为啥MotoGP发动机要用V4
本文核心词：赛车,发动机,R1,活塞,弹簧,曲轴,V4,MotoGP,气门,直4
MotoGP发动机史上曾发生过多次变革，2冲到4冲，4缸，5缸，双缸
详情请点击→
目前（2019赛季）MotoGP V4发动机是主流
为什么要用V4，V2不行么？V5呢？为什么Yamaha和Suzuki在用直4？
Yamaha-YZR-M1-直4Engine
MotoGP的发动机是为了赢得比赛！
舍弃低扭，是为了获得高转下的输出，削弱马力，是为了更好的操控，牺牲一点直线性能，靠弯道扳回来。根据不同的环境要做出不同的调教，高输出并不等于好。总之只要能赢。
2019发动机规则
一年只能用7台#燃料限制为22L/Race#只能用4冲发动机#只能用自然吸气#喷油量最大不能超过50L/min#喷油压力不能超过10大气压#缸径在81mm以下#最大4缸#只能使用圆形活塞#传感器必须使用大会认定的#可以使用气门回弹装置（空气压力）#不能使用中空的活塞连杆#统一ECU及相关软件#排气量小于800cc时，最低重量不得低于150kg#排气量于801cc至1000cc时，最低重量不得低于157kg
上述内容最关键的就是油量，最大缸径，最大缸数，排气量，这些要素定死了，基本上决定了发动机大概是什么样。如果想分析对手车队的发动机性能，有一个公式
马力（PS）=扭矩×转数÷716.2
对于各个车队来说，发动机马力是作为最高机密，不公开的。
但最高转速可以通过分析发动机声音来获得。各个赛道的最高时速可以测，从加速点开始到测速地点的距离是已知的。加速前的转速，最高速的转速，加速时的时速，最高速，车辆重量，有了这些信息，马力和风阻性能就可以预测了。
如何提升发动机马力？
根据刚才的公式，如果想增加马力，只有2个方法。增加扭矩或提升转速。
比如减少发动机内部摩擦阻力来提升扭力，就可以提升增加扭矩。
扭矩提升方法，缸内DLC涂层（类金刚石镀膜Diamond-like carbon）
DLC在10年前的车辆上比较常见，比如K6大R的黑色前叉就是。
曲轴上的DLC涂层
活塞销表面做DLC涂层也有效果！
活塞销放置在活塞内，不容易被机油润滑到，DLC处理之后效果明显，机油润滑效果也有提升。
提升发动机转速是很困难的
通过修改ECU，并且保证提升转速后相应部件不会受损的前提下，是可以操作的。很多街边的改装店就可以轻易帮你调高转速。不过这却是最困难的。因为转速越高，对发动机寿命和稳定性的影响就越大。赛车为了追求极致，往往寿命只要坚持到比赛结束即可，但比赛中发动机就发生故障的情况仍然屡见不鲜。
MotoGP Yamaha 比赛中EngineBlow
发动机转速都是有上限的，也就是红区，解限的方法可以给赛车用，但不适合跑街的车。
即便如此也是困难重重，原因如下
气门复位弹簧承受不起（街车一般是金属材质）
发动机高速下气门运动状态直到发动机爆掉→
转速上升后，风险最大的零件就是气门（BMW高转速下气门变化测试视频）出问题的部件就是控制气门的弹簧。气门随着凸轮轴的运动而运动，弹簧帮助气门复位。
2015款Yamaha R1 发动机内部图 转速越高，弹簧回复的速度就越难跟得上。
如果气门不能及时关闭，会和活塞硬碰硬，气门顶弯或者气门破碎后果未知。
如果气门输给运动惯性，打开过大，也会硬碰硬，气门顶弯或者气门破碎后果未知。
气门弹簧产生共振，不受控制，还是会硬碰硬，气门顶弯或者气门破碎后果未知。
总之，转速上升，超过弹簧运动物理极限，就会爆缸。
为了解决这个问题，简单方法是提升弹簧强度，用硬弹簧。但这样会增大气门移动阻力。反而损失了扭矩。早期的MotoGP，在转速和气门弹簧强度的选择上没有太好的解决办法。
目前的MotoGP已经不再使用金属制弹簧，而是空气Pneumatic Valve Spring (PVS或PVRS)。这项技术最早出现在四轮Renault F1 Team。当年这项技术的出现并不是为了对应高转速，而是解决金属弹簧疲劳断裂的问题。
PVS技术 取代了金属弹簧
现如今的F1，MotoGP几乎都在用这项PVS技术。
PvS系统优点
只需外接空气导管，省空间。
借助空气压力实现回弹，不存在共振。
没有了弹簧等其他零件，重量轻，惯性小。
减轻了阻力（扭矩提升）
因为惯性减小，凸轮轴的设计自由度提升，相对应性能提升！
Desmodromic(DUCATI)
MotoGP最初是在2002年开始采用PVS系统，第一台装在Aprilia赛车上。
但是Ducati早在1920年就想出了另一套办法，并且直到现在，市售车和赛车上均在采用。
这就是Desmodromic
（顺便提一句，2002GP冠军是Rossi→Honda车队，250和125车队冠军都是Aprilia）
Desmodromic 尊贵的DUCATI车主 你们在享受MotoGP同等科技成果！
蓝色为进气道，红色为排气道，气门的开关分别由Opencam和Closecam控制。
而非弹簧。
控制气门的Opencam和Closecam
一般4气门车型每气缸只需要4个气门挺柱，Ducati需要8个（Locker arm）4气缸就要32个！
通常的车，通过凸轮轴带动气门连杆只能控制气门的开，而关闭靠弹簧或上述的压缩空气。
但Ducati的凸轮轴有开，和关2个控制曲面。没有弹簧，自然就不用在意弹簧的弱点。
但是！部件多了一倍，32个气门光调节一次间隙我都不敢想象。虽然性能堪比PVS
至于PVS还是Desmodromic到底谁优谁劣，总之都不适合民用车跑街。
街车配有PVS的没见过（估计不会配，因为PVS跑200km就需要检查并给气室充气）
杜卡迪车主所承担高昂的保养费用也说明这非一般庶民拥有，还是看看GP乐呵乐呵就好。
曲轴的设计 Crank JournalCrank pin
是V4还是直4，最大的区别在曲轴。
曲轴各部位名称
YZR-M1的曲轴 的Crank Journal有5处
Kawasaki ZX-RR直4发动机的曲轴
直4发动机曲轴肯定要有5处Crank Journal（红色箭处），而V4只需要3处
图片是Ducati于2017年在Misano公开的新V4，Desmosedici Stradale
因为V4发动机，CrankPin是可以共用的，所以Crank Journal可以由5减少到3个。
如果说V4的优点，那就是省却了这两处Crank Journal。
少意味着轻，惯性小，摩擦小，尺寸小。
V4的缺点也有，相比直4只有一个气缸盖，V4要有2个。
但总的来说，V4还是比直4的内部阻力更小。
那么，V2呢？
好多运动型车都是V2，比如VTR1000SP
根据MotoGP规定，V2是可以参赛的。且Crank Journal比V4还少，2处，岂不是阻力更低？
不可，因为V2转速提不高，马力输出达不到，目前在MotoGP没有车队采用V2。
这里就要说一下，活塞平均速度这个概念。
普通4冲发动机工作原理
1.吸气燃料（汽油）和空气的混合气吸入气缸
2.压缩压缩混合气
3.做功火花塞点火
4.排气废气排出气缸
每个行程里，气缸都在重复向上或者向下的动作，在活塞位于上止点或者下止点时，活塞运动速度是0，并不是按照匀速在做功。想象一下，我们开车的时候一脚油门踩死加速，然后一刹车踩死停下，这么重复下去会发生生么。
活塞的命运就是加速！停止！加速！停止！
活塞不会做匀速，而这种往复式运动是有极限的，无论用任何材质去改进。
通过转速和活塞行程算出他的运动距离，再算平均速度。就是活塞平均速度。
这个速度越快，意味着性能越强。
缸径是81mm，假设转速在15000rpm。
4缸车的活塞平均速度为23.68ｍ/s （SUZUKI GSX-R1000）
（每气缸为250cc，h(行程)=250/(3.14×4.1^2)=47.36mm，47.36ｘ2ｘ15000÷1000÷60=23.68）
再看2缸车，
3.14ｘ4.1ｘ4.1ｘｈ＝500h＝9.472㎝
行程为94.72mm。 活塞平均速度＝94.72ｘ２ｘ15000÷1000÷60=47.36ｍ/s
就是说！2缸车也是15000rpm的话，活塞平均速度要达到47.36ｍ/s !
想当年，F1是3.0LV10时，转速无上限限制，活塞平均速度大概是26～30m/s这也远比V2想达到15000转的47m/s要容易了。
通常来说，30m/s就是极限，超过了这个数，就会爆掉。
＊上述情况限制了气缸径，著名的VTR1000SP-1＆2的要大于Φ81，所以可以转速可以很高，但活塞平均速度并不高。
（本人是个双杠粉，曾经骑过SV1000S，现在是MT-07）
总结，排气量不变，气缸数越多，就可以更高转。马力也就容易提升。
以上都在说马力，大马力一定是好发动机么？也未必，还要纤细。
MotoGP车辆要比一般市售车快的多，主要是2个原因。
第一是充沛的马力输出。
第二就是空气动力（Airdynamic）
空气抵抗和速度的乘积成正比，如何优化减少空气阻力，对所有车队来说都是长久的课题。
决定空阻的两个因素是（前方投影面积）和（空阻系数）
计算空气阻力公式
空气阻力（D）＝ 1/2 × 空气密度(P) × 系数(Cd) × 前方投影面积(A) ×速度乘积(v)
D=1/2 P Cd A v^2
速度不能减，只要减少前方投影面积就好。
那，投影面积和V4还是直4有关系？
有，发动机决定了车幅。2+2的V4会比排成一排直4更窄。
参观过，或者体验骑乘过MotoGP战车的都有感觉，世界最顶级1000cc赛车会做的这么小！？
相片上很难看出区别，实际上V4的RC213v更苗条。时速300km以上，马力相同的话，风阻越小的车速度越快。
风阻要想做小，要么减低车高，要么缩窄车身。
物理上降低车身不太可能，所以车手们都趴在车上，某些车型油箱排在了车座后下方，也能追求到最佳效果。
另外近年来，定风翼加入，定风翼会增加车宽。对直列发动机更加不利。
听说Yamaha也要V4了？