你知道,四沖程發(fā)動機的名字來自循環(huán)的四沖程:進氣、壓縮、工作、排氣。其中進氣行程是發(fā)動機運行的前提,也決定了基礎(chǔ)3354氣缸中吸入了多少油氣混合物,能燃燒多少能量。同樣的情況下,如果氣缸能吸入更多的空氣,就意味著可以燃燒更多的油氣混合物,做更多的事情,從而提高發(fā)動機出口力。所謂“多吃多做”。
但是這不容易。因為吸入口的開關(guān)時間很短。尤其是高速大功率發(fā)動機,因為空氣可以進入的時間更短。例如,現(xiàn)代摩托車發(fā)動機速度達到10000r/min是很常見的,大致來說,空氣流入時間只有0.003s!因此,100年來,人們開發(fā)了多種裝置,使發(fā)動機呼吸更多、更深、更順暢,其目的是剝削更強的動力!
[代表車型:哈雷戴維森布雷庫特]
頂部閥門(OHV)
1899年,法國人維什首次推出了頂部閥門機構(gòu)(OHV),以提高發(fā)動機速度和動力。在頂部閥門機構(gòu)中,凸輪軸安裝在氣缸的側(cè)面下方,通過長推桿向上推搖臂,通過搖臂向下按壓打開閥門。閥門可以安裝在氣缸蓋上,因此可以將燃燒室優(yōu)化為半球形或楔形,提高發(fā)動機的壓縮比和熱效率,達到高速、大功率的目的。為了提高轉(zhuǎn)速和動力,頂部閥機構(gòu)比側(cè)面閥機構(gòu)好得多,發(fā)動機的轉(zhuǎn)速一般從1200r/min以下提高到6000r/min,從而大大提高了功率。
此外,架空閥發(fā)動機還具有低速、大扭矩的優(yōu)點,為了獲得不同的振動節(jié)奏和排氣聲波,可以調(diào)整V型雙缸的角度,從而具有強烈的個性。這就是為什么盡管未來出現(xiàn)了更先進的架空凸輪軸(OHC)發(fā)動機,但仍有制造商堅持生產(chǎn)技術(shù)“老式”O(jiān)HV發(fā)動機。
[代表型號:本田SH300i]
單頭凸輪軸(SOHC)
頂部閥發(fā)動機優(yōu)于側(cè)面閥發(fā)動機,但頂部閥發(fā)動機也有自己的限制。也就是說,凸輪軸通過閥門挺桿驅(qū)動閥門,增加的閥門挺桿相應(yīng)地增加了傳動損失。從20世紀60年代開始,更加先進的單過凸輪軸(SOHC)發(fā)動機開始了大規(guī)模的行進。與SOHC和OHV相比,最大的區(qū)別是OHV在凸輪軸上,凸輪軸使用閥門挺桿驅(qū)動閥門。SOHC使凸輪軸的位置在閥門上,發(fā)動機飛輪通過皮帶或鏈條驅(qū)動凸輪軸齒輪,使凸輪軸直接驅(qū)動閥門。結(jié)果表明,SOHC與OHV相比,可以減少閥門怠速和相應(yīng)的傳動損耗,設(shè)計更高的壓縮比和發(fā)動機轉(zhuǎn)速,在同等排放量下,SOHC發(fā)動機比OHV發(fā)動機動力更大,油耗更低,維修更方便。現(xiàn)代單缸摩托車發(fā)動機配置基本上是單頂凸輪軸。
[代表型號:本田VTR250]
雙頂凸輪軸(DOHC)
頂部凸輪軸發(fā)動機細分為SOHC(單頂部凸輪軸)發(fā)動機和DOHC(雙頂部凸輪軸)發(fā)動機。SOHC是進氣閥和排氣門的開合,都由同一個凸輪軸完成開關(guān)運動。DOHC使用兩個凸輪軸分別驅(qū)動進氣閥和排氣門,以完成開合運動??偟膩碚f,DOHC的優(yōu)點是,可以很容易地改變吸入口的開啟時間。
只氣門的慣性質(zhì)量比較低,因此具有高轉(zhuǎn)速、大功率的特性,但是結(jié)構(gòu)比較復雜,造價成本較高,維護也比較困難,一般來說,多缸、大排量的高速發(fā)動機多采用DOHC氣門機構(gòu),單缸、小排量的普通發(fā)動機多采用SOHC氣門機構(gòu)。【代表車型:杜卡迪Monster821】
機械氣門機構(gòu)(Desmodromic)
Desmodromic是杜卡迪招牌式氣門控制機構(gòu),其優(yōu)勢是:絕大多數(shù)四沖程發(fā)動機都依賴于彈簧來閉合氣門,但隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提高,特別是高轉(zhuǎn)速的賽車型發(fā)動機中,彈簧閉合氣門的時間變得很苛刻,從而經(jīng)常出現(xiàn)氣門無法精確地按照凸輪形狀來運轉(zhuǎn)的情況,這導致了發(fā)動機性能的下降;而Desmodromic氣門系統(tǒng)由于取消了彈簧,改為直接機械閉合氣門,從而實現(xiàn)了發(fā)動機全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的精確氣門動作,能夠防止發(fā)動機高轉(zhuǎn)速時出現(xiàn)性能下降的現(xiàn)象。
【代表車型:本田VFR800F】
可變氣門系統(tǒng)(VTEC)
VTEC全名是Variable valve Timing & lift Electronic Control system,即可變氣門正時/升程電子控制系統(tǒng),簡稱可變氣門系統(tǒng),主要應(yīng)用于本田中量級V4發(fā)動機。當轉(zhuǎn)速低于設(shè)定值時,這臺V型四缸的16只氣門中,只有8只氣門在工作;一旦轉(zhuǎn)速超過限值,16只氣門全部激活,全力以赴榨取最大動力。VTEC兼具2氣門和4氣門發(fā)動機之特長,在中低轉(zhuǎn)速時輸出強韌扭矩,同時降低了油耗;高轉(zhuǎn)速時則酣暢淋漓地輸送充沛動力。
【代表車型:Kawasaki 1400 GTR】
可變氣門正時系統(tǒng)(VVT)
川崎的可變氣門正時系統(tǒng)(VVT)能在發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),優(yōu)化最合適的氣門開啟、關(guān)閉時間,以提高燃燒效率,實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速時扭矩豐沛、高轉(zhuǎn)速時功率酣暢的目標。具體實現(xiàn)過程是:進氣凸輪軸的尾端裝配了可變正時驅(qū)動裝置。來自發(fā)動機機油泵的低壓機油,被機油控制閥(OCV)調(diào)節(jié)方向后進入可變正時驅(qū)動裝置的腔內(nèi),驅(qū)動進氣凸輪軸在0°~23.8°角度范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn);具體偏轉(zhuǎn)角度的數(shù)值,則由32位的電控單元ECU綜合比較曲柄位置、凸輪軸位置、扼流閥開度和扼流閥傳感器、水溫等信息后,計算出最佳的實時進氣門正時,再發(fā)出指令讓OCV閥驅(qū)動進氣凸輪軸偏轉(zhuǎn)到相應(yīng)角度,從而實現(xiàn)相應(yīng)的進氣提前或延遲。
【代表車型:Kawasaki H2/H2R】
機械增壓(Supercharged)
所謂機械增壓,就是在發(fā)動機上安裝了迷你空氣壓縮機,提高供應(yīng)給發(fā)動機的空氣壓力或密度。這一做法,讓發(fā)動機在進氣時獲得更多的氧氣,可以燃燒更多的油氣混合物、做更多的功,從而提高發(fā)動機的功率。機械增壓器的驅(qū)動力來自于發(fā)動機的曲軸,連接方式可能是皮帶、齒輪、鏈條或軸等方式。
【代表車型:Roehr 1250sc】
渦輪增壓(Turbocharged)
發(fā)動機上的增壓器,其實是一種強制進氣的裝置。在不改變排量的前提下,安裝了增壓器的發(fā)動機,比起自然吸氣的發(fā)動機,能在相同的時間內(nèi),讓汽缸填充更多的油氣混合物,因此效率更高、動力更強。
常見的增壓器有兩種,除了上述的機械增壓器之外,另一種則是渦輪增壓器。兩種增壓器的核心區(qū)別,在于它們的驅(qū)動力來源不同。機械增壓器的工作動力來自于發(fā)動機,而渦輪增壓器則是借助排氣管的高速氣流來驅(qū)動渦輪。
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