集大成者--內(nèi)燃機(jī)
最常見(jiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)都屬于活塞往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。常說(shuō)的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)都是這種發(fā)動(dòng)機(jī)，在其內(nèi)部都有圓柱狀活塞上下運(yùn)動(dòng)。此外，還有另一類發(fā)動(dòng)機(jī)，就是比較少見(jiàn)的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，又稱汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)。下面我們一一介紹。
１、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)
1862年，法國(guó)工程師羅沙提出了四沖程內(nèi)燃機(jī)工作原理。這個(gè)工作原理提出了取得最高效率和最佳經(jīng)濟(jì)性能所需要的條件：點(diǎn)火前要高壓；燃?xì)庖杆倥蛎�，達(dá)到最大膨脹比等。也還提出了實(shí)現(xiàn)這些條件的具體步驟，這就是把活塞運(yùn)動(dòng)分作四個(gè)沖程：活塞下移，進(jìn)燃?xì)�；活塞上移，壓縮燃?xì)�；點(diǎn)火，氣體迅速燃燒膨脹，活塞下移做功；活塞上移排出廢氣。這就是進(jìn)氣━壓縮━做功━排氣四個(gè)沖程。1876年，德國(guó)人奧托根據(jù)羅沙的四沖程內(nèi)燃機(jī)工作原理，設(shè)計(jì)制造了第一臺(tái)四沖程汽油內(nèi)燃機(jī)，熱效率達(dá)到14%，后來(lái)又提高到20%以上。這項(xiàng)技術(shù)被認(rèn)為是“自瓦特以來(lái)在動(dòng)力方面取得的最大成就”。
令人吃驚的是，1886年奧托作出聲明：取消自己獲得的四沖程內(nèi)燃機(jī)的專利。奧托為什么做出這樣的決定呢？原來(lái)，一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，他看到了法國(guó)工程師羅沙提出較完整的四沖程內(nèi)燃機(jī)原理，出于對(duì)別人的尊重，他毅然決定放棄已獲10年之久的專利權(quán)。奧托的高尚品德贏得了人們的高度贊譽(yù)。同時(shí)，人們認(rèn)為雖然是羅沙較早地闡述了四沖程內(nèi)燃機(jī)的原理，但是第一個(gè)研制出這種內(nèi)燃機(jī)的人卻是奧托，因此仍然把四沖程循環(huán)稱為“奧托循環(huán)原理”，把現(xiàn)代汽油發(fā)動(dòng)機(jī)稱為奧托發(fā)動(dòng)機(jī)，奧托也被尊稱為“四沖程內(nèi)燃機(jī)發(fā)明人”。根據(jù)奧托提出了內(nèi)燃機(jī)的四沖程理論，1886年，德國(guó)人戴姆勒和卡爾.本茨各自研制出裝備具有現(xiàn)代意義的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車，從而為汽車、摩托車的發(fā)展鋪平了道路。
車壇“常青樹(shù)”：雅馬哈單缸SR400
雅馬哈的SR系列（含SR400和SR500）從1973年開(kāi)始面市，截至2002年總共銷售了107000輛，由此可見(jiàn)其受歡迎的程度，且至今暢銷不衰，可謂是“車壇長(zhǎng)青樹(shù)”。這臺(tái)機(jī)器到底有什么魅力能夠在日新月異的車壇中立足呢？在2003年SR400的新聞發(fā)布會(huì)上，雅馬哈新聞發(fā)言人這樣敘述她的魅力：“長(zhǎng)期熱銷，源于它簡(jiǎn)單的風(fēng)冷單缸發(fā)動(dòng)機(jī)及其富于激情的表現(xiàn)”。是的，這款機(jī)器最鮮明的特征就在于樸素簡(jiǎn)單且忠實(shí)可靠，那臺(tái)風(fēng)冷、SOHC 2氣門的單缸發(fā)動(dòng)機(jī)，采用腳踏反沖啟動(dòng)，最大功率只有區(qū)區(qū)20千瓦，最大扭矩還不到30牛米，但卻憑借簡(jiǎn)單、可靠的特點(diǎn)，始終能夠在大浪淘沙的車壇站穩(wěn)陣腳！
２、二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)
二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的概念產(chǎn)生于19世紀(jì)中期。到二十世紀(jì)的1900年8月20日，法國(guó)人科爾梅里率先發(fā)明了世界上第一輛二沖程摩托車，并在巴黎申請(qǐng)了發(fā)明專利。1901年，法國(guó)另一名發(fā)動(dòng)機(jī)制造商萊昂.科多尼埃為他的伊克西翁牌發(fā)動(dòng)機(jī)注冊(cè)登記，申請(qǐng)了專利證。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的問(wèn)世，標(biāo)志著二沖程摩托車生產(chǎn)的開(kāi)始。同時(shí)，英國(guó)人阿爾弗德?A?斯科特正致力于世界上第一臺(tái)雙缸二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的研制工作。20世紀(jì)30年代，德國(guó)DKW公司的研究工作取得了重大的進(jìn)展，施努勒于1932年獲得廢氣掃除技術(shù)的專利，這標(biāo)志著二沖程摩托車真正達(dá)到了成熟階段。
與四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相比，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)是：不需要復(fù)雜的氣門機(jī)構(gòu)，因此發(fā)動(dòng)機(jī)體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕，制造維修方便。二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄旋轉(zhuǎn)360°即完成一個(gè)工作循環(huán)，而四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄旋轉(zhuǎn)720°才完成一個(gè)工作循環(huán)，因此理論上在相同的曲軸轉(zhuǎn)速和相同排氣量的情況下，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)功率應(yīng)該比四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)高出一倍；當(dāng)扣除掃氣等因素造成的功率損失后，實(shí)際輸出功率仍比四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)高出50%~70%。因此，曾經(jīng)在摩托車最高級(jí)別的大獎(jiǎng)賽GP500中，風(fēng)頭最勁的都是二沖程賽車，比如本田NSR500、雅馬哈YZR500等。
但是傳統(tǒng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的不足也很明顯；由于潤(rùn)滑油參與燃燒，無(wú)論混合潤(rùn)滑方式還是分離潤(rùn)滑方式，潤(rùn)滑效果都不如四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)；因此工作環(huán)境惡劣、零部件磨損量較大。一般來(lái)說(shuō)，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命，通常只有四種程發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的一半。此外，由于傳統(tǒng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)排氣不充分、掃氣不完全，以及參與燃燒的潤(rùn)滑油很難充分燃燒，這些均導(dǎo)致廢氣中碳?xì)浠衔锖縿≡�，排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于四種程摩托車。
排放高在目前環(huán)保呼聲至上的環(huán)境中是致命的缺陷，因?yàn)槿绱耍?002年國(guó)際摩聯(lián)修改了GP大獎(jiǎng)賽的比賽規(guī)則，以MotoGP取代GP500，曾經(jīng)不可一世的二沖程賽車退出了這項(xiàng)最高級(jí)別的比賽，取而代之的是清一色的四沖程戰(zhàn)車，如雅馬哈YZR-M1、鈴木GSR-V等。二沖程摩托車在市場(chǎng)上同樣日趨勢(shì)微，目前只有少部分廠家繼續(xù)生產(chǎn)小排量的二沖程摩托車，如西班牙德比生產(chǎn)的“紅子彈”GPR 125 Racing。
“紅彈子”GPR 125 Racing
正如西班牙斗牛一樣，德比摩托車流淌的汽油里，天生含斗牛士的血液因子，具有很強(qiáng)的好斗性，被業(yè)界和車迷們贈(zèng)以“紅色子彈”（Red Bullet）之美名。GPR 125 Racing秉承了德比純正的賽道血統(tǒng)，雖然武裝的水冷二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)排量只有124.76毫升，但是采用了高達(dá)12.5比1的壓縮比，再融入發(fā)動(dòng)機(jī)泄氣閥等德比多年來(lái)征戰(zhàn)GP的賽道技術(shù)，性能極為出色。由于市場(chǎng)版本的GPR 125 Racing對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速做出限定，因此峰值動(dòng)力受到了限制，盡管如此突破130公里/時(shí)的速度仍然輕而易舉。
３、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)
奧托發(fā)動(dòng)機(jī)屬于往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。但是還有一種知名度很高、但應(yīng)用很少的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，即三角活塞旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)，又稱為汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)。它采用三角轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)改變?nèi)齻�(gè)汽缸的體積，進(jìn)而完成四個(gè)工作循環(huán)，與傳統(tǒng)的活塞往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的直線運(yùn)動(dòng)不同，由德國(guó)人汪克爾于1957年發(fā)明。日本馬自達(dá)公司對(duì)此很感興趣，買下了轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)并裝在汽車，可謂“生在德國(guó)，長(zhǎng)在日本”。
轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)部空間被分成三個(gè)工作室，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)這些工作室的空間也在變化，依次在特別形狀的缸體內(nèi)的不同位置完成進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣四個(gè)過(guò)程。與往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)相比，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：無(wú)曲柄連桿和配氣機(jī)構(gòu)，取消了旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動(dòng)，可將三角活塞的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直接傳遞出去，因此零件數(shù)比往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)少40%，質(zhì)量輕、體積小是她的顯著特點(diǎn)。
由于轉(zhuǎn)子和軸之間的轉(zhuǎn)速比被限定為1比3，因此當(dāng)轉(zhuǎn)子的速度只有1000轉(zhuǎn)/分時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，適合設(shè)計(jì)出高轉(zhuǎn)速、大功率、長(zhǎng)壽命的動(dòng)力裝置。因消除了往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞振動(dòng)和氣門機(jī)構(gòu)的機(jī)械噪聲，運(yùn)行時(shí)震動(dòng)小，噪聲低。但是，由于從生產(chǎn)裝配到維護(hù)修理，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)都與傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)大不一樣，開(kāi)發(fā)成本大，加上往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)在功率、質(zhì)量、排放、能耗等方面性能都比過(guò)去有了顯著提高，所以轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)并沒(méi)有顯出明顯的優(yōu)勢(shì)，因此沒(méi)能得到廣泛的運(yùn)用。
鈴木配置轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的RE5 Rotary
1973年鈴木在東京摩托車展會(huì)上推出一輛令人吃驚的摩托車RE5 Rotary。正如命名所示，鈴木為RE5 Rotary配置了一臺(tái)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，排量為497毫升，在16500轉(zhuǎn)每分時(shí)達(dá)到最大功率為46千瓦，在13500轉(zhuǎn)每分時(shí)達(dá)到最大扭矩為74牛米。由于轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)取消了奧托發(fā)動(dòng)機(jī)的往復(fù)式活塞，因此具有運(yùn)轉(zhuǎn)平滑、功率強(qiáng)大特點(diǎn)，而且噪聲極低、幾乎沒(méi)有震動(dòng)，就像一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。上世紀(jì)70年代早期很多廠家都看好優(yōu)勢(shì)明顯的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，嘗試使用轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置，并且推出了一些原型，但是真正將轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)投入到量產(chǎn)型摩托車上的只有鈴木一家。
RE5 Rotary是鈴木當(dāng)時(shí)技術(shù)含量最高的旗艦車型，鈴木對(duì)此寄予厚望，投入了很多研發(fā)資金，甚至專門為轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)建造了全新的裝配線。遺憾的是，盡管鈴木挖空心思，但是騎手并不買賬，購(gòu)買RE5 Rotary的騎手并不多。也許騎手們對(duì)于轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)感到很陌生，也許是轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)較高的油耗嚇跑了他們。到了1976年，RE5 Rotary的銷售仍然沒(méi)有起色，鈴木不得不忍痛割愛(ài)，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目于1977年無(wú)疾而終。
４、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)
大家知道，柴油機(jī)的英文單詞是Diesel（狄塞爾），但你知道這是德國(guó)工程師的名字嗎？1892年，狄塞爾根據(jù)定壓熱功循環(huán)原理，研制出壓燃式柴油機(jī)，并取得了制造這種發(fā)動(dòng)機(jī)的專利權(quán)。1897年，狄塞爾推出了完全領(lǐng)先壓縮著火的柴油機(jī)，它的結(jié)構(gòu)比汽油機(jī)簡(jiǎn)單，柴油比汽油更便宜，熱效率達(dá)到26%。為了紀(jì)念狄塞爾，人們把柴油發(fā)動(dòng)機(jī)命名為Diesel（狄塞爾）。（這位為人類做出巨大貢獻(xiàn)的發(fā)明家，據(jù)說(shuō)晚年窮困潦倒，后來(lái)跳海自盡。）
柴油機(jī)的最大特點(diǎn)是省油，熱效率高，高扭矩，長(zhǎng)壽命，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；但是也存在笨重，工作不夠穩(wěn)定等缺陷。隨著材料、技術(shù)、制造工藝的發(fā)展，柴油機(jī)的這些缺陷已經(jīng)逐步得到克服，一些廠家甚至將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為摩托車的動(dòng)力裝置。比如荷蘭雙星公司（Star Twin）設(shè)計(jì)制造“雷星”柴油機(jī)摩托車“雷星”（Thunder Star 1200TDI）。
“雷星”動(dòng)力裝置是大眾“路波”轎車三缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，排量為1200毫升，采用了渦輪增壓直接噴射技術(shù)（TDI）。由于采用了渦輪增壓直噴技術(shù)，柴油顆�？稍谄變�(nèi)形成螺旋狀的混合氣，空氣和燃油混合得更為充分，燃燒更加理想，因此在提高功率的同時(shí)還降低了油耗和排放污染。
“雷星”的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)可在轉(zhuǎn)速為4500轉(zhuǎn)每分時(shí)，輸出60千瓦功率和224牛米扭矩，如果調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)，則可將功率提升到90千瓦，而扭矩更是達(dá)到令人咋舌的339牛米，相當(dāng)于雅馬哈YZF-R1的3倍！更令人吃驚的是，“雷星”的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)油耗令人難以置信，雖然排量達(dá)到1200毫升，但是跑完100公里的油耗還不到2升。
