两气门和四气门摩托车区别（摩托车行业的下一件大事）

有时，一项新技术会突然出现在摩托车领域，席卷所有摩托车，并成为一个明显标志出该分水岭之前或之后的自行车的因素。例如，牵引力控制，多种骑行模式，TFT显示屏。所有这些都是几年前无处可寻的，但很快就成为标准票价。

其他技术需要更长的时间才能达到临界点。ABS制动器绝不是什么新鲜事物-宝马从年代就开始提供这项技术-但直到现在，在改进技术和法规的帮助下，从将其强制用于新摩托车上，它们才普及。

可变气门正时（VVT）牢固地落入第二阵营。

作为一项技术，它已经存在了数十年，但是尽管汽车制造商早已接受了这项技术，但摩托车制造商却对此予以回避。但是，正如他们被迫接受ABS一样，排放法规日益严格的束缚将很快迫使企业重新考虑VVT。

但是暂时不要认为这是一件坏事；在未来的摩托车发动机上正确应用可变气门正时，有望改善有形性能，包括其性能和经济性，并确保更清洁的排气。

那到底是什么呢？

内燃机是一系列折衷方案。这些主要是因为我们要求他们提供如此多的灵活性。我们期望它们能够轻松启动并稳定在低转速，平稳的滴答声中，而下一刹那，我们呼吁同一台电机达到13,000rpm的转速并抽出伸展手臂的功率。

更重要的是，我们都期望从温顺过渡到发生，没有这么多的道路上顺利或打磨。那是在我们甚至开始考虑排放或经济之前。

引擎设计人员朝各个方向努力，而作为客户的客户一旦未能达到我们的崇高期望，我们就会走开。

问题在于，这些目标中的每一个都需要与引擎本身不同的一组属性。气门正时尤其需要妥协。

气门是四冲程发动机的重要组成部分。在每个活塞的这四个冲程中-吸气，挤压，爆炸，吹气-每个气门都有几个关键时刻。简单来说，进气门在进气（“吸气”）冲程期间打开，这是因为活塞下降并将空气和燃料的混合物吸入气缸。它们闭合以产生压缩（“挤压”）冲程和点火（“ 爆炸”）冲程。然后，对于排气（“吹”）冲程，排气门打开以允许排出废气，并允许整个循环再次开始。

为了打开和关闭，通过一个或多个凸轮轴上的凸角打开气门，凸轮轴的旋转速度是曲轴速度的一半，这是因为发动机需要旋转两圈才能完成一个四冲程循环。

简单吧？

不幸的是，尽管基础很简单，但是细节变得有些棘手。

问题在于，为了使发动机发挥最佳性能，在相关冲程开始时，气门不能简单地打开和关闭。

取而代之的是，排气门在点火冲程结束之前，在活塞到达下止点之前开始部分打开。然后，它们在排气冲程结束后直至进气冲程开始时保持部分打开状态。

同样，进气门实际上将在排气冲程结束之前开始打开，直到压缩冲程开始之后才关闭。

造成这种情况的原因有很多，其中有些原因太复杂了，但其中包括以下事实：阀门无法立即打开-它们需要一段时间才能到达完全打开的位置-并且所产生的气体进出圆柱体也不会立即做出反应。

发动机设计人员经常会用压力波来谈论这些气体的运动。如果您想象通过发动机的气体有点像水，则更容易设想。当阀门打开和关闭以允许它进出时，并且活塞移动，它左右摆动。将阀门调整到正确的时间，这些波将帮助迫使气体通过它们。

问题在于，以13,000rpm完美运行的正时在2000rpm时可能并不理想，反之亦然。

特别地，进气门和排气门同时打开的时间绝对至关重要。所谓的气门重叠，是指在进气门关闭之前使进气门开始打开，这有助于将进气引入气缸。排出的废气波在其后方形成一个低压区域，在进气门打开的情况下，该区域吸入了进气混合物。

问题在于，选择的气门重叠量只会在特定的发动机转速下起作用。高转速时，很多重叠是好的。排气中的压力波有助于将更多的新鲜空气吸入气缸。完美地工作，实际上将帮助吸入比通常装入气缸的空气/燃料混合物更多的空气/燃料混合物，因此，它具有增压效果，基本上可以产生通常需要更大气缸才能达到的性能。因为我们正在谈论令人难以置信的速度-每个气门每秒以15,000rpm的速度打开和关闭125次，所以即使有明显的重叠，进气中未燃烧的燃料也没有时间通过排气门溢出。

但是在低转速下，相同的重叠量将导致可怕的排放。在1200rpm的怠速下，阀门每秒仅打开10次，如果有很多重叠，则有足够的时间使未燃烧的燃料逸出到废气中。在赛车发动机上没问题，但是公路发动机需要符合排放法规，并且将未燃烧的碳氢化合物扔掉非常令人讨厌。

最简单的形式就是可变气门正时在其中发挥作用。在未来几年中，能够改变进气凸轮轴或进气凸轮轴和排气凸轮轴正时的发动机将变得越来越普遍。

VVT：简史

现在已经开始在量产摩托车上使用的VVT，其中凸轮轴被“定相”，其正时提前或延迟，基本上类似于汽车上最常见的设计。

实际上，1980年在阿尔法·罗密欧Spider上看到的首款VVT汽车装置基本上与当今仍很常见的类似。这个想法是进气凸轮轴没有牢固地连接到它的链轮上。取而代之的是一个“移相器”，它可以使它相对于链轮旋转几度，从而提前或延迟正时。

这些移相器通常设计为仅允许两个位置。它们有两个主要部分；固定在凸轮轴上的内转子和由凸轮链条（或皮带，在杜卡迪的情况下）驱动的外部链轮。内转子的叶片可装入外链轮的较宽的腔室中。通过使用发动机现有的机油系统和一组简单的电子螺线管将发动机机油推到这些凸角的一侧或另一侧，以允许其进入或流出腔室，内转子相对于内转子移动（“定相”）。外部链轮。

2014年，杜卡迪大张旗鼓地将这种装置带到了Multistrada上，进气和排气凸轮轴上均装有相位器。但是，川崎自2007年推出以来就一直在对GTR1400的进气凸轮轴进行调相。虽然川崎的设计（如图所示）仅在进气凸轮上，并且相位只有27度（与杜卡迪相比为45度），但是本质上相似。

凸轮相位VVT的简单性，以及制造商修改现有发动机来适应它相对容易的事实，这意味着它已经在汽车中占主导地位，并且也有可能成为自行车中最常见的配置。

铃木GSX-R1000

虽然这绝对不是首款配备VVT的摩托车，但铃木的2017 GSX-R1000却是首款采用可变气门正时功能的全能超级摩托车。它也有一个非常聪明的纯机械系统，从而消除了将其插入发动机机油系统的需要和电子螺线管致动器的需要。

该系统已经在公司的GSX-RR MotoGP摩托车上使用，而在MotoGP中，液压和电子VVT系统均被禁止，这一事实真正推动了这种解决方案。这就排除了所有现有系统，并迫使铃木横向考虑是否希望获得VVT提供的最低端bottom声和高端功率的结合。

GSX-RR和GSX-R1000系统实际上非常类似于Ducati和Kawasaki使用的液压凸轮相位器。像他们一样，铃木使用由两部分组成的凸轮链轮-一半自行携带链轮，并由凸轮链条驱动（上页和顶部）。另一个用螺栓固定在凸轮轴上（仅用于GSX-R1000的进气凸轮，但是没有理由该系统也不能应用于排气系统。）

铃木移相器的两个半部通过在加工成两个半部的径向凹槽中运行的钢球连接，而不是在充满油的腔室中形成凸角。在链轮侧，凹槽略微倾斜，而在凸轮轴的一半上，凹槽从中心直指，并朝外边缘变浅。弹簧板将凸轮轴侧压向链轮侧，并将滚珠夹在它们之间的凹槽中。

转速低时，弹簧压力将钢球推向中心凹槽的较深部分。随着发动机转速的升高，钢球的离心力将其向外推，并且由于链轮上凹槽的角度对齐，其效果是提前了凸轮正时。

聪明的系统意味着改变弹簧力会改变发生凸轮相位的发动机转速。该设计还意味着，随着转速的增加，从延迟进气凸轮正时到平稳进气凸轮正时的转换应该是平稳且逐步的。

毫无疑问，铃木已为该设计申请了大量专利。

VVT系统在GSX-RR GP摩托车上似乎能很好地工作，因此我们有理由相信GSX-R的凸轮定相同样有效。

那么VTEC呢？

是的。您已经注意到我们没有提及本田长期运行的VTEC系统。

本田是汽车世界中VVT的先驱者之一，在80年代后期引入了VTEC，与大多数系统不同，它不仅改变了气门正时，而且改变了气门升程和持续时间。它通过为每对气门配备两个凸轮凸角轮廓和两组摇杆来实现。在低转速下，使用较柔和的凸轮轮廓，同时使用更具侵略性的凸轮上的摇杆自由移动

在预定的发动机转速下，电磁阀允许油压将销钉推到摇杆之间，将第二个摇杆锁定在适当的位置，并发挥更积极的凸轮轮廓。

但是该系统仅用于本田汽车。

令人困惑的是，像VFR800（如图）和CB400 Super Four这样的自行车所使用的Hyper-VTEC系统是完全不同的。它实际上可以追溯到早在1983年在日本市场CBR400F上使用的较早的REV系统，并且通过以低转速“关闭”每个气缸中的两个气门来工作。同样，螺线管和机油压力用于迫使销定位或错位，但在Hyper-VTEC的情况下，它们实际上使凸轮挺杆与气门杆接合或分离。该系统安装在每缸四气门发动机上，但每个汽缸仅安装一个进气门和一个排气门。

在低转速下，Hyper-VTEC气门会脱开，这意味着发动机以气门相对较小且凸轮轮廓较为保守的两气门发动机运行。这种组合提高了经济性并增加了扭矩，因为小阀门提高了低转速时的气流速度。

在较高转速下，系统接合第二个进气门和排气门，从而将发动机转换为每缸四气门模式。由于每个气门都有自己的凸轮凸角，因此这些仅允许高转速的气门可以使用不同的凸轮轮廓，从而增加重叠度和升程，从而获得更高的高速性能。

不利的一面是，许多人抱怨转换太明显，而且该系统增加了维修成本。本田似乎同样没有说服力，因为尽管它提供了纸上的优势，但它从未做出很大的努力来将系统推广到整个范围。

未来该何去何从？

在过去的时间中，一直没有回避关于新的欧四排放标准以及制造商在达到这些标准方面面临的困难的讨论。现在它们生效了，但是由于下一代极限即将来临，摩托车公司的空间很小。

很难在2020年和2021年分两步推出欧五限制。第一次，可变气门正时将成为企业必须考虑的选择，以保持我们预期的性能，同时进一步减少排放。

很可能许多摩托车会采用杜卡迪和川崎所使用的那种凸轮相位设置。经过验证的技术相对容易添加。但是，它在极限转速方面有局限性，因此对于四缸超级摩托车可能不是理想的选择。

铃木的全机械配置看起来很有前途，具有经过种族验证的背景，并且范围有待进一步修改。该公司已经获得了带有电子控制装置的专利版本，以改变转换性能，以及适用于排气凸轮轴和进气的版本。有趣的是，一组专利显示了该系统安装在V型双缸发动机上，也许暗示了未来的生产模型。

但是目前，每辆VVT自行车都只是摸索出了可能性。还有其他想法可以使这项技术进一步发展。

在摩托车方面，一个是铃木的3D凸轮，它再次展示了一种优雅而简单的解决方案。它基于具有从一端到另一端轮廓不同的细长凸轮凸角的想法。一方面，它们接近圆形，气门升程极小，几乎没有或没有重叠，但在另一端，同一个瓣可以具有种族风格的轮廓，具有激进的升力和很多重叠。通过沿凸轮轴滑动凸轮凸角来实现从一个到另一个的过渡。铃木已经展示了不止一个概念引擎，并且已经开发了十多年。

3d凸轮凸角以其最终的外观消除了对单独油门的需求。相反，仅气门升程可用于调节发动机转速。这可以在性能，排放和经济方面提供潜在的改善。

这不是一个新主意，在汽车世界中，多年以来一直可以购买无油门发动机。宝马（BMW）凭借其Valvetronic装置是领先的指数。这使用改变摇杆支点的系统，以便在固定凸轮轮廓时，可以改变它们对气门升程的影响。与两个凸轮轴上的液压气门相位器一起使用以改变其正时，其结果是一个完全可变的气门系统，可在没有常规节气门的情况下使用。

菲亚特的MultiAir发动机仍然更加全面。它的进气门是计算机控制的，普通的凸轮轴在液压系统上工作，该液压系统将其运动传递给气门。通过在特定时间释放液压，可以使进气门稍后打开，更早关闭，甚至快速连续打开和关闭两次。还可以通过释放压力来控制升力，从而无需节流阀。自2010年以来一直在生产，因此该技术已经过验证。

所有这些系统的缺点是，与传统的固定气门正时和升程相比，它们昂贵，而且体积较大且具有更多的运动部件。

气门正时和升程的极限可能来自将凸轮轴从等式中完全删除的想法。几家公司已经创建了原型发动机，它们完全依靠电子，气动或液压装置来打开和关闭阀门，并由计算机控制其正时，持续时间和升程。Lotus，BMW，Renault和Ford等公司都是无凸轮想法原型的公司。但是目前，小型超级跑车公司Koenigsegg通过其子公司FreeValve似乎在技术上处于领先地位。它已经开发了几种原型发动机，并且正在与中国汽车公司Qoros合作将该系统投入生产。

在其最终的发展过程中，具有完全可变的无凸轮气门控制的发动机，以及由计算机独立确定每个气门的升程和正时的发动机，可以显着提高性能和经济性。此类发动机甚至有可能在四冲程和二冲程操作之间无缝切换，这听起来像是诱人的前景。当然，这些也没有限制。

缺少凸轮轴也意味着不需要凸轮链，皮带或齿轮，气缸盖可以更小，更轻，并且整个发动机的运动部件也更少。

未来很有可能会看到无凸轮发动机与不断改进的电动动力传动系统并驾齐驱，而且没有理由两者都不应该成功。无论哪种方式，它们都有可能比我们今天可以梦到的东西更好。

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