深度解析「CBR1000RR-R」引擎的半凸輪齒輪系統!

 

連擁有豐富研發經驗的專家都感到興趣,HONDA 2020年式CBR1000RR-R的引擎設計就是如此特別。以史上最強自然進氣直列四缸引擎在歷史上留下紀錄的RR-R,或許就是不斷追求性能的直列四缸引擎的最後堡壘。

 

本文將為大家說明在輕量化同時實現高轉速目標的「半凸輪齒輪系統(Semi-cam gear train system)」。

 

【深度解析:Engineer】曾經參與過無數引擎設計的資深設計師,特別熱愛高輸出馬力的引擎,由於十分熟悉高輸出馬力引擎的設計方程式,因此自然難以掩飾對RR-R的驚奇。
   

HONDA系統與BMW系統的目標其實不太一樣?

HONDA所宣傳的能在達成輕量化目標同時實現高轉速化的技術就是半凸輪齒輪系統(Semi-cam gear train system)。RR-R採用的這個結構非常罕見,以往我們所說的半凸輪齒輪系統(Semi-cam gear train system)都是在說它的競爭對手BMW S1000RR的那種系統。

 

而HONDA的半凸輪齒輪系統(Semi-cam gear train system)主要是藉由將裝在凸輪軸上的齒盤改小來控制引擎高度,並且避免凸輪軸在轉速變動時產生的周期力被傳遞到正時鏈條上,透過這樣的方式讓鏈條作動變得穩定,只要鏈條沒有亂掉,就不需要使用到張力器(Tensioner)強行按壓,因此也能幫助減少機械損失。

 

 

▲【「全」凸輪齒輪系統不適合市售車?】能解決超高轉速型引擎的問題,就是將凸輪正時鍊條改成齒輪驅動的凸輪齒輪系統(Cam gear train system),這個系統在1980~1990年代的HONDA車款中相當常見,最新的例子則是RC213V-S。

 

但是這個系統會增加摩托車的重量、製造成本也相當高,加上會造成很大的運作聲響,因此這項賽車技術並不適合用在市售車上,擁有豐富市售經驗的HONDA應該也非常清楚這一點。※上圖為RC213V-S

 

但是RR-R的這個裝置,從凸輪軸傳到正時鏈條的周期力其實與一般使用凸輪驅動的方式並沒有什麼不同。而且因為正時鏈條變短的關係,所以可能也不太容易出現震動,但是這也讓人產生了一個疑問,那就是它的效果有BMW那麼好嗎? 

 

不過,其實除了加在正時鏈條上的周期力之外,還存在著另一個非常大的力量,那就是曲軸的震動所產生的施力;而RR-R所採用的半凸輪齒輪系統(Semi-cam gear train system)就非常完美地消除了這個力量,所以筆者覺得這可能才是HONDA真正的目的。

 

透過超高轉速進行旋轉的曲軸會因為活塞的慣性力以及燃燒造成曲軸經常會在上上下下時嚴重變形,尤其是在曲軸最旁邊的地方因為距離軸承極遠,因此變形自然特別嚴重。

 

如果在這個作動最激烈的部分加上正時鏈條的傳動鍊條(正常情況下是不會安裝在這個位置),就很容易因為曲軸的變形造成正時鏈條強烈振動,進而容易發生正時鏈條出現機械聲響、張力器磨損、調整器損壞與鏈條損壞等問題。

 

由於RR-R的正時鏈條並不是直接掛在曲軸、而是先透過惰輪介入,因此基本上並不會受到曲軸震動的影響。雖然安裝在曲軸上的傳動齒輪(HONDA稱之為正時齒輪)會震動,但是由於它與上面的從動齒輪(即凸輪軸惰輪)並不會像鏈條一樣連接在一起,因此在這個地方就可以攔阻曲軸的震動。

 

▲【將曲軸震動與正時鏈條分開】RR-R的半凸輪齒輪系統(Semi-cam gear train system)並不是將曲軸直接掛在正時鏈條上。順帶一提,兩個凸輪軸鏈輪之間的圓型零件應該是用來防止汽缸頭震動,所以可以有效減少聲音在傳達時伴隨的震動。

 

賽車引擎從以前開始就是使用齒輪系統(gear train system),根據我們多年來的經驗可以知道,其實它真正的效果就是避免曲軸震動傳到鏈條上。如果是這樣的話,那只要有辦法不讓曲軸的震動傳到鏈條上,就沒有必要一定得全部使用又重又貴而且又吵的齒輪。

 

筆者推測這樣的想法應該是HONDA之所以研發出這個系統的原因,而這樣絕佳的創意,也可能是在這幾年分析技術變得越來越進步之後才有辦法出現。

 

另外,RR-R所採用的半凸輪齒輪系統(Semi-cam gear train system)的優點就是能比BMW的系統更好地控制住汽缸頭寬度。由於BMW的作法是將汽缸頭最寬的部分用齒輪來固定,所以會造成汽缸頭的寬度變得更寬,但是RR-R的作法卻可以讓汽缸頭的寬度和以往採用的正時鏈條方式沒有什麼不同。這對容易因為汽缸頭寬度造成車體缺點的直列四缸引擎來說,可以說是非常具有代表意義。

 

BMW的半凸輪齒輪系統(Semi-cam gear train system)能將凸輪軸齒盤變小的有效控制住汽缸頭高度,但是卻會因此造成寬度增加。

   

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「Webike台灣」編輯部編譯

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