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川崎摩托车燃油喷射好不好看这里!绿色梦想——漫谈摩托车环保技术(上)

近年来,环境保护形势越来越严峻,世界各国出台了越来越严格的排放法规,这对摩托车环境保护技术提出了更高的要求。

搭载了二冲程发动机的摩托车,因扫气、排气口重叠以及汽油机油混合燃烧等原因,导致尾气排放污染较大。搭载了四冲程发动机的摩托车,尽管排放比二冲程发动机相对干净,但是尾气成分复杂,包括了二氧化碳、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、水、碳烟尘等,其中一氧化碳、碳氢化合物等均为有害物质,会污染大气并给自然界环境、动植物和人类带来危害。为此,全球各大摩托车厂家积极运用新理念、新技术、新工艺、新材料,进一步降低尾气排放污染,让骑手在享受摩托车带来的自由飞扬同时,保护人类共同的碧海蓝天。

二冲程的退隐

与四冲程发动机相比,二冲程发动机拥有明显优势:不需要复杂气门机构,因此发动机体积小、结构简单、重量轻,制造维修方便;曲柄旋转360°即完成一个工作循环,而四冲程发动机曲柄旋转720°才完成一个工作循环,因此理论上在相同的曲轴转速和相同排量的情况下,二冲程发动机功率比四冲程发动机高一倍,即使扣除扫气等因素造成的功率损失后,实际输出功率仍比四冲程发动机高50%~70%!

二冲程摩托车的实力,我们来看看上个世纪90年代面市的轻型跑车吉雷拉CX125就知道了。1991年CX125上市,搭载了排量125mL的液冷、二冲程单缸发动机。可别小看这颗小小的动力心脏,这可是移置自当年Crono 125的动力装置,只是修改了排气系统,峰值功率略微下降;此外,发动机新配了电控排气动力阀,取代之前的机械结构。在32mm口径的Dell'Orto VHSA32AS化油器伺服下,这颗125mL二冲程单缸发动机爆发出强劲的动力,最大功率达到21kW(10500r/min),最大扭矩则为18.6N·m(10250r/min)。

凭借强劲的动力、高刚性车架、轻盈的重量,CX125具备了很强的奔跑能力,一旦在最高挡时的速度超过100km/h,马上画风突变,单缸发动机变得很兴奋,声浪从之前的嗡嗡声变成刺耳的尖叫,动力倾泻而出。据测试,CX125起步加速跑完400米用时不到15s,终点速度142km/h;如果你敢狠心继续拧油门,CX125能够跑到170km/h的极速!

通过CX125,我们可以清晰感知二冲程发动机的威力。但是,随着环保要求的日益迫切、排放法规日趋严格,二冲程发动机摩托车的生存环境越来越严峻,最主要的原因是低转速时排气不充分、扫气不完全,以及参与燃烧的润滑油很难充分燃烧,导致废气中碳氢化合物含量剧增,远远高于四冲程摩托车。这在环保呼声至上的环境下是致命的缺陷。

正因为如此,新千年以来,国际摩联修改了GP大奖赛的比赛规则,让二冲程赛车逐步退出了赛场;到2012年,所有组别中再也看不到二冲赛车金戈铁马、纵横捭阖的飒爽英姿,清一色的四冲赛车赛道称霸、一统江湖。市场与赛场相对应,为了适应环保排放法规,二冲程摩托车日趋势微,所占的市场份额几乎可以忽略不计。

新技术的曙光

有没有鱼和熊掌兼得的办法,既降低尾气排放,又保留动力输出优势,让二冲程发动机再获新生?实际上,不少厂家一直没有忘记二冲程,而是在“苦练内功”,希望通过技术的革新,让优势明显的二冲程再次大放异彩。

近年来KTM推出的EXC 250 TPI尝试给出答案。

这是世界首台配置了TPI的二冲程耐力车。如图所示,这款轻量级耐力车最大的与众不同,就在于TPI,即进气口喷油技术。这台液冷二冲程单缸发动机,采用了66.4mm×72mm的缸径和冲程,排量为249mL。与常规二冲程发动机不一样的是,汽缸设计了两个孔,分别安装了两个喷嘴。这套专利的电子次序喷射系统,在维持二冲程发动机高输出的同时,获得了更平顺更均衡的动力输出特性,显著降低油耗和排放污染,且无须机油、汽油预混合,也无须根据海拔高度来调整电喷系统。

车架方面,KTM工程师殚精竭智来偷轻减重,让EXC 250 TPI跻身同级别中最苗条、最轻盈、转向响应最灵敏的阵列。车架采用轻巧的铬钼合金钢管车架,虽然转向几何设置与上一代相同,但是现在横向刚性、纵向刚性以及抗扭刚性进一步增强,为骑手创造更准确、更稳定的操控体验。副车架则采用铝合金方管,虽然比上一代延长40mm,但是重量反而降了900g。悬挂系统同样是顶级配置,前端安装的是粗壮的48mm直径WP XPLOR倒叉,尽管每根前叉都内置弹簧,但是阻尼功能是不一样的,压缩阻尼在左侧,而回弹阻尼则在右侧,两者都可以通过顶部的刻度盘来便捷调节。后部的单筒减震器,无须连杆机构,直接安装在后摇臂上。单筒减震器的高速和低速压缩完全可调,因此无论哪种路况,都能压住后轮紧紧咬住路面!

此前,EXC 250就凭借强大的综合实力,被不少业界专业人士认为是完美平衡的耐力车。现在,搭载了TPI液冷单缸二冲程发动机的EXC250 TPI进化得更加悍勇强大。而且,得益于进气口喷油技术,EXC 250 TPI还变得既环保又省油,满足欧4排放标准,二氧化碳排放量只有59g/kg,比搭载了四冲程发动机的同门兄弟还少;油耗降到每百千米2.55L,比四冲程兄弟省油27%!

电子燃油喷射系统

在电喷之前,摩托车发动机的供油由化油器负责,工作原理是通过进气过程中的负压,将汽油吸出,并与高速流动的气流形成油气混合物进入发动机燃烧室。化油器优点是结构比较简单,易于维修。缺点就是供油不能保证绝对稳定,所以油耗相对较高;受气压等外界环境影响较大,工作不够稳定。简而言之,由于化油器自身存在的不足,导致无法根据发动机实际情况提供准确的汽油量,因此常常造成燃烧不完全、排放污染较多。针对这种不足,电子燃油喷射系统应运而生,优点是能够能够根据发动机实际工作情况来提供精准的汽油量,而且工作很稳定,受外界影响非常小;结合氧传感器反馈的信息,自动优化汽油供应,有效减少排放和降低油耗。

早在1980年,川崎KZ1000就引领风气之先,率先安装了电子燃油喷射系统,遗憾的是,由于电喷系统并没有让发动机爆发出更强的动力,因此这一技术没有得到足够重视。1983年,宝马推出了K100,这是他们第一台搭载四缸发动机的摩托车,排量为987mL。虽然同属并列四缸发动机,但是日耳曼人没有对日本亦步亦趋,他们不是采用流行的并列四缸发动机型式,而是借鉴“拳击手”采用了水平安装方式,且汽缸采取纵列而不是横列布置。这种水平纵列的发动机,可以让动力从齿轮箱传递给后轮时保持在同一直线上,这样宝马工程师就能够方便地装配上他们成熟的驱动轴了。与水平横列四缸发动机一样抢眼的是,K100装备了博世电子燃油喷射系统,从而跻身世界上最早采用电喷的量产型摩托车之列。这台电喷四缸发动机可在8000r/min时输出最大功率65.7 kW,驱动重量243kg的K100突破200km/h的极速。

随着环保呼声越来越大、尾气排放标准越来越严,电子燃油喷射系统在摩托车上得到迅速推广使用。如今,电喷发动机已经成为摩托车的必备,甚至连50mL的代步小踏板,都使用了电子燃油。

未完待续......

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