【宝马摩托车r90s】BMW摩托车发动机模型 一堂生动形象的汽车原理课

[爱卡汽车 文化频道原创]

春节放假前预定好了节后的试驾车，疫情来袭，复工时间一再推迟。在这个河开燕来的初春，不能沐浴着初春的暖阳外拍新车，不免有些许遗憾。在家远程办公，搜索编辑国内外新信息的间隙，我制作了一款宝马摩托车发动机模型，顺便和大家聊聊发动机和变速箱简单的结构原理。

今天为大家带来的这款BMW R90S水平对置双缸摩托车发动机模型是来自德国品牌Franzis。模型比例高达1/2，完工后的宽度达到了34cm，而且所有发动机和变速箱零部件都可以按照实际原理运动，还是非常震撼的。这个品牌还推出了福特V8、保时捷H6几款汽车发动机模型，也均是塑料透明外壳，需要自己动手拼装。实际拼装难度很入门，有一定手工经验便可完成，不过这其中更为宝贵的是借此过程学习了解发动机工作原理，这可比书本上的枯燥图解生动形象多了。

水平对置双缸，或者称之为拳击手发动机，它在宝马品牌乃至摩托车历史上都是一个图腾。一个世纪以前，为使气缸避开摩托车前轮的阻挡，获得良好的风冷散热性能，加之宝马航空发动机的生产设计经验，1923年宝马R32应运而生。无论是当今最先进的R1250发动机，还是俄罗斯的乌拉尔，中国改革开放后生产的长江750等一系列边三轮摩托车，它们都流淌着R32的血脉。作为一名宝马“水鸟”车主，自然也是对这款模型垂涎已久，而我父亲曾在年轻时拥有过一台赣江750“侉子”，也是对这款模型非常感兴趣。

开箱后大量的小零件都以塑料板件的形式提供，与田宫为代表的一众拼装模型保持一致。较大尺寸的透明外壳和进排气部分则单独放置。与之配套的说明书更像是一本宝马摩托车画册。

说明书的前半部分介绍了宝马水平对置发动机的百年发展史，从最初1923年的R32摩托车到当今的水冷R1200系列，其中还曾有飞机与Isetta等小型汽车使用过拳击手发动机。说明书采用了德文与英文双语，不过模型品牌虽然来自德国，但就像世界上90%的模型一样，它仍然是Made in China，比较遗憾。不过看看那些国外生产的模型的精细度，你会回来说国产真香。

而我们今天的主角R 90 S，是在1973年为了纪念宝马摩托车诞生50周年，同时第50万台产品下线，宝马设计了全新旗舰级车型，发动机排量也是创下新高达到了898cc，最大功率67hp/7000rpm，最大扭矩76Nm/5500rpm，开创了宝马品牌SuperBike超级运动摩托车的先河。此后也是在各项比赛中率获佳绩。

简略的翻看完介绍，后半部分铜版纸印刷的便是拼装说明书了。第一页便说明了所需工具，为此我准备了一把田宫的水口钳，一把世达的裁纸刀，根据经验还需要一把锉刀处理水口毛边。十字螺丝刀则是模型附送，与自攻螺丝配套使用。

说明书同样使用了德语和英语，某宝卖家贴心的附送了中文翻译件。其实整体拼装下来，看图示就已足够，英文注解使用的词汇也很简单，无需对照翻译稿。

先按照说明书上的编号，在塑料板件上找到对应零件，使用水口钳剪下。就像与拼装四驱车一样，毫无难度，和真正的精细静态模型相比，这个发动机的零件尺寸很大，而且数量较少，拼装起来毫无难度。

对于我这种强迫症患者来说必须要使用锉刀将零件水口处的毛边打磨干净。不过这个模型注塑板件的精细程度并不高，模具合缝线比较明显。谁让它胜在了巧妙的机械结构呢，就不要拿精细的拼装静模的品质来要求它了。

另一个大幅降低难度的优势就是这个模型拼装全程无需使用胶水，零件固定全部使用配套的自攻螺丝，制作效率上也可大幅提高。而且为了表现内部结构，它的外壳都采用透明塑料件，避免了难度最高，最为费时费力的喷漆步骤。

BMW R90S 拳击手发动机模型（1）

最开始便是将带有散热鳍片的发动机中缸与曲轴箱壳体连接至一起，其中还要插入气门挺杆。这也代表了这台发动机采用了底置凸轮轴OHV结构，凸轮轴位于曲轴箱内，推动气门挺杆，最终推动气门摇臂控制气门开合。OHV由于气门挺杆运动惯量大，不适合高转速工作，除了某些美式V8以外，基本现代发动机都舍弃了这种结构，改用顶置凸轮轴OHC机构。

接下来便是在中缸的顶端安装燃烧室与气门。配套的自攻螺丝与十字螺丝刀带有磁性，安装起来毫无难度，零件尺寸也都很大，不需要精细操作，即便没有模型拼装经验也无需担心。不过自攻螺丝不适合反复拆卸，一定要看准说明书再安装，旋紧的力矩也不宜过大。

最后固定气门摇臂。通过顶杆的上下工作便可控制气门上下开合。这台发动机采用了每缸两气门设计。内部结构安装完成后便可盖上缸盖了。

气缸外部拼装完毕接下来就是活塞与曲轴曲柄机构了。水平对置双缸发动机的两个气缸的曲轴相位相差180度，也就是对称分布在两侧，点火相位也相差180度。

将活塞插入气缸中，要注意前后顺序，前方的活塞插入左气缸，后方的活塞插入右气缸。

仔细观察拳击手发动机，两侧的气缸并不是对称分布的，因为曲柄在曲轴上要先后错开固定。左侧气缸在前，右侧气缸在后的布局一直保留到了现在的宝马摩托车上。

左右气缸体合并完成后便可以制作凸轮轴并放入发动机下方。凸轮轴旋转，凸轮顶起气门挺杆，从而控制气门开闭。底置凸轮轴的好处便是两侧气缸可以共用一根凸轮轴。

曲轴旋转两圈，活塞上下运动两次，凸轮轴旋转一周，气门开闭一次，发动机完成一个四冲程循环。所以配气系统传动机构中，曲轴前方的齿轮齿数是凸轮轴前方齿轮齿数的一半。为了让两者在安装时可以按照预先设计的相互位置协同工作，所以需要使用正时工具来确定二者的相互位置。这个深蓝色的扳手就是这台模型的正时工具。

把蓝色扳手同时插入上下两个齿轮的空隙，便可确定二者的相互位置关系，也就可以保证气门可以在正确的时机开闭，和活塞协同工作。最后套上正时皮带，安装皮带涨近装置，便完成了配气机构的制作。

借此我们也可以分析出正时皮带的重要性，他保证进气门在吸气冲程打开，排气门在排气冲程打开，一定要按要求定时检查更换正时皮带。现代发动机压缩比高，活塞上止点位于燃烧室内，如果正时皮带断裂，活塞运行至上止点时气门仍然打开，活塞与气门发生高速碰撞，二者都会受损，产生的金属碎片还会在惯性的作用下打坏缸体与燃烧室，大修发动机就避免不了了。一根皮带断裂会引起如此重大的损失，这也就是新的发动机越来越多开始采用免维护的正时链条的原因。

BMW R90S 拳击手发动机模型（2）

接下来我们在发动机顶部安装起动机，虽然真实发动机这个位置布置了起动机，但在模型中这其实更应该称为电动机。因为模型并不能真的点燃混合气产生动力，所以在运动展示中所有部件的动力来源都是这个电动机。

接下来直接在凸轮轴前方安装一个电子机构，它直接从凸轮轴上获取动力，这个机构模拟的便是原车的分电器，将机械能转换为电能，按凸轮轴运行相位，在设计好的时刻，将电能通过点火线传递至火花塞进行放电，点燃燃烧室内的混合气。在模型中这个结构实际是个相位传感器，火花塞则是红色发光二极管，二者协作，在活塞运行至上止点时，二极管点亮，模拟火花塞点火的过程。

全部安装完毕后，盖上曲轴箱盖，发动机主体的制作便告一段落。由于当时的铸造工艺限制，那时的箱体、气缸等零部件轮廓都非常圆润，这也成为了那个年代摩托车最显著的特征。现在宝马为了将复古演绎到极致，最新的R18C概念摩托车中的发动机采用了相同的设计风格，宝马的设计真是用心。

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发动机主体完工后便开始制作变速箱零部件。通过几个奇形怪状的摇臂、拨叉、凸轮以及多个弹簧，便制作成了摩托车变速箱的换挡机构。图示左下方的是我们左脚挡杆连接的转轴，上挑挡杆加档，转轴顺时针旋转，带动中间的拨叉向下运动，换挡凸轮在拨叉的推拉下逆时针旋转。

旋转180度我们从背面再看这个机构。由于从对向观察，换挡凸轮的运动方向则变为了顺时针。上方限位滑块由弹簧控制，对凸轮产生一个向下的阻力。换挡凸轮转动时，限位滑块会分别落入设计好的6处凹槽，这6个凹槽则分别对应了1-5挡以及空挡。1-2挡中间的凹槽比较浅，这对应的就是空挡。也就是我们实际操作中1挡挑半下，2挡踩半下，变速箱会进入空挡的原理。

将换挡机构放入变速箱壳体中，外侧连接上变速挡杆，也就是我们骑摩托中左脚挑踩的那个结构。

摩托车一般采用双轴变速箱，一根输入轴一根输出轴，通过滑块左右移动，不同的齿比的齿轮相互啮合，从而实现不同速比的切换。按照说明书零件编号依次将大小不同的齿轮穿在金属轴上，固定于箱体内。图中上方的是输出轴，从发动机获取动力，下方的是输入轴，将减速增距的动力传递至传动轴以及驱动轮。

将三个拨叉安装在轴上，插入滑块的导轨中。拨叉左右移动，带动轴系上的滑块左右移动，从而啮合不同组齿轮，实现变速功能。至此变速机构便拼装完成。在汽车变速箱中，滑块两侧装备有摩擦锥盘和摩擦锥环，通过摩擦弥补不同大小齿轮切换时的转速差，这也就是同步器，而结构紧凑的摩托车是不具备同步器的。

变速箱的变速实际是由换挡、变速两套机构协同工作完成的。将左侧的换挡机构和右侧的变速机构合并在一起，拨叉另一端插入换挡凸轮的轨道中（图中红圈位置，输入轴上的拨叉被挡住，在箭头所示下方）。驾驶员上下挑动档杆，换挡凸轮旋转，从而带动拨叉左右移动，实现切换各组齿轮相互啮合，从而完成整套换挡动作。

盖上变速箱后盖，至此变速箱也拼装完毕，输出轴最后位置固定了一个十字塑料片示意转动。接通电机时，前方发动机模型以恒定转速运转，操纵变速机构，这个十字塑料片会以不同转速进行转动，由此演示变速功能。在真车上，这个位置应该连接万向节和驱动轴，驱动后轮。

拳击手发动机在发展的近百年中一直匹配传动轴驱动，这也正是因为它的曲轴、变速箱输出轴，相对于车头方向都是纵向旋转，更方便使用旋转方向一致的传动轴驱动。反而使用直列式发动机的摩托车，曲轴以及变速箱输出轴，相对于车头方向是横向旋转，使用链条传动可以减少传动系统换向的次数，提升传动效率。这个道理同样适用于其他形式发动机，譬如水平对置六缸的本田金翼、V2横向排列的摩托古兹，曲轴、输出轴都是纵向旋转，配合传动轴传动。哈雷纵向排列的V2发动机，曲轴横向旋转，所以使用和轴系、后轮旋转方向相同的皮带传动。

BMW R90S 拳击手发动机模型（3）

将变速箱与发动机合体，主体工程基本结束，剩下的就是一些附件的制作安装。比较遗憾的是这个模型没有还原发动机与变速箱之间的离合器机构，而是直接将二者硬连接在一起。

先是在变速箱上方安装空滤以及集气箱。与实车相同，摩托车发动机一般气缸后方是进气侧，前方是排气侧，空滤位于油箱附近。

制作安装灰色的化油器以及黑色的进气管。

两根对称的闪亮排气是拳击手发动机的标志之一，制作安装排气管以及排气头段上的散热器片。

最后将模型整体翻转，安装油底壳。

安装R 90 S标志以及机油尺。

在底座上粘贴型号贴纸。底座起到展示支撑作用的同时还是个电池仓，前文中提到的电动机以及发光二极管，它们都需要通过电线连接至底座，从而实现电动展示功能。

至此这台模型的所有拼装工作均已结束。透明的外壳可以一睹内部结构原理，同时在拼装过程中更进一步学习了解了发动机以及变速箱的工作原理。这台模型优点在于巧妙的结构设计，使用区区不足一百个零部件就还原了机械原理，设计水平真的非常之高。同时还无需丰富的模型制作经验，毫无上手难度。缺点就是零件尺寸虽然很大，但细节的雕琢不够精致，塑料感太强，毛刺过多，和走外观路线的模型相比，质感不可同日而语。还因疫情在家无所事事吗？不妨制作一两个模型，毕竟在快节奏的生活中，我们已经很久没能放下心中的浮躁，平心静气的专注于一件事情了。

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BMW R90S 拳击手发动机模型（4）