【KTM 950 V2發(fā)動機(jī)技術(shù)詳解】KTM為何使用75°V型雙缸發(fā)動機(jī)?

重達(dá)200多kg的越野摩托車從來都不是一個(gè)好主意。 將雙缸,100馬力,1000cc的摩托車騎到泥地上從來沒有特別實(shí)用。 但是早在1981年,(Hubert Auriol)憑借BMW 水平對置雙缸,贏得了巴黎-達(dá)喀爾拉力賽。
在隨后的20年中,一切都變得瘋狂。 寶馬,雅馬哈,卡吉瓦,本田和KTM都制造了特殊的賽車,能夠以200km/h的速度連續(xù)行駛數(shù)天。
這一切都在2004年結(jié)束,那是達(dá)喀爾允許雙缸摩托車的最后一年。 出于清醒的考慮,組織者將2005年的賽事限制在較小,較慢的單缸摩托車上。 更加嚴(yán)格的路線已經(jīng)存在數(shù)年了,這使單缸摩托車具有競爭力。 在2006年的比賽中,還有更多關(guān)于速度和燃油容量的限制。 不論好壞,一個(gè)時(shí)代已經(jīng)結(jié)束。

KTM 950 Rally
942cc 75° V2
缸徑×沖程:100×60mm
102 bhp /?8,000 rpm
97 N?m /?6,000 rpm

LC8發(fā)動機(jī)之父Claus Holweg可能會為KTM 950 Rally的干重僅為192kg而感到自豪,但這還沒有考慮到使用的四個(gè)油箱的58L燃油的重量。這比KTM LC4多了6L,因此濕重達(dá)到了約230kg。過高的坐高(995mm)意味著你必須熟練地使用油門。
這臺75°LC8發(fā)動機(jī)在突尼斯南部經(jīng)受住了三個(gè)月艱苦的沙漠研發(fā)測試,并在長達(dá)12000公里的比賽中保持可靠。KTM似乎將兩種相互沖突的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在了一個(gè)發(fā)動機(jī)中。其結(jié)果是一臺精致而靈敏的發(fā)動機(jī),對用戶非常友好。
你以為它一定是燃油噴射的,但事實(shí)并非如此。即便如此,油門的響應(yīng)非常靈敏,這足以讓你相信油門線末端有一對FCR化油器。但事實(shí)上,950 Rally配備了一對43mm CV型Keihin化油器。對于這種排量的發(fā)動機(jī)來說,這是相當(dāng)小的。

然而,它們確實(shí)代表了發(fā)動機(jī)低轉(zhuǎn)速良好加速的關(guān)鍵因素。如果發(fā)動機(jī)的響應(yīng)已經(jīng)這么好了,想象一下燃油噴射會有多好,比如在街車Duke上。
你要察覺到KTM獲得這種響應(yīng)能力的線索,不是在加速時(shí)。而是當(dāng)你松開油門,意識到這臺發(fā)動機(jī)的慣性有多小,也就是發(fā)動機(jī)制動。這是低壓縮比和曲軸質(zhì)量降低的共同作用。Holweg表示,在街車或Supermotard使用中,它們的壓縮比可以高達(dá)13:1,但由于燃油質(zhì)量差,在這里已經(jīng)放棄了。
摩托車上沒有安裝轉(zhuǎn)速表,所以我無法告訴你轉(zhuǎn)速有多高。騎手們要求Holweg給他們一個(gè)檔位顯示器,因?yàn)檐囕d遙測一直顯示他們在長時(shí)間的平路中保持第四或第五檔,錯(cuò)誤地認(rèn)為他們處于第六檔。

“不可能!”Holweg說,“這不是寶馬!”。但如果油耗比現(xiàn)在更成問題,他可能會改變主意。在Claus去Rotax設(shè)計(jì)阿普利亞RSV Mille發(fā)動機(jī)之前,他在摩托車行業(yè)的前一份工作是為寶馬拳擊手發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)變速箱。
75° LC8發(fā)動機(jī)盡管剛性安裝在車架中,但絕對不會產(chǎn)生過度振動。毫無疑問,這將成為一款絕對出色的公路車發(fā)動機(jī),它在5200rpm時(shí)就能達(dá)到97Nm。即使在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速相對較低的情況下,在柏油路面上加速也非常出色,這表明KTM發(fā)動機(jī)具有超強(qiáng)的靈活性。

在過去十年的大部分時(shí)間里,越野界的國王一直在思考如何將車型系列擴(kuò)展到雙缸公路車領(lǐng)域。
1992年初,KTM老板Stefan Pierer接管了這家資不抵債的公司,并開始了驚人的轉(zhuǎn)變。KTM在不到十年的時(shí)間里從蕭條走向繁榮。1998年初,隨著公司規(guī)模的擴(kuò)大,以及通過雙缸車型擴(kuò)大其產(chǎn)品線的需求成為優(yōu)先事項(xiàng),Pierer委托KTM的首席工程師Wolfgang Felber對雙缸發(fā)動機(jī)的形式和車輛概念進(jìn)行初步研究。
39歲的Felber曾是250cc GP賽車手,他說:“我們的想法與其說是制造一臺更好的V型雙缸發(fā)動機(jī),不如說是開發(fā)一種多功能的雙缸發(fā)動機(jī)概念,它有潛力用于越野車和街車,在任何一種應(yīng)用中都不會有任何妥協(xié)?!?。
“事實(shí)上,我們對其他幾個(gè)概念進(jìn)行了研究,不僅包括許多類型的V型雙缸,還包括一些看起來有點(diǎn)奇怪的雙缸發(fā)動機(jī),比如水平和垂直布置的并列雙缸。我們甚至嘗試了水平對置雙缸,以及像我曾經(jīng)參加比賽的250 GP賽車那樣的前后布置雙缸!但最終我們得出結(jié)論,75度V型雙缸是最好的選擇,尤其是如果要參加比賽的話?!?/p>
與杜卡迪、本田和鈴木采用的90°布局相比,75°提供了更緊湊的布局,這允許KTM將發(fā)動機(jī)放置在車架中他們想要的任何位置,而不會有任何妥協(xié)。
阿普利亞喜歡60°的布局,這在進(jìn)氣道設(shè)計(jì)和節(jié)氣門體位置方面存在困難。它太窄了,氣流無法直接擊中氣門。Felber說:“我們需要像Aprilia那樣安裝雙平衡軸,這無論是從功率損失還是從重量方面都是不可接受的?!?。“但我們也希望確保發(fā)動機(jī)中沒有閑置的空間,從而滿足我們所說的“盒子測量”的要求——評估容納整個(gè)發(fā)動機(jī)和節(jié)氣門體需要多小的盒子。我們決定最好的解決方案是將起動電機(jī)、平衡軸和水泵放置在氣缸之間。為此我們需要比60°甚至72°更大的夾角。最終只是幾mm的問題,但將其與杜卡迪的L型雙缸進(jìn)行比較,你可以看到專注于體積和安裝方面的好處?!?/span>

到1998年8月,決定采用75度V型雙缸設(shè)計(jì),特別強(qiáng)調(diào)重量輕、緊湊性。為此,KTM決定自己承擔(dān)整個(gè)研發(fā)過程。他們聘請Claus Holweg擔(dān)任LC8的項(xiàng)目經(jīng)理,他來自競爭對手Rotax。在那里,他領(lǐng)導(dǎo)了研發(fā)團(tuán)隊(duì),該團(tuán)隊(duì)為Aprilia開發(fā)了新推出的RSV Mille發(fā)動機(jī)?!拔业哪繕?biāo)是制造有史以來最小、最輕、最強(qiáng)大的V型雙缸引擎,但同時(shí)使其在耐用性方面盡可能安全。這是一個(gè)非常令人興奮的工程挑戰(zhàn)?!?/p>
LC8引擎從一個(gè)空白的電腦屏幕,到1999年8月11日首次運(yùn)行,即使它第一次點(diǎn)火是在一片漆黑中,也要感謝奧地利在同一天巧合地發(fā)生了日全食!KTM的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在多大程度上成功地實(shí)現(xiàn)了他們的設(shè)計(jì)目標(biāo),可以通過將不含化油器/節(jié)氣門體的LC8發(fā)動機(jī)的干重,與各種V型雙缸對手的干重進(jìn)行比較來判斷。
75度LC8(配有一個(gè)平衡軸)的重量僅為56公斤,而60度Aprilia/Rotax(配有雙平衡軸)的重量為68公斤,90度本田VTR1000和鈴木TL1000的重量為73公斤,老式90度杜卡迪Desmoquattro發(fā)動機(jī)的重量為75公斤(新Testastretta設(shè)計(jì)的重量為72公斤),最輕版本的寶馬水平對置雙缸發(fā)動機(jī)為76公斤。

KTM發(fā)動機(jī)比其競爭對手輕17%至26%,而且沒有大量使用鎂。再加上其超緊湊型結(jié)構(gòu),很難不為研發(fā)團(tuán)隊(duì)取得的成就而鼓掌。這不會影響可靠性或性能。950 Rally在2002年達(dá)喀爾拉力賽中,取得了壓倒性勝利,這就是證明。
干式油底殼LC8發(fā)動機(jī)是垂直拆分的,不僅是為了節(jié)省重量,而且是將曲軸和雙變速箱軸布置在不同平面上的最簡單方法,以減少發(fā)動機(jī)的整體長度。3L的機(jī)油箱兼作機(jī)油散熱器,位于前氣缸前面,雙機(jī)油泵安裝在多片式油浴離合器下方的一根軸上。

從未考慮過濕式油底殼發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì),因?yàn)檫@將導(dǎo)致離地間隙減少100mm,這對于越野車來說是不可接受的。在任何情況下,當(dāng)摩托車躺在地上,發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),發(fā)動機(jī)的機(jī)油供應(yīng)都是保持的——當(dāng)騎手在撒哈拉沙漠上出錯(cuò)時(shí),這一點(diǎn)就更重要了!兩個(gè)DOHC氣缸均勻地位于曲軸箱上,而不是像本田或鈴木V型雙缸那樣:“我對車輪間隙和重量分布做了很多實(shí)驗(yàn),”Felber說,“事實(shí)證明,這種形式可以讓拉力摩托車的前輪行程300mm,油箱、散熱器等都是理想的配置?!?/p>
“但我們也從一開始就著眼于公路應(yīng)用,在Duke上使用更短的前叉、更少的行程和17英寸的前輪(而不是21英寸的前輪),我們能夠縮短車架,改善前端重量分布,并通過將電池放在發(fā)動機(jī)前面的空間來降低重心,所有這些都不會影響車輪間隙?!?/p>
LC8使用鍛造一體式滑動軸承曲軸,重量不到5公斤。這比KTM自己的LC4單缸輕,發(fā)動機(jī)下半部分比鈴木TL1000輕3公斤多。

半圓形飛輪和H截面鍛鋼連桿,長125mm。帶有3個(gè)活塞環(huán)的Mahle鍛造活塞,每個(gè)活塞重378克。壓縮比11.5:1,活塞有一個(gè)平坦的頂部和短裙部?;钊目偢叨戎挥?6mm。Felber承認(rèn):“我們肯定會因?yàn)檫@樣輕的曲軸而損失一點(diǎn)東西?!?,“但從一開始,我們就試圖為運(yùn)動摩托車創(chuàng)造一種反應(yīng)靈敏的發(fā)動機(jī)。無論是公路摩托車還是越野摩托車,都是一樣的。由于我們的沖程很短,曲軸很小,我們花了很多精力來確保它平穩(wěn)運(yùn)行,并在低轉(zhuǎn)速下具有良好的扭矩。我們在越野化油器版本與燃油噴射公路車版本上使用了相同的飛輪。
曲軸的左側(cè)有一個(gè)直齒輪,用于驅(qū)動位于氣缸之間的多用途平衡軸。這種五功能設(shè)計(jì)是LC8設(shè)計(jì)的典型。它不僅承載消除75度V型雙缸固有振動所需的平衡重,還驅(qū)動水泵和離心式發(fā)動機(jī)通氣器,以及用作啟動電機(jī)的惰輪,以及雙頂置凸輪軸的復(fù)合鏈條和齒輪驅(qū)動。

LC8的所有版本均采用由齒輪主傳動的六速變速器。
LC8采用了全新的四氣門缸蓋,而不是KTM現(xiàn)有的單缸氣缸蓋,(38mm進(jìn)氣門和33mm排氣門),每個(gè)氣門都配有雙氣門彈簧,夾角僅為22度,根據(jù)一級方程式的最佳原則,非常平坦。從上面看,俯沖式進(jìn)氣道非常明顯,氣流直接撞擊在進(jìn)氣門上。

Felber說:“我們設(shè)計(jì)氣缸蓋的主要目標(biāo)始終是通過在凸輪軸上安裝盡可能小的驅(qū)動齒輪,以及能夠?qū)崿F(xiàn)極高轉(zhuǎn)速的凸輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)來最大限度地提高緊湊性?!??!拔覀兿M苊庀癖咎颲aradero那樣,使用直接鏈條驅(qū)動實(shí)現(xiàn)2:1傳動比?!?/p>
因此,LC8采用了非常短的液壓張緊偏置凸輪鏈,由安裝在多用途平衡軸上的鏈輪驅(qū)動。這些齒輪連接到每個(gè)氣缸蓋中的一個(gè)中間齒輪,該中間齒輪依次驅(qū)動每個(gè)凸輪軸末端的兩個(gè)齒輪。傳動布局與鈴木TL1000大致相似,但在各個(gè)方向都非常緊湊。



LC8發(fā)動機(jī)的缸徑?jīng)_程為100 x 60mm,排量為942cc,但其設(shè)計(jì)可容納800至1000cc。例如,有空間將缸徑增加到103mm,使行程更短的999cc跑車版本成為一個(gè)現(xiàn)實(shí)的選擇。設(shè)計(jì)師Claus Holweg表示,該發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)能夠在曲軸處產(chǎn)生高達(dá)180馬力,并能安全地將轉(zhuǎn)速提高到12000rpm。950 Rally及950 Adventure使用了43.5mm的Keihin CV化油器和Denso CDI,化油器安裝在巨大的空氣箱內(nèi),以釋放座椅下的額外空間。

KTM將在V2 Duke上使用燃油噴射和全套發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)。Wolfgang Felber表示,在公路車型中,942cc發(fā)動機(jī)的曲軸功率將升至120馬力左右,而化油器越野發(fā)動機(jī)目前的輸出功率為102hp/7800rpm。
盡管發(fā)動機(jī)曲軸箱上有后搖臂安裝孔,以獲得額外的剛性,但發(fā)動機(jī)不是一個(gè)受力的車架構(gòu)件。Wolfgang Felber解釋道:“我們不想這樣,因?yàn)樵谠揭败囍校覀兛刂屏塑嚰艿淖冃?,以減少騎手的疲勞?!?,“在這種情況下,如果你把發(fā)動機(jī)作為車架的一部分使用,就會有缸蓋墊片出問題的風(fēng)險(xiǎn),甚至可能會使鑄件破裂,除非你把它們做得非常堅(jiān)固和沉重。發(fā)動機(jī)會使車架的抗扭剛度增加30%左右,但它不是車架中的承載部件?!?/p>
LC8在結(jié)構(gòu)、重量和潛在性能方面具有所有特性,使這家奧地利公司能夠生產(chǎn)一輛250 GP大小的運(yùn)動摩托車,重量遠(yuǎn)低于180公斤,但在街頭可以獲得超過130馬力的功率。