随着摩托车尾气排放法规的收紧，很容易找到一些纸上空下的专家，他们会自信地告诉你，内燃机的一些最古老的技术——空气冷却和推杆操作的气门机构——已经过时了。
在排放和性能方面，技术和复杂性一直被奉为神明。当今复杂得令人难以置信的高性能发动机——充满了可变气门正时、每个气缸四个气门、双顶置凸轮轴和许多其他技巧——是工程学的奇迹。但是，尽管不断有人认为，严格的排放法规将会把风冷和推杆等过时的东西扔到二冲程发动机多年前被送到的101室，但它们坚决拒绝被挤出市场。
事实上，今年最重要的一款新自行车同时使用了空气冷却和推杆阀驱动。宝马即将推出的R1800巡洋舰系列发动机的设计对1920年的摩托车手和2020年的摩托车手来说都一样容易识别。但是，为什么这些古老的观念仍然存在，它们真的在现代世界中占有一席之地吗?
宝马即将推出的R18巡洋舰如果没有气冷推杆发动机就不可能存在
需求和供应:乘客仍然需要推杆和空气冷却
说到摩托车发动机设计，你会很难找到比保罗·埃斯里奇更有知识的人，李嘉图摩托车战略和业务发展负责人。我们问他，是什么让气冷式和推杆式摩托车发动机如此顽强。
“空气冷却在高端市场很受欢迎，”他说，“你有大型巡洋舰——主要是我们所说的‘遗产而另一方面，新兴市场上大量生产的汽车喜欢风冷发动机，因为它们便宜、简单、易于维护。
“不同之处在于，小型发动机通常没有推杆气门机构。没有必要将空气冷却和推杆结合起来，但在某些行业，这是常态;传统产品通常使用推杆气门机构(特别是在美国V双缸市场)，而面向大众市场的小型自行车通常使用单顶置凸轮发动机。”
虽然很容易将彻底的性能改进与技术的进步等同起来，但要理解这些老式设计的吸引力，关键是要认识到功率并不是他们优先考虑的问题。
考虑到将于今年晚些时候发布的巨大的宝马拳击手发动机，它同时使用推杆和空气冷却，以及大约1800cc的巨大容量，Paul Etheridge说他说:“这样的发动机有很多优点，你想要的是很大的扭矩，而不是最终的功率输出。这种安排在气缸盖设计方面非常紧凑，从美学上看，它们看起来也好多了。
“看看现代超级摩托车的发动机，经过进化，可以在非常高的发动机转速下产生令人难以置信的动力。气门系统变得更加复杂了，因为它是发动机输出动力的核心;有足够的空气进入，因为功率是速度的函数，转速提高了，气门机构的复杂性也提高了。这样做，气缸盖变得越来越高。包括气门角度(进气和排气之间)已经减少，因为这样你就可以得到一个更自由流动的端口安排下的阀门。所有这些都决定了发动机几何形状的变化。追求更大的动力意味着转速上升，所以你有大口径和小冲程，这样你就可以提高发动机的转速，这意味着你有一个更短的发动机和一个更高的气缸盖。这看起来不太好，特别是在巡洋舰上，从扭矩曲线的角度来看，这将完全不合适。
“所以大型巡洋舰走了另一条路。他们通常会采用更大的容量，但采用推杆气门机构，这样就可以限制气缸盖的高度，并将大型发动机装进摩托车。它们获得所需的扭矩和动力，是因为它是一个巨大的引擎，而不是通过加速来实现的。它们的扭矩曲线也很好，从驾驶性能的角度来看，扭矩比动力更重要。”
里卡多的保罗·埃斯里奇享受着气冷推杆发动机的扭矩
权力不是一切
看到哈雷戴维森(Harley-Davidson)或印度(Indian)等公司推出的大型风冷式、推杆阀驱动的双胞胎车型(宝马的新设计坚定地瞄准了这些车型)，人们很容易嘲笑它们动力不足。在1600cc或更高排量的发动机中，峰值马力低于100马力的情况并不罕见。在一个充斥着200马力、1000毫升超级摩托车的世界里，这个数字似乎很弱，但这是这些公司有意选择的一种权衡，而不是由于缺乏工程能力而带来的限制。
Etheridge解释说:“推杆气门机构存在局限性，因为阀门很重，推杆和摇杆也很重，如果你有液压液压调节器，这些元件也很重。它们也相对灵活，所以你对凸轮轴所做的与气门的情况并不完全相关。这最终限制了气门系统的性能，限制了发动机的转速。
“在现代顶置凸轮发动机中，凸轮直接作用于气门，或者在更新的版本中，通过手指跟随器作用于气门。这一切都是为了提高气门机构的速度，减少单个部件的质量，并提高气门机构的结构完整性。最终，这意味着在气门系统出现动态问题之前，你可以加大引擎转速，这样弹簧就会进入喘振状态，气门就不会跟着凸轮轴转了。阀反弹。杜卡迪的Desmodromic系统是一个非常古老但非常好的解决方案来控制气门机构因为它没有弹簧;阀门由摇杆开启和关闭。但这是一个昂贵的系统。”
但真正的动力并不是巡洋舰所需要的。扭矩更重要，因为它能让你毫不费力地在高档位上奔跑，而且不用换一两个档位就能立即加速。对于这种反应，彻底的引擎容量就是答案。这就带来了一个新问题:如何在摩托车车架有限的空间内安装最大的发动机。
突然间，推杆气门机构——与顶置凸轮解决方案相比，气缸盖的高度大约减少了一半——看起来非常有吸引力。空气冷却也是如此，它消除了散热器等笨重的部件，同时制造了一个更清洁、更经典的发动机。
当谈到巨大的新宝马巡洋舰发动机，埃瑟里奇认为没有替代使用推杆。他说:“如果有顶置凸轮系统，拳击手发动机是不可能的。它已经足够大了，但如果你装上顶置凸轮系统你可能会把气缸盖的高度增加一倍。你无法过滤流量!”
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排放的优势
酒吧里的专家经常会说，这些老式的发动机设计，采用空气冷却、推杆气门机构和每个气缸两个气门，已经过时了，排放限制将迫使它们灭绝。但是Paul Etheridge认为排放规则对他们来说并不是一个特别的问题。相反，它们比更小、更高转速的设计有一定的优势。
“与水冷发动机相比，风冷发动机往往需要更长的预热时间，但最终往往会运行得更热。在制定排放控制策略时需要考虑到这一点，因为这会在排放试驾周期中改变发动机的排放性能。发动机的优势在于其相对较低的比输出(以bhp/l计算)，因此气门事件不会那么极端，”他说，“高性能的发动机有很多气门重叠，进气和排气同时打开，但这会导致大量未燃烧的碳氢化合物进入排气。这些又大又懒的引擎就没有那么多问题了。
“一般来说，超级摩托车的发动机确实很难在气缸中获得良好的空气运动，因为排气口的设计是为了让尽可能多的空气进入发动机，很难产生足够的空气运动来提供良好的部分负荷燃烧稳定性。在低调音状态下的发动机上，你可以设计一个更高水平的气缸空气运动——他们称之为“翻滚比”或“涡流比”，这取决于运动的旋转轴——这将给你更好的部分负荷燃烧，从而改善排放和燃料消耗。所以使用大型巡洋舰发动机实际上会更容易一些。”
那么，这个非常重要的“空气运动”到底是什么呢?
Etheridge解释说:“进气道的设计对于气缸中正确的空气/燃料混合非常关键。如果你有混乱的气流，空气只是在进气门周围流动，你就会在部分负荷下得到很差的燃烧。你可能在全功率下没问题，油门大开，但在部分负载下，它会非常不稳定，因为燃烧不稳定。如果你能很好地控制气流，把火花塞放在正确的位置，你就能得到良好稳定的燃烧，你就能改善所有这些，也能减少发动机的排放。一些大缸径发动机还使用每个气缸2个火花塞，以进一步提高部分负荷燃烧的稳定性。”
正是这种部分负载气流和进气/排气口重叠问题，在很大程度上导致了二冲程发动机的消亡。Etheridge说:“不管你信不信，在部分负荷情况下，老式的二冲程发动机可能每六到七次循环才点火一次，其余时间燃料只是从排气口排出，没有被燃烧，所以碳氢化合物的排放量非常高。糟糕的燃烧室四冲程没有那么糟糕，但原理是一样的;并不是每个循环都能完全燃烧，所以燃料没有燃烧就进入了排气系统。”
在达到欧5排放标准时，看起来如此老式的巡洋舰发动机可能比超级摩托车上使用的看起来更现代、高性能的设计更有优势，而不是处于劣势。
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耗尽的问题
在下一代巡洋舰能够保持风冷推杆发动机设计的地方，他们将面临一个挑战，即美学在这部分市场中如此重要。特别是他们的设计师将不得不找到一个解决方案来包装催化转换器。
更严格的新排放规定正迫使制造商将催化转化器移至离气缸盖更近的地方，而不是把它们藏在尾气另一端的消声器里。对于这个问题，我们已经看到了一些创造性的解决方案，特别是凯旋最新的bonneville，它的特点是发动机前面的猫，它们看起来就像发动机本身的一部分，由主顶盖排水管分流的黑色排气口提供燃料。一旦清理干净，这些气体就会被重新排回正常的排气口。通过使用铬假排气部分凯旋成功地创造了有管道，直接运行从汽缸头到消音器的错觉，从催化转化器的现实吸引眼球。在接下来的几年里，我们可以期待看到更多类似的解决方案被巡洋舰制造商采用。
今年早些时候公布的专利显示印度计划的VVT推杆V-twin
VVT和巡洋舰发动机
推杆发动机的一个可能的优点是，它可以更容易地采用可变气门正时(VVT)。它们通常只有一个凸轮轴，而顶置式V-twin凸轮轴则有两个或四个凸轮轴，每个凸轮轴都需要一个VVT系统。
包括宝马和杜卡迪在内的公司正在迅速接受VVT的想法，以帮助最大限度地利用他们最新的发动机，印度最近的一项专利表明，它可能是第一个在推杆巡洋舰发动机上采用同样想法的公司。不过，虽然在推杆发动机中添加可变气门正时并不难，但与使用该技术在更高转速、气门重叠更多的设计上相比，其优势相对较小。
Paul Etheridge表示:“VVT正变得越来越受欢迎，我认为在欧5标准下，你会看到更多配备VVT的发动机，因为它具有很多优势:排放、驾驶性能、扭矩曲线形状、燃油消耗和燃烧稳定性。总的来说，VVT是一项伟大的技术，它可能会像欧5那样推动它进入市场。但有了这些大而低功率的巡洋舰发动机，你就不需要它了。
“宝马(R1250) boxer今年配备了VVT，但这款发动机经过了高度调整——它不是一款巡洋舰动力总成，而是一款高性能车。它必须与杜卡迪Multistrada竞争，后者也有可变气门正时。所以这是一个非常复杂的发动机，有很高的比输出需要好的扭矩，好的动力，好的驾驶性能，因此它有很多复杂的特点。巡洋舰不需要这个。这是一个不同的要求。”
更少的运动部件意味着推杆发动机比顶置凸轮发动机更安静
那噪音呢?
虽然我们倾向于认为“排放”纯粹是指废气，但自行车公司也面临着一个越来越艰巨的挑战，即让他们的机器通过噪音排放限制。
在这里，老式推杆发动机再次发现自己比其更复杂的兄弟具有优势。
Paul Etheridge告诉我们:“推杆发动机在机械噪音方面非常好。很少有活动部件，设计很简单，凸轮轴埋在发动机里，如果你有液压升降机，设计好，它们就会相对安静。相比之下，如果你有一个高性能的双顶置凸轮发动机，就会有很多机械问题发生。链条在转动，四个气门，摇杆和两个凸轮轴。有很多潜在的噪音。
“如果你看一看大型超级运动自行车，它们在机械上并不那么安静。好吧，它们的周围都是车身，但你把耳朵贴下来，听听引擎的声音，你就能知道里面发生了很多事情。巡洋舰相对简单;有一个大口径，大冲程，凸轮轴，推杆，也许还有几个液压升降机，它们可以消除非液压系统可能会产生的滴答声。
“而且它们需要相对安静，因为人们不会接受巡洋舰上机械噪音大的发动机。我有一辆2002年的印度车，在空转的时候，这辆车很漂亮。它以每分钟500转的速度飞驰而过，这就是它的魅力所在。如果你听一辆超级摩托车的发动机以1200转/分钟的速度空转，你会发现它们并不是很安静。
“随着有关噪音的法规变得越来越严格，你不得不更多地扼杀排气和进气口，因此发动机的机械噪音变得更加主要。当它们从工厂出厂时，排气系统相对安静，所以你会听到更多发动机的声音。”
虽然推杆气门有助于降低噪音，但空气冷却可能会导致噪音问题，因为发动机周围没有水套来消声，但Etheridge表示，这个问题是可以解决的，他说:“使用气冷发动机，你需要注意散热片的设计和活塞与缸孔的间隙，这样你就不会产生任何活塞噪音。”
宝马投入巨资设计了一款全新的发动机，采用了老式的空气冷却和推杆
这些老旧的发动机设计不是效率低下吗?
大发动机容量和相对低功率的组合意味着很容易得出这样的结论:巡洋舰发动机不如带有DOHC气缸盖和水冷却的“现代”布局高效。但保罗·埃斯里奇很快驳斥了这种说法。
“功率输出并不是效率的副产品，”他说，“这些发动机是为特定目的而设计的，实际上它们相当高效。它们是相对低排放的发动机。因为我们已经讨论过了——气门正时要求，事实上你不需要大量的特定功率输出，事实上它们的转速受到内径/冲程和推杆气门机构的限制——巡洋舰发动机在它们需要做的事情上是高效的。”
在很大程度上，由于赛车规则对发动机尺寸的限制，人们对特定容量的动力需求越来越大，多年来，这种需求催生了对更复杂发动机的需求。
Paul Etheridge说:“你可以看到特定产出上升的趋势。你可以用推杆气门机构做一定的量，你也可以用空气冷却的方式。下一步，如果你想要更具体的输出，可能是一个单独的顶置凸轮轴设计，也可能引入一些油冷却，喷洒在活塞的底部，或者在发动机中有特定的通道，用于冷却，而不仅仅是润滑。
“铃木GSX-R就是一个很好的例子。他们用油冷却已经好几年了，但是当你超过某个特定的输出时你仍然不能把热量从引擎中取出，所以在某些时候你必须使用水冷却。然后气门系统变得更加复杂因为为了获得更大的动力你必须加快速度，所以你有双顶置凸轮轴，直接攻击或手指跟随，或者你开始使用特殊材料或更特殊的气门系统。这就是引擎的进化如果你想继续增加特定的输出。
“但现在市场正在发生变化，这些传统/复古产品——裸体自行车、杜卡迪Scrambler等时尚自行车——是对人们不再想要时速200英里的塑料摩托车这一事实的回应。”人们想要看起来很酷，出去玩，这些自行车是伟大的。它们看起来很棒，但技术上相对简单。”
宝马的新巡洋舰项目是该公司多年来最重要的摩托车投资之一，也是一个全新系列的基础，将使该公司在一个从未真正涉足过的市场上参与竞争，它告诉我们，空气冷却和推杆气门机构远不是即将消亡的技术。事实上，随着摩托车市场变得比以往任何时候都更加多样化，它们可能正处于复兴的边缘。
