为抗扭刚性和横向刚性可以分别独立控制,实现了出色的震动吸收和犀利操控效果;相对于传统的边框车架,前车架在保持必需的刚性同时,更紧凑、更简洁、更轻巧!

奥林斯高性能悬挂系统让Panigale V4 R如虎添翼。前端武装的是NPX25/30倒立式前叉,行程比上一代增加了5mm,猛加速时能更有效地襄助Panigale V4 R贴地;内置增压式阻尼系统,有效抑制气穴的产生,为骑手提供精准的前端反馈。后部配置的是TTX36单筒减震器,内置弹簧刚性从105 N·mm降到80 N·mm,这一精细调节,目的是优化入弯前制动时的质量转移,提升抓地力和控制性,让骑手快速过弯更加自信。

驰骋公路的V4骏马

V型四缸发动机在赛场上的实力这么强,为什么市场竞争力反而远不及并列四缸?每种发动机的类型都有自身优势和不足,V4发动机同样存在弱点,最主要的便是结构复杂、造价昂贵。并列四缸发动机只需要一组汽缸头、一套排气歧管、一套气门驱动装置、两根凸轮轴,但V4发动机的相应部件数量翻倍,这意味着V4发动机设计更复杂、制造成本更昂贵,直接影响了V4发动机的市场竞争力。因此,V型四缸更多用于赛车,但在市售车型上,反而比并列四缸发动机少得多。同时,运动型摩托车普遍倾向于采用短轴距,目的是实现更爽快的转向响应,但是V型四缸的结构导致尺寸偏长,这让车架设计师感到头疼。另外,V4发动机的后缸散热效果不好,会对其他零部件造成影响,因此还需要解决散热问题,同时精心考虑车架、空气室、排气系统和油箱等安装位置,避免受到影响。


劲爆街车Aprilia Tuono V4 Factory 1100

发动机型式:水冷,V型四缸

气门机构:DOHC 16气门

缸径×冲程:81mm×52.3mm

汽缸排量:1077 mL

最大功率:129kW(13500r/min)

最大扭矩:121N·m(9000r/min)

净质量:184kg

大多数追求动力、追求操控、追求速度的骑手,只钟情于跑车而不是街车。因为他们认为,街车徒然披着造型前卫的外衣,实际上无论动力还是车架都比较中庸,为顾及普通骑手的需求而导致个性不温不火。但是,如果试过阿普利亚街车Tuono V4 Factory 1100之后,你就会明白这只是偏见!


Tuono的动力装置来自超级战车RSV4,由于不用顾忌超级摩托车比赛规则,这台V4发动机的缸径从78mm扩大到81mm,从而获得了1077 mL的汽缸排量。这颗V4心脏继承了纯正的阿普利亚血统,气门机构另辟蹊径,用“链条+齿轮”的混合结构来驱动气门。其中,链条安装在侧面,负责驱动进气凸轮;齿轮则安装在中间,负责驱动排气凸轮。这样,汽缸头实现了异常紧凑的结构,特别是双梁车架的下部很窄,便于与车架紧紧相接。同时,V型夹角采用了狭窄的65°夹角,有效控制发动机纵向长度,襄助提高质量集中化程度;铝合金汽缸衬套嵌入曲轴箱,实现了最大刚性;优化内部通风孔,进一步降低曲轴箱内的泵送损失。

在诸多技术加持下,这台V4发动机的最大功率飙升至129kW(11350 r/min),最大扭矩增强至121 N·m (9000 r/min),绝对可以跻身顶级阵列!

Tuono V4 Factory 1100的V型四缸发动机令人兴奋,车架性能同样出类拔萃。阿普利亚高调宣称,没有任何街车的车架能够与之媲美——这是继承WSB冠军战马血统的车架,为骑手提供最有效、最动感、最刺激的掌控!铝合金双梁式车架由锻件和铸件精心匹配而成,实现了最佳抗扭刚性和弹性的比例;精心设计的转向几何设置、增长式铝合金后摇臂,赋予Tuono V4 Factory 1100犀利的操控行囊,快速转向时操控灵活、响应迅捷,霹雳飙行时如同暴风雨中矗立的岩石般稳定!

如此强劲的动力、优秀的操控性能,很容易就让骑手跑出惊人的速度,稍不留神就会在公路上吃超速罚单。不过没关系,阿普利亚已经想到了这点,Tuono V4 Factory 1100增添了限速器(APL)。这原本是用于赛道的装置,当骑手跑入维修点时,启用该系统可以限制速度以确保安全控制。当然,在公路行驶时,APL同样很有用,骑手可以用来设置最高限速,这样就不用担心超速吃罚单啦!

事实上,APL只是阿普利亚驾驶控制系统的诸多功能之一。Tuono V4 Factory 1100武装的APRC功能强大,提供限速、巡航控制、快速换挡、发车控制、单轮控制、牵引力控制等功能,再加上最新一代的惯性测量单元,支持骑手以驾驶跑车的猛烈方式,来挖掘这台V4街车的强大潜能!


多变探险Ducati Multistrada V4

发动机型式:水冷,Granturismo V型四缸

气门机构:Desmosedici 16气门

缸径×冲程:83mm×53.5mm

汽缸排量:1158mL

最大功率:125kW(10500r/min)

最大扭矩:125N·m(8750r/min)

净质量:184kg

杜卡迪的探险车Multistrada持续进化,动力心脏已经从原来的L型双缸发动机晋级为V型四缸发动机。这台V4发动机采用了83mm×53.5mm的缸径和冲程,无论缸径还是冲程都比Panigale V4R大,相应地,汽缸排量也水涨船高,达到1158mL,比Panigale V4R多了160mL。当然,这只是表面上的变化,内在修改更多——包括凸轮轴、气门、活塞、点火正时、电子燃油喷射系统等,都根据新定位作了优化,使这台V4发动机在中低转速范围输出的动力更加丰沛,充分满足探险旅行的需求。虽然Multistrada V4的汽缸排量比上一代Multistrada 1260mL少了104mL,但是得益于V4发动机,能量反而显著提升,最大扭矩为125 N·m(8750 r/min),最大功率达到125kW(10500 r/min),增加了9kW。

当年,杜卡迪首次推出Multistrada 时,就宣称这是能够通行于所有路况的摩托车,具有强大的变化能力,能够适应骑手任何需求。现在,凭借先进精密的电子智能辅助装置,Multistrada V4拥有多变身份,更好地实现了“四位一体”。

运动模式:动力方面,V4发动机完全解封,125kW的滂沛功率毫无保留地倾泻而出,油门响应灵敏迅捷。同时,牵引力控制系统和单轮行驶控制系统处于低阶,防抱死制动系统自动设置为2阶,容许后轮适度翘起以强化制动效果,同时维持过弯制动功能。简单而言,运动模式适合高水平骑手尽情挖掘Multistrada V4的强大潜能,体验到异乎寻常的驾驶乐趣和刺激!

旅行模式:V4发动机的峰值动力同样是125kW,但是更加突出流畅输出的动力特性,不像运动模式那样猛烈。主动安全性能提高,牵引力控制系统和单轮行驶控制系统自动进阶,防抱死制动系统设置为3阶,更适合长途旅行。后轮翘起监测功能和过弯防抱死制动功能开启,优化前后轮制动效果。

城市模式:该模式下发动机变得比较绅士,V型四缸的峰值动力削减到85kW,油门响应比较温和。牵引力控制系统和单轮行驶控制系统进入到高阶,最大限度提升安全性能。防抱死制动系统设置为3阶。

耐力模式:此时V4发动机的峰值动力控制在85kW,牵引力控制系统和单轮行驶控制系统落到低阶,防抱死制动系统设置在1阶,后轮翘起监测功能、过弯防抱死制动功能和后轮防抱死功能关闭,这些都很适合弱抓地力的越野路况。

特别值得一提的是,Multistrada V4是世界上第一款采用雷达技术的摩托车,使旅途更舒适、更安全。当Multistrada V4在30km/h—160km/h的速度区间行驶时,安装在车上的前雷达能够通过自动减速或加速,自动调节与其他车辆之间的距离。Multistrada V4还安装了后雷达,能够监测后方盲点的危险并发出警示。当Multistrada V4后面有高速行驶的车辆时,如果骑手打开转向灯准备转向,此时盲点监测系统会指挥LED转向灯闪烁,提醒骑手潜在的危险。

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