哈雷摩托百科

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传统与革命--哈雷戴维斯双缸进化历史

2010-12-19 15:49:41 本文行家:oaiowen

以哈雷为代表的美式摩托车,玩得是改装和文化。那你对巡航摩托车最核心的V形双缸历史文化了解多少呢?你是否知道发动机之间的区别和联系以及研发背景?是否了解哈雷V形双缸的从创新到固守传统再到勇于突破的心路历程

   提到美式摩托车(又称巡航摩托车,俗称太子车),摩友们马上会想到低长的外形,高位置的羊角把手,大直径的前轮辋和苗条的前胎,小直径的后轮辋和肥硕的后胎等等特征,其中至关重要的就是纵置V形双缸发动机,以及相伴而生的低速大扭矩、独特的震动韵律以及雄浑的排气节奏。

  众所周知,以哈雷为代表的美式摩托车,玩得是改装和文化。那么,你对巡航摩托车最核心的V形双缸历史文化了解多少呢?你能辨别所谓的“F头”、“扁头”、“拳头”、“盘头”、“铁头”、“铲头”以及“双凸轮”、“进化”、“改革”等发动机吗?你是否大略知道这些发动机之间的区别和联系以及研发背景?是否了解哈雷V形双缸的从创新到固守传统再到勇于突破的心路历程?

  请你停下风火雷霆的疾驰脚步,关闭你的发动机,坐下来一起听听——

F头发动机和三速变速箱F头发动机和三速变速箱


哈雷第一台V形双缸(1909年)哈雷第一台V形双缸(1909年)


匹配F头发动机的三速变速箱剖面匹配F头发动机的三速变速箱剖面


四轮马车发动机四轮马车发动机
  

V形双缸滥觞


  我们知道,哈雷摩托车乃至美式摩托车的核心特征是纵置V形双缸发动机,但是滥觞之初,哈雷生产的并  不是双缸而是单缸发动机。1905年到1908年间,哈雷生产出所谓的“四轮马车发动机”(buckboardmotor)。如名所示,哈雷暗示这台发动机的最佳用途,是安装在四轮马车上取代马匹。但是这台发动机用途很广,可以用于船舶或者摩托车等。“四轮马车发动机”的功率约2.2kW至2.9kW(约3至4马力),1905年售价54美元,1908年涨到75美元。

  1908年,沃尔特·戴维森(WalterDavidson)在纽约市的卡兹奇山(the CatskillMountains)为哈雷打响品牌,在美国联邦骑手耐力和可靠性对抗赛中获得1000分,成为第一个获得满分的骑手,这让哈雷摩托车威名大振,次年产量就扩大近3倍,达到了1149辆。受此惠益,1908年尚处于起步阶段的哈雷与密歇根州底特律警察局做成生意,成功地向警方销售了摩托车。

哈雷5D搭载了哈雷首台V形双缸发动机哈雷5D搭载了哈雷首台V形双缸发动机

  初步的成功让创业者们满怀雄心壮志,他们意识到摩托车工业是生机蓬勃的未来产业,当务之急是提高产品的竞争力,才能执稳摩托车行业之牛耳。1909年,哈雷搭载了V形双缸发动机的首台摩托车5D问世。这台发动机采用风冷,45°汽缸夹角,排量810ml,最大功率约5.1kW(7马力),可以驱动5D的最高时速达到90km/h,这对于当时不容乐观的路况而言是疯狂的速度。不过这台发动机设计欠周,第二年就不得不退市。不可否认的是,这是哈雷的首台V形双缸,是巡航摩托车发源的渊薮,若干年之后的今天已经成为美式巡航摩托车的经典标志。

  1911年哈雷改进后的V形双缸卷土重来,这就是F头发动机。所谓F头,是因为排气门安装在汽缸侧面,由安装在曲轴箱的凸轮轴直接驱动,但是进气门安装在汽缸头顶部,由凸轮轴驱动长长的挺杆再借助摇臂来驱动,因此汽缸头部分呈现英文字母F的形状。F头发动机又称IOE发动机,与后来的侧置气门和顶置气门相比,允许采用直径大得多的气门,上世纪80年代路虎汽车也搭载过F头发动机。

  起初F头发动机匹配的是2速变速箱,为了更有效地传递动力,工程师们迅即研发了3速变速箱。这台V形双缸可比哈雷第一代强多了,无论动力还是可靠性都有长足进步,使用寿命可达18年。借助F头发动机,哈雷创建了赛车部,并在两年后统治了赛道,获得“打捞队”的美名。与此同时,哈雷摩托车生产、销售蒸蒸日上,开始向日本等国家出口,到20年代已经成为世界摩托车行业举足轻重的一员。

1921年J型摩托车搭载了F头发动机1921年J型摩托车搭载了F头发动机

1952年K型摩托车搭载了扁头发动机,K系列后来发展成哈雷的Sportster扁头发动机1933年R系摩托车搭载了扁头发动机1952年K型摩托车搭载了扁头发动机,K系列后来发展成哈雷的Sportster扁头发动机1933年R系摩托车搭载了扁头发动机

  

侧置气门时代


  上个世纪初期,侧置气门SV)配气机构刚刚发明不久,1896年法国人普吉奥率先将SV气门机构用于四冲程发动机。哈雷的V形双缸进气门由机械驱动,而不是由发动机产生的真空来开启。经过研究对比之后,哈雷决定引入这种当时堪称先进的配气机构以增强竞争力。为了抗衡印第安人的101Scout和Excelsior公司的SuperX,1929年哈雷推出了D型摩托车,杀手锏就是搭载了全新研发的V形双缸,排量750ml,采用了侧置气门。由于进气门和排气门都安装在汽缸一侧,因此汽缸头顶部平坦,获得“扁头”  (Flathead)的绰号。“扁头”发动机工作可靠且经久耐用,在接下来的多年内推出了很多变种,沿用到1972年,历时43年之久,真正是以不变应万变的“老将”!

  小知识

  侧置气门

  侧置气门(SV)是将进气门和排气门并列安装在发动机汽缸一侧,直接由凸轮控制进气门和排气门。侧置气门发动机具有结构简单、工作可靠、造价低廉、运转平稳等特点,且可以将发动机的高度降至最低。但是侧置气门发动机的缺点也很明显:抗爆性能和高速性能差,压缩比无法提高,热效率不佳,只能用于低压缩比和转速不高的发动机。总的来说,侧置气门是初期四冲程发动机普遍采用的气门机构,目前已被淘汰。

  顶置气门时代

  1936年哈雷推出了EL型摩托车,动力装置就是大名鼎鼎的“拳头”(Knucklehead)发动机。这台V形双缸排量高达1000ml,最大的特点是采用了顶置气门(OHV)。由于气门推杆和汽缸头,构成拳面形状,且动力比起以前的侧置气门V形双缸彪悍得多,因此获得“拳头”的美称。顶置气门V形双缸在低转速时具有强大的扭矩,且能够通过调整V形双缸的夹角以获得不同的震动节奏和排气声浪,具有很强的个性,因此即使后来研发了先进的顶置凸轮轴(OHC)配气机构,OHV仍然没有退出历史舞台。直到目前,哈雷绝大多数车型搭载的仍然是OHV发动机,因此这是是哈雷历史最悠久、运用最广泛的动力装置,生产寿命超过70年,至今仍长盛不衰!

  小知识

  顶置气门(OHV)

  1899年,法国人比歇为了提高发动机转速和功率,率先推出了顶置气门(OHV)。凸轮轴安装在汽缸的侧面下部,通过较长的推杆把摇臂往上推,再通过摇臂向下压开气门;气门设置在汽缸头上,这样燃烧室可以优化为半球形或楔形,从而提高发动机的压缩比和热效率。在提高转速和功率方面,顶置气门机构明显优于侧置气门机构,发动机的转速普遍由1200rpm以下提高到6000rpm,功率显著加大。此外顶置气门发动机还具有扭矩较大的优势,这也是为什么虽然以后出现了更先进的顶置凸轮轴发动机,但是仍有厂家坚持生产技术“落伍”的顶置气门OHV发动机的缘故,这方面最典型的代表就是哈雷摩托车。

  哈雷的顶置气门V形双缸推出了很多变种,除了上述的“拳头”之外,还有“盘头”(Panhead)、“铁头”Ironhead)、“铲头”(Shovelhead)等发动机,分别简介如下:

  ◆盘头发动机

  1948年,哈雷推出了“盘头”发动机作为“拳头”的接班人,成为哈雷摩托车V形双缸的新代表。“盘头”采用的仍然是顶置气门机构,不同的是安装了铝合金汽缸头和液压气门顶杆,以及整体式镀铬摇臂罩,看上去像银光闪闪的盘子——这就是“盘头”绰号的来历。

盘头发动机盘头发动机
  ◆铁头发动机

  1957年,哈雷推出了新款车型Sportster,搭载了排量900ml的“铁头”发动机。所谓“铁头”其实只是故弄玄虚,V形双缸,风冷,顶置气门等都没有什么实质革新;之所以称为“铁头”,是因为汽缸头的摇臂罩采用了铁合金。“铁头”的生产寿命从1957年到1985年,后来被“进化”(Evolution)发动机顶替。

铁头发动机铁头发动机
  ◆铲头发动机

  1966年哈雷V形双缸家族又多出了一个头“铲头”,它接替了“盘头”来装备Electra-Glide车型。由于采用了新的燃烧室,功率比原来提高了10%;铝合金汽缸头顶部的摇臂罩形状如铲,因此获得“铲头”绰号。起初“铲头”的排量为1200ml,1978年后扩容到1340ml,成为哈雷大双缸的经典代表,沿用到1983年,后来也被“进化”(Evolution)发动机顶替。

拳头发动机拳头发动机

哈雷EL搭载了拳头发动机哈雷EL搭载了拳头发动机

1949年FL Hydra Glide搭载了盘头发动机1949年FL Hydra Glide搭载了盘头发动机
  “进化”时代

  进化时代的V形双缸包括“进化”和“双凸轮”(Twin Cam)两款。从基本结构的角度来说,这两款V形双缸同样属于顶置气门范畴,之所以单列是因为哈雷做了足够重要的改进,让陈旧的技术输出现代的性能。

2000年FXSTD Softail Deuce搭载了双凸轮88发动机2000年FXSTD Softail Deuce搭载了双凸轮88发动机


  

“进化”发动机


  1984年,哈雷终于又有重要举措,推出了全新一代“进化”(Evolution)V形双缸,作为FXST Softail等5款车型的动力装置。这是哈雷历时7年研发的成果,排量高达1340ml;“进化”发动机动力性能全面超越了以往V形双缸,全转速范围内都能输出更多的功率,而且改进了以往哈雷双缸的不足,比如抗热衰减能力增强,密封性提升,很少出现用久之后油迹斑斑的问题。“进化”V形双缸流行很广,至今产量已经超过一百万台。

  ◆ 双凸轮发动机

  经过6年磨剑之后,哈雷再次重拳出击,在“进化”V形双缸的基础上推出了“双凸轮”发动机。1998年9月引荐的1999年车型Dyna和Touring,亮点就是搭载了新一代V形双缸“双凸轮88”(Twin Cam 88)。2007年,哈雷再次推出了“双凸轮96”(Twin Cam 96)。

  顾名思义,Twin Cam是指采用了双凸轮,但是不要误以为这是双2000年FXSTD Softail Deuce搭载了双凸轮顶置凸轮轴(DOHC)。“进化”V形双缸的OHV气门机构,由单根凸轮轴驱动4只气门挺杆;“双凸轮”V形双缸采用的同样是 OHV气门机构,但是由2根凸轮轴驱动4只气门挺杆,因此气门的开闭动作比较准确。88和96则是指排量,即88立方英寸(1450ml)进入96立方英寸(1584ml)。除了Twin Cam 88和Twin Cam 96之外,哈雷推出了排量更大的Twin C a m1 0 3 ( 1 6 8 8 m l ) 和 T w i n C a m 1 1 0(1803ml)。

1984年Softail搭载了“进化”发动机1984年Softail搭载了“进化”发动机

  “改革”时代传统固然可贵,但是一味固守而不敢突破,就容易沦为墨守陈规。杜卡迪、宝马、本田、铃木、川崎、雅马哈等国际大牌都在剧烈竞争,研发最新技术时,哈雷给人的感觉却是“水波不兴”,仍然使用顶置气门V形双缸“以不变应万变”。让哈雷骑手乃至所有骑手高兴的是,现在哈雷终于迈出了突破自我的第一步,推出了荟萃现代最新技术的V形双缸,这就是“改革”(Revolution)!

“改革”发动机“改革”“改革”发动机“改革”

发动机透视图发动机透视图

  2002年亮相的车型V-Rod让熟悉哈雷的骑手们感到震惊,因为这台V形双缸可以输出86kW/8250rpm的功率,高转速、高功率,完全颠覆了哈雷的传统印象!奥秘就在于哈雷全新研发的“改革”V形双缸。这台排量1130ml的发动机突破哈雷的传统:相对于以往的风冷,采用了水冷方式;相对于顶置气门机构(OHV),采用了双顶置凸轮轴气门机构(DOHC);同时配置了电子燃油喷射系统等现代技术以降低排放。在显著提升“改革”发动机的动力性能同时,哈雷努力维系传统,保留了原来的造型风格以及经久耐用优良传统。

“进化”发动机“进化”发动机


双凸轮88发动机双凸轮88发动机


双凸轮88发动机V-Rod搭载了改革发动机

  小知识

  顶置凸轮轴(OHC)

  虽然顶置气门发动机优于侧置气门发动机,但是顶置气门发动机也有自身局限——由凸轮轴通过气门顶杆驱动气门,而气门顶杆相应增加了传动损耗。上世纪60年代起,更加先进的顶置凸轮轴(OHC)发动机开始大行其道。OHC与OHV相比,最大的不同是:OHV的气门位置在凸轮轴上方,凸轮轴利用气门顶杆驱动气门;OHC的凸轮轴位置在气门上方,发动机飞轮通过皮带或链条带动凸轮轴齿轮,由凸轮轴直接驱动气门。因此,OHC与OHV相比,取消了气门顶杆,相应的传动损耗减小,可以采用更高的压缩比,大幅提升发动机转速。因此,同等排量的发动机,OHC机比OHV机动力大、油耗小、易修护。现代摩托车配置的基本都是顶置凸轮轴发动机(OHC)。

  顶置凸轮轴发动机还可以细分单顶置凸轮轴(SOHC)发动机和双顶置凸轮轴(DOHC)发动机。前者的进气门和排气门的开启、关闭均由同一根凸轮轴来完成开关动作;后者则是利用两条凸轮轴来分别驱动进气门和排气门完成开闭动作。总体来说,双顶置凸轮轴具有高转速、大功率的特性,缺点是结构比较复杂,造价成本较高,维护比较困难,一般来说,多缸、大排量的高速发动机多采用双顶置凸轮轴,单缸、小排量的普通发动机多采用单顶置凸轮轴。

结语


  在盘点了哈雷由“滥觞”、“侧置气门”、“顶置气门”、“进化”、“改革”等阶段组成的V形双缸进化史之后,我们发现,哈雷实际上并不是我们原来以为的那般保守。创建100多年来, 哈雷一直都在继承与创新、传统与改革的两头平衡。传统肯定了过去和历史,大多意味着成熟和稳重;但是过于留恋传统,特别是在时代发展变化的时候,很有可能就成为落伍者和淘汰者。创新意味着激情、活力和创造,但是往往也是冒险者的代名词,没有积淀、没有调研的创新,更是容易沦为冒失。

  如何在传承和创新间平衡?最首要的原则就是要关注市场,关注技术,与时俱进,适时推出既符合时代审美观念又突出品牌特色,既有鲜明性格又具备一流性能的优秀车型,并藉此满足骑手,占领市场,引领行业!




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参考资料:
[1] 搜狐汽车http://auto.sohu.com/20100714/n273491637.shtml
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