自打汽車誕生，人類就一直在通過(guò)擴(kuò)大排量和拉高轉(zhuǎn)速兩種方法來(lái)提升發(fā)動(dòng)機(jī)馬力。通過(guò)這兩種手段造出來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)，也一直被車迷們奉為掌上明珠?？扇缃?，無(wú)論是大排量還是高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)，在國(guó)際舞臺(tái)上都已逐漸銷聲匿跡。
高昂的稅費(fèi)和持續(xù)上漲的油價(jià)都是促使大排量發(fā)動(dòng)機(jī)走向滅亡的根本原因?？膳帕啃?，但馬力又不輸給渦輪機(jī)的高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)為什么也一同消失了呢？難道時(shí)代變了，大家都不喜歡那種高亢的機(jī)械交響樂(lè)了嗎？
要想知道高轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)為什么會(huì)滅絕，還得先知道它到底是如何打造的，這樣才能更好的理解高轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)滅絕的原因！
想要提高轉(zhuǎn)速，單純靠多吸氣和多噴油是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的配氣系統(tǒng)才是限制轉(zhuǎn)速上升的根本因素。眾所周知，氣門是需要用凸輪頂住才能打開的，然后再靠氣門彈簧將氣門頂回初始位置，從而保證燃燒室緊閉。
但隨著轉(zhuǎn)速升高，氣門每次的開合時(shí)間也會(huì)相應(yīng)減少，最終給予氣門彈簧將氣門拉回的時(shí)間也會(huì)減少?？梢坏忾T還沒(méi)歸位就被再次頂開，那就會(huì)產(chǎn)生所謂的氣門浮動(dòng)。這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的整套配氣系統(tǒng)將徹底亂套。所以，如果要想克服高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)所帶來(lái)的氣門浮動(dòng)問(wèn)題，就需要在氣門彈簧、凸輪軸角度甚至是氣門重量上下功夫，才能徹底避免在高轉(zhuǎn)速下因?yàn)闅忾T浮動(dòng)所導(dǎo)致的進(jìn)排氣問(wèn)題。
解決了氣門問(wèn)題后，還需要考慮動(dòng)平衡。由于氣缸內(nèi)大部分零件都處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，那么隨著轉(zhuǎn)速增加，內(nèi)部零件所產(chǎn)生的離心力也會(huì)呈幾何倍數(shù)增長(zhǎng)。這時(shí)便會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)平衡提出非常高的要求。
通常來(lái)說(shuō)，一臺(tái)民用發(fā)動(dòng)機(jī)的紅線轉(zhuǎn)速都在6000-7000rpm之間，所以民用級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)平衡也只需要滿足這個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)間就可以了。哪怕再算上500rpm的冗余量，也僅僅只需要保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最高7500rpm時(shí)不出問(wèn)題就足夠了。但當(dāng)民用發(fā)動(dòng)機(jī)在面對(duì)動(dòng)輒8000轉(zhuǎn)，甚至9000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速時(shí)，通常動(dòng)平衡就會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)的問(wèn)題了，嚴(yán)重的甚至?xí)吣酥帘住?/p>
所以，如果要想大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，除了氣門浮動(dòng)問(wèn)題，還要解決發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)零件的平衡。其中至關(guān)重要的就是曲軸和凸輪軸這兩個(gè)高速旋轉(zhuǎn)零件的平衡性，所以就得把這些零件各個(gè)地方的重量差距精準(zhǔn)到零點(diǎn)幾克甚至更高的水平。如此一來(lái)，就需要更加精準(zhǔn)的開模，并配合更高級(jí)的制作水平了。
除了要做好發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的動(dòng)平衡外，隨著轉(zhuǎn)速的提升，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)相關(guān)部件所產(chǎn)生的應(yīng)力也會(huì)隨之增加，這時(shí)就需要更好的鋼材來(lái)彌補(bǔ)材料強(qiáng)度上的不足。
在進(jìn)行高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞連桿會(huì)因轉(zhuǎn)速的增加而承受更多的力。可當(dāng)力量達(dá)到一定高度后，活塞連桿就有可能會(huì)出現(xiàn)斷裂。所以對(duì)于高轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，活塞連桿的強(qiáng)度和重量都是需要著重解決的問(wèn)題。
不過(guò)，哪怕解決了活塞連桿的問(wèn)題，發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸和活塞也將會(huì)成為下一個(gè)弱點(diǎn)。其中曲軸因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)且還需要將力量傳遞給其他活塞，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)它對(duì)于材料強(qiáng)度的要求會(huì)明顯高于活塞。
而活塞由于會(huì)在高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)與氣缸壁進(jìn)行高頻次摩擦，所以也會(huì)對(duì)活塞環(huán)的潤(rùn)滑以及耐熱性產(chǎn)生極高的要求。好在解決方法比較簡(jiǎn)單，只需要更換強(qiáng)度更好的鋼材、甚至提高活塞和曲軸的制造方式，例如鍛造就可以解決。
一般情況下，一臺(tái)民用發(fā)動(dòng)機(jī)都會(huì)采用長(zhǎng)沖程加小缸徑的設(shè)計(jì)，從而最大程度增加活塞與曲軸之間的力臂，并提高發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速下的扭矩。但過(guò)長(zhǎng)的發(fā)動(dòng)機(jī)行程會(huì)導(dǎo)致單次往復(fù)的距離（周長(zhǎng)）也就越遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速自然是沒(méi)有可能。
正因如此，為了滿足高轉(zhuǎn)速的需求，發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)必須要選擇往復(fù)距離更少的短沖程，同時(shí)為了保證排量不會(huì)因沖程減少而降低，還需要大幅度擴(kuò)充缸徑。
綜上所述，如果廠家要想打造一臺(tái)高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)，那就需要重新設(shè)計(jì)曲軸、連桿、活塞、氣門、凸輪軸和缸體。這樣復(fù)雜的工作肯定會(huì)帶來(lái)超高的成本。此時(shí)再加上高轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于材料方面以及動(dòng)平衡的要求，所以成本更是會(huì)急劇增加。
而現(xiàn)在的主機(jī)廠為了節(jié)省成本，早就轉(zhuǎn)投“模塊化發(fā)動(dòng)機(jī)”陣營(yíng)了，先設(shè)計(jì)出缸徑相同的單缸模板，然后再通過(guò)改變活塞的行程和缸體數(shù)量從而達(dá)到調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)排量的目的，以此來(lái)滿足不同車型的需求。
可高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)卻很難誕生于這些窄缸徑的模塊化發(fā)動(dòng)機(jī)之下，因?yàn)槿绻讖讲荒茏?，那就只能通過(guò)減少發(fā)動(dòng)機(jī)行程來(lái)實(shí)現(xiàn)降低活塞往復(fù)時(shí)間的目的了，但這樣勢(shì)必就會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排量?？蓪?duì)于高轉(zhuǎn)速引擎來(lái)說(shuō)，大幅砍掉排量，最終的馬力也會(huì)變的慘不忍睹。
2.4L的V8發(fā)動(dòng)機(jī)
當(dāng)然，解決辦法也不是沒(méi)有，雖然使用模塊化單缸強(qiáng)行制造高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)導(dǎo)致排量變小，但排量不夠可以用缸數(shù)來(lái)湊。不過(guò)這樣一弄，這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)制造成本便會(huì)呈直線上升了。
此外，再加上滿足發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)平衡標(biāo)準(zhǔn)所需的高精度凸輪軸、曲軸所帶來(lái)的成本，其實(shí)打造一臺(tái)高轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的難度和成本都是很高的。也正因如此，現(xiàn)在大部分廠家只要不涉及高性能車，都是絕對(duì)不會(huì)打高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)主意的。因?yàn)榫退阍斐鰜?lái)了，一般消費(fèi)群體也承受不起。
除了發(fā)動(dòng)機(jī)成本所帶來(lái)的價(jià)格飆升，對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，高轉(zhuǎn)引擎的日常駕駛性也十分堪憂。受限于針對(duì)高轉(zhuǎn)速下動(dòng)力的優(yōu)化，以及短沖程所帶來(lái)的影響，高轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)在任何時(shí)段的扭矩都可以“悲慘”二字來(lái)形容。
比如本田S2000上那臺(tái)著名的F20C引擎，雖然馬力達(dá)到了令人瞠目結(jié)舌的250匹，可它的最大扭矩卻只有203牛·米，且還需要在7500轉(zhuǎn)才能爆發(fā)。所以在日常駕駛時(shí)，你絲毫感受不到什么叫做“VTEC Kick in”，圍繞著你的恐怕只有起步無(wú)力和加速緩慢了。而這種尷尬只有當(dāng)你把轉(zhuǎn)速踩到6000轉(zhuǎn)，踩到路邊吃瓜群眾像看傻子一樣看著你時(shí)，才能有所緩解。
而現(xiàn)如今，面對(duì)動(dòng)輒1400轉(zhuǎn)就可以爆發(fā)出最大扭矩的小排量渦輪機(jī)，那些高轉(zhuǎn)速引擎的先天“殘疾”更會(huì)被無(wú)限放大。對(duì)于普通駕駛者來(lái)說(shuō)，如此孱弱的低轉(zhuǎn)速扭矩，便會(huì)先入為主認(rèn)為車輛動(dòng)力不好，誰(shuí)還管它100多匹的驚人升功率和8000轉(zhuǎn)爆發(fā)的最大馬力??！大概率只會(huì)留下一句：這臺(tái)破發(fā)動(dòng)機(jī)還不如1.0T三缸來(lái)得爽呢！
為了彌補(bǔ)低轉(zhuǎn)速下糟糕的扭矩表現(xiàn)，一臺(tái)高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)肯定也會(huì)使用減速比更大的變速箱，來(lái)保證日常的動(dòng)力輸出。這時(shí)就會(huì)引發(fā)高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)的第三個(gè)缺點(diǎn)–油耗高。在高轉(zhuǎn)速情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)除了多吸氣多噴油會(huì)影響油耗外，單位時(shí)間內(nèi)氣缸壁與活塞環(huán)之間的摩擦次數(shù)也會(huì)增加，這種額外的摩擦力勢(shì)必會(huì)增加油耗。
所以大家不要看到那些高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)的排量小，就理所應(yīng)當(dāng)?shù)恼J(rèn)為它們會(huì)省油，實(shí)際上在日常駕駛時(shí)，10L/100km的油耗肯定是逃不掉的。如果再加上堵車，需要頻繁高轉(zhuǎn)速起步的話，那么達(dá)到15-20L/100km也不是什么難事。
除了高油耗需要讓廠家出血交罰款外，過(guò)高的排放污染也是高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)不可逾越的鴻溝。由于轉(zhuǎn)速過(guò)高，所以高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于排氣阻力有著十分苛刻的要求?？扇绻麨榱谁h(huán)保提高三元催化器的密度，便會(huì)直接影響到高轉(zhuǎn)引擎的動(dòng)力輸出。
可惜，目前車企在應(yīng)對(duì)愈發(fā)嚴(yán)苛的排放法規(guī)時(shí)，只能通過(guò)提高三元催化器密度，這種增加排氣阻力的方法來(lái)降低有害物質(zhì)的排放。過(guò)大的排氣阻力顯然是對(duì)高轉(zhuǎn)速引擎不利的，甚至可能會(huì)導(dǎo)致一臺(tái)高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)在7000轉(zhuǎn)以后，動(dòng)力輸出就呈現(xiàn)出下滑趨勢(shì)。這樣的話，7000轉(zhuǎn)以后的轉(zhuǎn)速除了聽個(gè)響，也就沒(méi)什么用了。
高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)富有魅力是毋庸置疑的，但在制造和使用上的種種問(wèn)題，又讓其連帶了不少缺點(diǎn)。而這些缺點(diǎn)此前之所以沒(méi)被拿到臺(tái)面上說(shuō)，主要是因?yàn)樵缙跍u輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的問(wèn)題也不少。
可隨著技術(shù)提升以及小號(hào)渦輪的適配，以往渦輪機(jī)低轉(zhuǎn)扭矩太差的問(wèn)題也隨之消除，此時(shí)再加上渦輪機(jī)對(duì)于排氣速度的低要求，高轉(zhuǎn)引擎的缺點(diǎn)便瞬間顯露無(wú)疑了。與此同時(shí)，高轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)昂貴的制造成本也與新時(shí)代的發(fā)動(dòng)機(jī)模塊化設(shè)計(jì)背道而馳，最終高轉(zhuǎn)引擎消逝在歷史長(zhǎng)河之中也就不足為奇了。
不過(guò)，凡事都要往好的方向去看，雖然高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)在民用領(lǐng)域已經(jīng)完全消失了，可在追求馬力的賽車、改裝領(lǐng)域，高轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)依然是最優(yōu)的解決方案。畢竟在不考慮成本和排放的前提下，高轉(zhuǎn)自吸引擎絕對(duì)都是最線性、最高亢的那個(gè)！
