“呼吸”的秘密
气门和动力性能之间到底有什么关系？
……别急，这次就让我们一起来聊聊—
摩托车发动机的“呼吸系统”，就是安装在汽缸头内的气门机构。我们知道，就像人体的呼吸一样，摩托车发动机至少需要2只气门，1只用于吸气，1只用于排气。在实际运用中，我们最常见的气门机构，主要有2气门和4气门，而且这两种汽缸头的区别很明显：如果是强调简单、可靠、经济，不追求高功率输出的风冷、单缸发动机，一般来说就是采用2气门的汽缸头；如果追求的是高性能，榨取更多功率，那么往往就会采用液冷、每缸4气门的液冷发动机。
那么，我们很容易就会猜想：汽缸头是不是气门数量越多越好？除了2气门和4气门之外，还有更多气门的汽缸头吗？您还别说，汽缸头内的气门花样还真不少，3气门、5气门都有，甚至还有8气门的汽缸头！
理论上来说，增加气门数量，会增加进排气总容积，提升进气和排气效率，有助于提高动力输出。而且，在缸径相同的发动机中，采用更多的气门，意味着可以将气门做得更细，从而降低了单只气门的往复质量，不仅减少了凸轮凸角的磨损，而且允许采用更高的转速、榨取更多的动力。有些多气门发动机，还会将进气门打开的时间设计得略有差异，目的是增加低转速时燃烧室内的湍流，促进油气充分混合以提高燃烧效率。此外，多气门还有助于加速汽缸头的散热。当然，有利就有弊，尽管优点多多，但多气门的不足同样存在，主要是增加了汽缸头的复杂程度，提高了制造成本。
既然更多的气门意味着更多的进排气总面积，那么是否气门数量越多越好呢？为什么没有10气门、20气门的汽缸头呢？这是因为，气门的数量越多，意味着汽缸头越复杂，制造成本越高而可靠性降低。更重要的是，气门数量的增加与进排气总面积的增加并不总是成正比的，到了最佳平衡点之后，增加气门数量反而会降低进排气总面积！经过研究验证，对于确定缸径的汽缸和相同规格的气门来说，当气门数量超过5只以后，进排气总容积就会减少，左侧表格显示的是就是气门数量不同的汽缸头中，进排气总面积在整个汽缸横断面积中所占的比例。需要说明的是，所得出的百分比结果是概略的，即没有考虑火花塞、喷油嘴所占据的面积，不过这些一般都设计在进排气“死角”位置；同时，表格内容也没有考虑进气门和排气门大小可能有所差异。
2气门汽缸头
当前，2气门汽缸头主要用于售价较低的经济型摩托车和不追求高性能的复古型摩托车上，常见的气门机构是SOHC和OHV。两者相比，最大的不同是：OHV是气门的位置在凸轮轴上方，凸轮轴利用气门顶杆驱动气门；SOHC则是凸轮轴的位置在气门上方，发动机飞轮通过皮带或链条带动凸轮轴齿轮，从而实现凸轮轴直接驱动气门。因此，SOHC比OHV减少了气门顶杆和相应的传动损耗，且可以设计出更高的压缩比和发动机转速，同等排量下SOHC发动机比OHV发动机的动力大、油耗小、易修护。
代表车型：SR400
毋庸讳言，高智能化、高性能化已经占据了现代摩托车的主流。但是，SR400却与主流背道而驰—风冷、SOHC 2气门、大单缸、反冲启动、大型制动鼓……无论从哪个角度来说，SR400都无关性能，无关技术。
SR400自从1978年面市以来，持续在日本生产和供应，并且一直都得到个性骑手的青睐。有意思的是，拥有SR400的不仅有怀旧情结浓烈的骑手，还有很多八零后、九零后—换句话说，很多年轻的骑手，都对这款历史比自己年龄大得多的机器感兴趣！
SR400是彻底的古典主义者。风冷大单缸精心设计了大型散热片，以及银光闪闪的曲轴箱。古典韵味很浓的喇叭形消声器，在阳光下闪烁出耀眼光芒；由于采用了白金等贵金属纳米薄膜，能够持久保持美感。为了满足排放标准而装备的电子燃油喷射系统，刻意安装在单缸发动机之后，给人似曾相识的化油器感觉；前叉的防尘橡胶套、后部的双筒减震器、钢丝辐条轮辋、后轮大制动鼓……古香古色的细节，恍惚间，让人回到了上个世纪七八十年代！
尤其让人吃惊的是，2014年重新向日本本土以外市场发售的SR400，居然配置了反冲启动—要知道，启动大单缸从来就不是一件容易的事！不过，雅马哈在汽缸顶部右侧设计了小视窗，在左把手上安装了减压阀，再加上新的电子燃油喷射系统之襄助，骑手就能轻松启动399mL的大单缸了。
首先，骑手要拉住离合器杆下面的减压杆，然后打开反冲启动杆，并轻轻踩压，将活塞调整至合适的启动位置。如果你经验不够，可通过小视窗观察活塞位置，当活塞指示器出现在视窗时，这就是合适的启动位置。
其次，你就可以释放减压杆了，同时让反冲启动杆完全上升回位。这时，请吸上一口气，因为你的机器已经完全处于待命状态了！猛然踩下反冲脚踏杆，毫不犹豫地快速踩到底，再迅速收脚。伴随着“突突突”的振动节奏，这颗历史超过30年的古老机器，刹那间苏醒复活！
3气门汽缸头
3气门的汽缸头结构，一般来说是2只较小的进气门，配上1只较大的排气门。相比于一进一出的2气门汽缸头，二进一出的3气门汽缸头具有更高的进排气效率，但是由于排气门较大，因此转速同样不会达到很高。3气门汽缸头的复杂性和制造成本，介于2气门和4气门汽缸头之间。
代表车型：Shadow 750
说到本田的“沙都”系列，钟情美式巡航摩托车的车迷无人不知、无人不晓。1983年，本田的第一对“沙都”Shadow 500（型号VT500C）和Shadow 750（型号VT 750C）同时面世，揭开了“沙都”家族迄今超过30年的舞台序幕。可以说，“沙都”就象“金翼”一样，是本田麾下最长寿的机器之一，称为“摩坛常青树”当之无愧。自1983年亮相迄今，750mL级别的“沙都”已经树立了成千上万车迷的口碑，并且得到了市场丰厚的回报，销售数量累计超过25万辆！
Shadow 750 Black Spirit的发动机结构与最早版“沙都”几乎如出一辙，采用的是52°夹角的V型双缸，3气门和双火花塞的汽缸头，79mm×76mm的缸径和冲程， 745mL的排量。事实上，从1983年第一台“沙都”推出以来，采用每缸3气门和双火花塞的V型双缸发动机基本结构就从来没有改变过！看来，美式巡航摩托车与其他类别的摩托车真是大相径庭，当跑车、街车们迫不及待地推陈出新、标新立异的时候，美式巡航摩托车却依然故我，维系和固守着自我的传统。
不过，造型风格不妨复古，但是性能可不能一成不变。与最初的“沙都”相比，Shadow 750 Black Spirit最显著的改变是采用了PGM-FI电子燃油喷射系统，配34mm口径的扼流阀体，再得到双点火的襄助，能够轻松通过严格的排放标准。
美式巡航车并不追求最高速度突破多少，强调的是低转速下的大扭矩动力特性，Shadow 750 Black Spirit同样遵循这一原则，最大功率为33.5kW（5500r/min），最大扭矩则是65N·m（3500r/min）。虽然就数值而言并不起眼，但是最大功率和最大扭矩输出时的转速分别只有5500r/min和3500r/min，因此自怠速1200r/min起就扭矩充沛，起步时骑手会感到劲头很足，加速超车则根本不用降低挡位，只需拧动油门即可如你所愿。此外，这台V型双缸久经考验，淬炼得异常成熟，动力充沛而驯顺，即使是新手也会很快熟悉动力特性且轻松控制，驾驶起来倍感自信。
4气门汽缸头
这是现代摩托车最常见的汽缸头，每个汽缸头内安装了2只进气门和2只排气门，一般来说进气门和排气门规格相同，或者进气门略微大一些。与2气门、3气门汽缸头相比，4气门汽缸头不仅具有更好的进排气效率，而且由于采用了较小的气门，可以榨取更多的高转速功率，因此非常适合高性能摩托车。当前，所有的超级摩托车、中量级和轻量级跑车以及高性能街车、运动旅行车，都采用了4气门汽缸头。
代表车型：RC390
很多骑手提起高性能摩托车，动辄就要双缸、四缸，对单缸嗤之以鼻，认为这与高性能无缘，何况RC390的单缸发动机排量只有375mL。不过，你千万不要存在偏见，“以排量论英雄”—这颗排量区区的单缸发动机，在博世电子燃油喷射系统的伺服下，迸发出令人吃惊的能量—最大功率达到32kW，不仅风头盖过了川崎双缸跑车Ninja 300，而且差点追上排量大得多的双缸跑车CBR500R！
RC390搭载的这台液冷、DOHC 4气门单缸发动机，充分运用从比赛中获取的技术和经验—齿轮箱内的输入轴和输出轴采用了堆叠式布局，发动机整体尺寸异常紧凑，重量只有36kg，实在令人惊叹！安装了锻造活塞，汽缸壁上电镀了镍硅碳化物，减少了往复质量，降低了摩擦，提高了散热能力；同时配上了平衡轴，减少了震动，有效抑制了单缸发动机的震动。
这颗强劲的“孤胆雄心”，驱动150kg出头的车重完全不在话下。RC390拥有充沛扭矩，从转速3000r/min起就开始显示出力量；随着转速拉高，这颗短冲程单缸发动机露出嗜血本性，越跑越兴奋，极速可达170km/h！
为了充分驾驭火爆的高转速单缸发动机，RC390武装了高规格的车架，无论高速稳定性还是转向准确性，都直逼超级跑车！RC390配置了醒目的橙红色钢管鸟巢式车架，尽管外观很像Duke 390，但针对跑车身份，内部结构作出修改，以提升运动性能。车架的转向头做了修改，转向头角度扩大到 66.5°，从而减小了后倾角和缩短了轴距，分别降到23.5°和1340mm，让快速攻弯变得更敏锐、更迅捷！同时，RC390拥有更大的最小离地间隙，比Duke 390多出了8.5mm，为大幅度压弯提供了充裕空间。
2～4气门汽缸头
在多气门技术中，本田的可变气门系统（VTEC）很有特色，主要应用于中量级V4发动机。当转速低于设定值时，每缸的4只气门中只有2只在工作；一旦转速超过限值，每缸4只气门、4缸16只气门全部激活，全力以赴榨取最大动力。VTEC兼具2气门和4气门发动机之特长，在中低转速时输出强韧扭矩，同时降低了油耗；高转速时则酣畅淋漓地输送充沛动力。
代表车型：VFR800F 1986年，本田推出了VFR750F，迅速成为引爆市场的风云跑车。多年来，这台四缸跑车持续进化，一方面是在赛道上叱咤风云，另一方面则根据骑手需求不断调整进化，至今已经超过30年。
最早的VFR750F，最为引人瞩目之处就是独一无二的配气机构—不是采用司空见惯的链条，而是采用齿轮驱动凸轮轴。多年革新之后，如今的VFR800F虽然已经取消了齿轮驱动装置，但是独特的可变气门机构（VTEC）仍然很有特色。针对之前有骑手反映VTEC在气门转换时不够平顺问题，本田花心思优化了VTEC的气门正时，宣称2气门和4气门工作模式的过渡绵密自然，全转速范围内动力输出线性感更鲜明，有助于骑手准确掌控动力发放。
这颗液冷、DOHC 16气门的V型四缸发动机，缸径和冲程维持72mm×48mm，排量仍然是782mL，内置可变气门系统；同时做了重要改进，焦点放在凸轮正时和气门重叠角的优化上，PGM-FI 电子燃油喷射系统相应调整，压缩比也略微提高到11.8:1。最终，这台V4机器挤榨出最大功率77.9kW（10250r/min），最大扭矩75.1N·m则在（8500r/min）时爆发。由于输出最大功率和最大扭矩时的转速均有所降低，因此中低转速范围内的性能得以强化，骑手在公路行驶时，更容易获得丰沛的动力。
5气门汽缸头
5气门结构一般是采用3只进气门和2只排气门。显而易见，与2气门和4气门相比，5气门的汽缸头比较少见，但并不是没有，比如上个世纪80年代的FZ750，90年代的TDM 850和TDM 900，早期的YZF-R1等。5气门的特点是进排气效率很高，而且由于气门较细，特别适合榨取高转速大功率。不过，与同样适合高转速大功率的4气门相比，5气门汽缸头结构更加复杂，造价也较高，这在市场竞争中处于不利地位。
代表车型：YZF-R11998年，最早的YZF-R1登场亮相。全新设计的车架内，塞入一台气焰凶悍的每缸5气门、排量998mL的并列四缸发动机。高达112kW的最大功率，仅为177kg的净质量和1395mm的超短轴距，让YZF-R1成为世界上跑得最快、质量最轻、操控最灵活的超级摩托车！
毫无疑问，5气门发动机已经成为YZF-R1的招牌，即使说是YZF-R1的灵魂和徽征也不为过。这种最早运用于1984年FZ750的5气门技术，具有更高的进排气效率，有助于挤榨出更多的功率。但是，在坚持了多年的5气门汽缸头之后，2007年YZF-R1的发动机经历了颠覆性的变革，以比较常见的4气门发动机替代了原来的5气门发动机！
雅马哈为什么会作出“倒退”的举措？自2004年YZF-R1经历大幅度革新后，峰值功率虽然更加强悍，但是骑手们反映YZF-R1在较低转速范围内的响应性能不尽人意。经过大量的研究，雅马哈认为5气门的复杂结构，限制了发动机燃烧室的形状，因而降低了中低转速时的燃烧效率；而采用相对简单的4气门汽缸头，则可以获得更理想的燃烧室形状，提高燃烧效率。为此，2007年YZF-R1的动力心脏回归到4气门汽缸头，并且优化了燃烧室形状。首先，上一代发动机的3只直径为23.5mm的进气门被撤换，取而代之的是2只直径为31mm的钛合金进气门，这是当时1000mL级发动机中直径最大的进气门；同时匹配了一对直径为25mm的排气门，这与2006年的排气门规格基本相同。其次，由于采用了4气门汽缸头，雅马哈工程优化了燃烧室形状，因此压缩比从12.4:1提升到12.7:1，比2006年提高了0.3。第三，采用了升程更高的凸轮，其中驱动进气门的凸轮升程从原来大 7.6mm 提高到9.2mm，驱动排气门的凸轮升程则从7.5mm升高到8.3mm。新式发动机在汽缸头以下部分，变化不大，缸径和冲程保持77.0mm×53.6mm不变，属于典型的高转速短冲程设计，红线转速设置为13750r/min。
显而易见，5气门并不像看上去那么美。在长期的赛道实战中，雅马哈已经悟出了经验—发动机的峰值动力并非绝对主角，在实际比赛中，宽广的功率带和精细的动力发放特性占有更加重要的地位，有助于骑手改善操控性能，从而获得更好成绩，这就是YZF-R1放弃了5气门的复杂结构，退回到相对简单的4气门汽缸头之缘由。
8气门汽缸头
5气门的结构已经够复杂了，还有厂家研发更多气门的汽缸头吗？事实上还真有过，这就是本田研发的椭圆形汽缸+8气门汽缸头。不过，规律已经预言了这种复杂结构的失败—8气门汽缸头的进排气总面积甚至不如3气门汽缸头，而且构造异常复杂，可靠性和耐久性都无法得到保障。事实上，本田的8气门汽缸头就是昙花一现，在征战赛场时乏善可陈，现已沉睡于历史博物馆。
代表车型：NR500
由于FIM宣布1968年起500mL赛车的汽缸数限制为四缸，本田撤出了比赛。直到1977年11月，本田高调宣布重返GP赛场；1979年，本田终于出现在GP500赛场，所仗恃的就是采用了椭圆形汽缸的四冲程赛车NR500。
为了让四冲程发动机爆发更多的动力，本田自然而然就想到了60年代获胜的法宝，即增加汽缸数量以挤出更多的功率。但是，由于汽缸数量受到了国际摩联规则的限制，为此本田采用了取巧的思路，别出心裁地设想出外部V4、内部V8的结构，这就是所谓的椭圆形汽缸发动机—每个汽缸头安装了8只气门，每只活塞连接了2只连杆，V型四缸总共安装了32只气门和8只连杆；由于椭圆形汽缸比较宽，每个汽缸内安装了2只火花塞……
继续沿用“多缸、高转速”思路、名义四缸实际八缸的NR500，与同等情况下的四冲程四缸发动机相比，战斗力显著增强。不过，由于“外四里八”的结构，导致发动机变得异常复杂，稳定性、可靠性降低。更糟糕的是，NR500问世时，GP技术发生新的变革，二冲程时代已经拉开序幕—由于二冲程技术的蓬勃发展、“瓶颈”不断突破，同等情况下动力性能超过了四冲程发动机，就理论而言，二冲程发动机功率是四冲程发动机的两倍。
70年代起GP赛场已经被二冲程赛车统治，生不逢时的NR500没能创建功勋。随后，本田只有“识务者为俊杰”，推出了二冲程赛车NS500。1983年，弗雷迪·斯潘塞驾驶NS500，为本田夺得首个GP500年度骑手冠军。NS500的胜利，加剧了NR500的终结，椭圆形汽缸就此退出了GP500赛场。
