深度解析「CBR1000RR-R」引擎結構!冷卻系統篇

 

連擁有豐富研發經驗的專家都會為感到興趣,HONDA 2020年式CBR1000RR-R的引擎設計就是如此的突出。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。

 

這次我們將為大家說明全新汽缸冷卻結構「built-in bottom bypass」的出現背景以及這項技術的用途。

 

【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。
   

採用封閉式水道,並藉由壓鑄加工讓曲軸箱變輕

HONDA宣傳的全新結構中果然就包括了這個被稱為「built-in bottom bypass」的汽缸冷卻水用底部水道,這個裝置的用途是「減少摩擦帶來的能量損失,並且達成目標轉速」。看過專利許可資料之後就會知道,它還具備了「提升連接部位的剛性,保持良好密封性」的功用。

 

如果是像RR-R那樣汽缸與曲軸箱分離的結構,汽缸就會是將汽缸頭與曲軸箱像三明治一樣用力夾在一起,然後用螺絲緊緊地鎖住。雖然這種結構在摩托車中非常普遍,但即使是小型引擎,使用這種固定方式汽缸就會有一定的機率出現變形(汽缸與曲軸箱錯位),因此如果是固定力道更強的大型高性能引擎的話,這個問題自然會更加嚴重。

 

汽車的引擎則是將汽缸與曲軸箱直接做成一個,一般會採用壓鑄製作這種最容易量產的鑄造方式。採用壓鑄加工的話,汽缸上面的冷卻水套(water jacket)就會直接從上面開一個能直接看到裡面的大洞,而這個結構就稱為開放式水道。汽缸套上面這個大洞的半徑附近因為沒有支撐物,所以它的剛性非常低,一般引擎是不會有什麼問題,但是如果是高性能引擎的話,就會經常發生汽缸床墊片磨損的問題。

 

解決方法通常是將它改成封閉式水道。這個方法因為只會在冷卻水套(water jacket)上面保留一個最小的洞(水道以及支撐鑄造時砂模的小洞),然後將它堵住,所以能增加汽缸套上面的剛性,減少汽缸床墊片的損耗。

 

這個封閉式水道最可惜的是沒有辦法使用壓鑄製造,只能使用低壓鑄造這種加工方式。因此,當汽缸的製造成本增加、曲軸箱和汽缸是一體成型時,上曲軸箱就會無法使用壓鑄加工,導致它的重量變重,甚至造成不容易量產的缺點。但一體成型的結構會讓曲軸箱以及汽缸的剛性提高,而且還有一個優點是沒有接合面之後,汽缸下面也就不會出現外漏的問題。

 

【開放式水道(左)與封閉式水道(右)的不同】開放式水道雖然會造成汽缸套上方的支撐剛性變低,但它的生產性卻非常優秀,而封閉式水道則剛好反過來,但追求高性能的超級運動車款幾乎都是採用封閉式水道。

 

其實整個引擎都是如此,設計師在決定結構的時候就必須要考慮到製造的容易度、成本、強度、剛性、重量、可靠性等平衡,但是在這個過程中還是需要加入一些新的創意。雖然這次的前言介紹有點長,現在就馬上讓我們切入正題。

 

筆者推測RR-R的全新汽缸結構應該是按照下面的思考順序誕生:

  1. 最重要的是不能改掉汽缸的封閉式水道(低壓鑄造)
  2. 考慮到上曲軸箱的重量、生產性、成本,因此想要將它與曲軸箱分開並以壓鑄加工製造。
  3. 需要想辦法解決分離式結構的弱點,也就是汽缸變形以及下面會外漏的問題
  4. 因此需要設計並且研發出一個全新的結構

 

最後誕生的就是將汽缸下面改成雙重結構,並且固定在汽缸底部的外側加上荷重。製造出一個能防止汽缸內部變形,並且讓汽缸底部表面壓力均一,不容易外漏的結構。雖然重量有點重,但是這個形狀能與結構在固定時能有效防止汽缸與曲軸箱錯位。

 

雖然專利書上還寫了冷卻以及暖車的功能,但是筆者對這個效果有一點懷疑,筆者覺得它應該只是為了在固定時防止汽缸與曲軸箱錯位,只不過因為下面出現了空洞,所以才會試著把當作為冷卻水的通路使用。因為減少了軟管(hose)所以外表看起來俐落許多,這也算是它的一個優點。

   

built-in bottom bypass:HONDA介紹它是減少摩擦的技術

將冷卻通路分成上下兩層,讓加熱過後的冷卻水也在汽缸下面循環的系統。這項技術能讓汽缸內部的溫度均一,抑制熱應變並且減少摩擦力。

 

下面是「built-in bottom bypass」的實際照片。與曲軸箱連接的汽缸下面變厚,裡面則是作為冷卻通路使用。雖然它的用途是讓汽缸溫度均一,但是應該也能提高汽缸與曲軸箱連接處的剛性。

 

   

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「Webike台灣」編輯部編譯


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