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冷静的力量,漫话摩托车冷却系统


摩托车的动力心脏中,发动机通过燃烧油气混合物爆发出来的能量,除了作为驱动力之外,很大一部分以热的方式散发掉了。换句话来说,如果发动机做不好散热,动力心脏就会发高烧,出现过热、动力衰减热直至抱缸等严重问题。为了让发动机保持冷静,各种散热方式相继研发且各有所重,如风冷、油冷、液冷以及各种散热方式的组合等,确保发动机维持合适的工作温度,确保动力稳定持续输出。

风冷散热

所谓风冷散热,其实就是没有安装冷却系统的发动机,主要依靠驾驶时的自然风吹过发动机表面带走热量。为了增加与风接触的散热面积,工程师们在汽缸表面增加了散热片,以提高散热能力。风冷发动机的优势是结构简单,外观精美,质量轻巧,有效控制制造成本。不足之处是不适用于高转速大功率的强化型发动机,此外在交通拥挤的城市中行驶,容易出现发动机过热现象。

风冷发动机还派生出强制风冷发动机,即通过冷却风扇、导风罩等装置,强制导入冷空气来冷却发动机。强制风冷发动机通常用于踏板车,因为踏板车安装了塑料外壳,靠自然通风的效果不好,因此需要强制导入冷空气来带走发动机的热量。

代表车型:川崎W800 Café

W800 Café是拥有独特个性的复古机器,对文艺情怀的骑手散发出难以抵御的魅力:裸露的风冷大型发动机,独特的气门机构,鱼雷式消声器,双筒减震器,大号单圆头灯,双圆仪表盘……每个特征,都指向已经消失的工业时代。同时,圆熟充沛的动力,从容不迫的加速,浑厚有力的声浪,舒适自然的乘骑……每个秉性,让骑手体验到骑手与机器和谐交融的乐趣。

W800 Café最引人注目的,是搭载了风冷发动机,充分裸露缸体、曲轴箱以及大型散热片,彰显强调金属质感的古典审美。这台并列双缸发动机的缸体与曲轴箱构成90°直角,简洁明快的设计让人视觉愉悦,大型散热片辐射出强烈的金属味道和机械美感。

这台并列双缸发动机渊源复杂,可以说是“混血儿”。首先,W800 Café属于川崎W系列,这一家族最早可追溯至上个六七十年代的W系列,包括W1、W2、W3等,最主要的特征就是并列双缸和360°的点火次序。其次,W800 Café又吸收了英伦风骨,发动机结构参照了英国古老品牌BSA的A7型号。再次,在W800 Café上骑手还可以体验到杜卡迪的味道,这是因为气门机构比较独特,采用的是轴和伞齿轮驱动凸轮轴。这种结构显著增加了并列双缸发动机的古典韵味,启动后伞齿轮发出的金属质感很强的呜呜声,成为W800 Café独特个性的组成部分。

尽管采用空气冷却,尽管安装SOHC气门,尽管并不强调动力输出,但是汽缸排量773 mL的并列双缸发动机,仍能提供充足的动力供你挥霍。这颗动力心脏,采用了77mm×83mm的缸径冲程,属于长冲程设计,目的是突出中低转速范围内输出的扭矩;同时安装了较重的飞轮,让个性显得更强烈。360度的点火次序,忠实于最早的W1,骑手每次拧下油门,都能听到震慑力很强的咆哮。在DFI电子燃油喷射系统的伺服下,这台风冷双缸发动机的最大功率是35kW(6000r/min),最大扭矩62.9N·m在区区转速4800r/min时就已爆发。尽管与跑车、NK相比,这一数值并不起眼,但是对于古典街车来说已经足够,可以驱动W800 Café跑过170km/h的极速。不过,这么做实在是焚琴煮鹤、大伤风雅,骑手应该做的,是以80km/h左右的速度悠闲巡航,此时最能体会这台风冷散热的古典英式发动机独特韵味。


油冷散热

油冷散热,指的是对发动机机油进行冷却处理。众所周知,机油被誉为发动机的“血液”,主要是起到润滑减磨作用,同时还有辅助冷却降温、密封防漏、防锈防蚀、减震缓冲等作用。油冷散热是设计额外的装置,来增强机油的冷却降温这一辅助作用。

典型代表就是“铃木高级冷却系统”(SACS)。通常来说,高性能发动机采用液冷方式冷却,但液冷系统机构繁复,不但增加了发动机的重量和维护成本,而且售价水涨船高;但如果只采用简单的风冷方式,那么又将导致高性能发动机散热困难,特别在交通挤塞的城市更是容易让发动机“发高烧”。SACS系统较好地平衡了风冷和液冷的优点,发动机内置兼顾润滑任务和冷却性能的高压机油泵,将机油输送到汽缸头部,并由喷嘴高压喷射至发动机的最热部位,让冷机油带走发动机的热量;同时,已经吸收热量的热机油继续循环,并通过外置的冷却器得到冷却,然后开始新一轮的冷却。这种简单而巧妙的“铃木高级冷却系统”,能够很好地控制发动机工作温度,并将整车成本降到合理范围。

代表车型:铃木Bandit 1200

在标准街车类别中,铃木的“盗匪”(Bandit)系列素享大名。早期的“盗匪”,着重突出“恶名”,以NK造型以及强劲的动力著称,但在后来,随着市场流行口味和骑手审美观念的变化,“盗匪”风格与时俱进,造型设计更加突出现代感和流线型,逐步走上了运动旅行摩托车的路子。个性鲜明、舒适与乐趣兼重的“盗匪”,凭借较为合理的价格,成为铃木麾下很受欢迎的经典车型,家族阵容强大,推出过250mL、400mL、600mL、650mL、750mL、1200mL、1250mL等多个排量的产品。

Bandit 1200分化出2个化身,分别是S版和N版:前者匹配了半截式导流罩,具有较好的防风保护性能,在长途旅行时显得很体贴;后者则是充分裸露,强调浓烈的钢铁质感,以招来桀骜不驯、追求个性的骑手青睐。但是不管哪个化身的“盗匪”,采用的都是双摇篮车架,拥抱着一台胸怀宽广的油冷散热并列四缸发动机。这颗动力心脏采用79.0 x 59.0mm的缸径和冲程,汽缸排量达到1157mL。由于采用了适合高转速大功率的DOHC气门机构,Bandit 1200最大功率达到74kW,最大扭矩为91N·m。

Bandit 1200动力充裕,特别是中低转速范围内扭矩沉雄,为骑手提供从容不迫的加速力量。尽管Bandit 1200体型魁伟,整备质量超过200kg,但对于1157mL的并列四缸发动机来说完全不在话下,在任何挡位、转速下,发动机运转起来都很轻松。据测试,Bandit 1200从静止加速到100km/h只需3秒,加速到160km/h只需7.5s,起步加速跑完400米用时11秒,极速为240km/h。

液冷散热

由于大排量、高转速、大功率的高性能发动机对散热提出更高要求,风冷散热和油冷散热方式已经无法满足,必须要有更高效能的散热系统才能控制发动机工作温度,这就是液冷散热发动机。液冷发动机配置了散热器,用于吸收、散发发动机的热量。当发动机开始工作时,冷却水通过水泵的驱动流经发动机缸体,吸收并带走热量,然后通过散热片降温后流回,再次经水泵驱动流经发动机缸体,如此循环不已。液冷发动机可以有效防止发动机过热,维持理想、稳定的工作温度,有利于动力输出和延长发动机寿命,缺点是结构复杂,体积较大,造价较高,一般用于大排量、高转速的运动摩托车和豪华旅行摩托车等。

代表车型:雅马哈YZF-R1

YZF-R1是雅马哈运动摩托车的代表,早在1998年就闯入车坛, 以强悍的动力、强大的底盘、灵活的操控以及优雅的设计,迅速在赛道和公路上掀起强势旋风。多年来,YZF-R1不断吸收最新理念、最新技术和最新材料,推陈出新、持续进化,始终跻身超级跑车的第一阵列。

超级跑车是竞争最激烈的领地,可谓是毫秒必争,因此动力要求很高。为此,YZF-R1武装了高转速、大功率的并列四缸发动机,并采用了高效的液冷散热系统,确保发动机始终处于合理的工作温度。这颗动力心脏采用了新的汽缸头,优化了气门机构,气门摇臂采用了新的指形随动器,同时修改了凸轮轮廓,目的是优化气门升程,在高转速时让气门开闭动作更加稳定。进气方面同样作了改进,扼流阀安装位置更加靠近燃烧室,以增强燃烧稳定性和提高燃烧效率。扼流阀体采用45mm口径,但是新的博世喷嘴不再安装在底部,而是改到顶部。与上一代相比,这种10孔喷嘴更加直接地向燃烧室喷射精细的油雾,且喷射夹角比过去更大,达到21.5°,这些都有助于进一步提升并列四缸发动机的动力效能。

减少损耗同样重要。这颗动力心脏的连杆采用钛合金材料,通过裂解加工工艺制造,与传统的钢质连杆相比,重量减轻了40%,极大降低了惯性!曲轴同样减轻了20%,这些让发动机响应变得很敏感,特别是高转速区域竞争力十足!而且,这台并列四缸发动机采用了特殊结构,汽缸偏移于曲轴中心线,进一步减少了活塞和汽缸之间的摩擦。

最终,这个经过强化出力的998mL并列四缸发动机,最大功率达到147.1kW(13500 r/min), 最大扭矩则为113.3N·m(11500r/min)。这颗激情澎湃的烈火雄心,匹配轻盈的整车质量,赋予YZF-R1优秀的功率质量比,起步发车、加速超车异常犀利!


液冷+风冷散热

除了上述的风冷、油冷、液冷散热方式之外,不少厂家根据自己的需求,将不同的散热方式组合起来,实行双重散热,以实现特定目的。比如宝马R 1250 GS就采用了液冷+风冷双重散热方式,目的是在控制发动机的尺寸和保持风冷发动机的机械审美外观。

代表车型:宝马R1250GS

从最早的R80G/S到R 100 GS,从R 1100 GS、R 1150 GS到R 1200 GS再到最新一代的R 1250 GS,宝马探险车针对时代发展和市场变化不断调整,根据骑手的需求不断完善,通过贯注最新科技成果,渗透现代美学理念,武装最新安全装备,与时俱进、不断进化,成为探险摩托车的标杆。

正因如此,宝马非常注重传统,非常注重骑手的心理体验,因此在推出最新一代R1250GS,哪怕是动力心脏已经采用了高效的液冷散热,但同时仍然配置了大型散热片,实行液冷+风冷双重散热,保持了既往的经典造型,不知内情的骑手甚至会以为这仍然是风冷发动机。这位最新一代的 “拳击手”,运用了F1赛车的“准确冷却”理念,即冷却液只对发动机中承受了热应力的零部件进行降温,其他零部件则仍遵循风冷的原则。这种做法缩减了散热器的体型,两个迷你型散热器安装得很隐蔽,再加上“拳击手”上仍然保留了大型散热片,因此保持了风冷发动机的精美造型。

这颗液冷、DOHC 8气门的水平对置双缸发动机,缸径和冲程发展到102.5 mm×76mm,汽缸排量水涨船高达到1254mL,比上一代多出了84mL。令人吃惊的是,尽管汽缸排量的增长,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!力量更加充沛的“拳击手”,驱动R 1250 GS强劲奔跑,起步加速到100km/h只需3.6s,极速超过200km/h!


液冷+油冷散热

在散热方式组合中,除了液冷+风冷之外,还有液冷+油冷,这种组合技术最复杂、制造成本最高。为什么要这么不厌其烦?目的就是为了实现更高效的散热能力,以保障更强大的动力输出。液冷+油冷组合散热方式,只用于超强性能的发动机。

代表车型:杜卡迪Streetfighter V4

Streetfighter V4呈现别具一格的造型,给人留下惊艳印象:首先,导流罩、头罩、风挡都被剥离掉,让车架、汽缸、曲轴箱、散热器、排气管等机械部件全部裸露,充分展示钢筋铁骨的力量之美。其次,街头斗士的头部设计异常精简,包括头灯、转向灯、仪表盘等都采用了迷你造型,让前部看上去异常干练精悍,油箱则高高拱起,再加上轻薄上扬的尾部,构成了质量前移的轮廓,如同猛兽随时准备弹射扑击、攻击猎物!

特别需要指出的是,虽然Streetfighter V4是街车,但你千万不要用街车的眼光来看待,因为从本质上来说,这就是剥离了导流罩的超级跑车,是真正的铁血斗士!尽管杜卡迪早先已经推出过Streetfighter,这次的Streetfighter V4完全不一样,全新的超级NK不再沿用L型双缸,而是武装上异常火爆的V4发动机,甚至采用液冷+油冷双重散热方式来实现高效散热,这让街头斗士战斗力爆表,成为动力最强劲的超级NK!

这颗V4动力心脏采用了81mm×53.5mm的缸径和冲程,缸径是MotoGP赛车所允许的最大值,但是冲程比赛车更长,目的是强化中低转速范围内的扭矩响应,同时降低峰值功率的转速,让动力更实用、更容易掌控。由于冲程延长,这台V4发动机汽缸排量达到了1103mL,比MotoGP赛车多出103mL。V型四缸由4只椭圆形扼流阀体伺服,配上自动可变长度进气道,目的是拓展功率带。根据官方公布的数据,Streetfighter V4在转速12750r/min时爆发最大功率153kW,扭矩为123N·m(11500r/min),是超级NK中最强的动力心脏!

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