深度解析CBR1000RR-R发动机结构!冷却系统篇

春风行 4163 0

连拥有丰富研发经验的专家都会为感到兴趣,本田 2020年款CBR1000RR-R的发动机设计就是如此的突出。以史上最强自然进气直列四缸发动机在历史上留下纪录的RR-R,或许就是不断追求性能的直列四缸发动机的最后堡垒。

这次我们将为大家说明全新气缸冷却结构「built-in bottom bypass」的出现背景以及这项技术的用途。

采用封闭式水道,并藉由压铸加工让曲轴箱变轻

本田宣传的全新结构中果然就包括了这个被称为「built-in bottom bypass」的气缸冷却水用底部水道,这个系统的用途是「减少摩擦带来的能量损失,并且达成目标转速」。看过专利许可资料之后就会知道,它还具备了「提升连接部位的刚性,保持良好密封性」的功用。

如果是像RR-R那样气缸与曲轴箱分离的结构,气缸就会是将气缸头与曲轴箱像三明治一样用力夹在一起,然后用螺丝紧紧地锁住。虽然这种结构在摩托车中非常普遍,但即使是小型发动机,使用这种固定方式气缸就会有一定的机率出现变形,因此如果是固定力道更强的大型高性能发动机的话,这个问题自然会更加严重。

汽车的发动机则是将气缸与曲轴箱直接做成一个,一般会采用压铸制作这种生产性最好的铸造方式。采用压铸加工的话,气缸上面的冷却水套(water jacket)就会直接从上面开一个能够直接看到里面的大洞,而这个结构就称为开放式水道。气缸套上面这个大洞的半径附近因为没有支撑物,所以它的刚性非常低,一般发动机是不会有什么问题,但是如果是高性能发动机的话,就会经常发生气缸床垫片磨损的问题。

解决方法通常是将它改成封闭式水道。这个方法因为只会在冷却水套(water jacket)上面保留一个最小的洞(水道以及支撑铸造时砂模的小洞),然后将它堵住,所以能够增加气缸套上面的刚性,减少气缸床垫片的损耗。

这个封闭式水道最可惜的是没有办法使用压铸制造,只能使用低压铸造这种加工方式。因此,当气缸的制造成本增加、曲轴箱和气缸是一体成型时,上曲轴箱就会无法使用压铸加工,导致它的重量变重,甚至造成生产性变低的缺点。一体成型的结构会让曲轴箱以及气缸的刚性提高,而且还有一个优点是没有接合面之后,气缸下面也就不会出现外漏的问题。

【开放式水道与封闭式水道的不同】开放式水道虽然会造成气缸套上方的支撑刚性变低,但它的生产性却非常优秀,而封闭式水道则刚好反过来,但追求高性能的超级运动车款几乎都是采用封闭式水道。

其实整个发动机都是如此,设计师在决定结构的时候就必须要考虑到制造的容易度、成本、强度、刚性、重量、可靠性等平衡,但是在这个过程中还是需要加入一些新的创意。虽然这次的前言介绍有点长,现在就马上让我们切入正题。

笔者推测RR-R的全新气缸结构应该是按照下面的思考顺序诞生:

最重要的是不能改掉气缸的封闭式水道(低压铸造)

考虑到上曲轴箱的重量、生产性、成本,因此想要将它与曲轴箱分开并以压铸加工制造。

需要想办法解决分离式结构的弱点,也就是气缸变形以及下面会外漏的问题

因此需要设计并且研发出一个全新的结构

最后诞生的就是将气缸下面改成双重结构,并且固定在气缸底部的外侧加上荷重。制造出一个能够防止气缸内部变形,并且让气缸底部表面压力均一,不容易外漏的结构。虽然重量有点重,但是这个形状能在固定时有效防止气缸变形。

虽然专利书上还写了冷却以及暖车的功能,但是笔者对这个效果有一点怀疑,笔者觉得它应该只是为了在固定时防止气缸变形,只不过因为下面出现了空洞,所以才会试着把当作为冷却水的通路使用。因为减少了软管(hose)所以外表看起来俐落许多,这也算是它的一个优点。

built-in bottom bypass:本田介绍它是减少摩擦的技术

将冷却通路分成上下两层,让加热过后的冷却水也在气缸下面循环的系统。这项技术能让气缸内部的温度均一,抑制热应变并且减少摩擦力。

▲下面是「built-in bottom bypass」的实际照片。与曲轴箱连接的气缸下面变厚,里面则是作为冷却通路使用。虽然它的用途是让气缸温度均一,但是应该也能够提高气缸与曲轴箱连接处的刚性。

生成海报

标签: 本田摩托车 CBR1000RR-R

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