新一代摩托车动力RC61E技术特点分析*

秦　德　宋如钢　李志化（天津大学内燃机研究所　天津　300072）

·振动·噪声·

新一代摩托车动力RC61E技术特点分析*

秦德宋如钢李志化
（天津大学内燃机研究所天津300072）

摘要：目前国内已有几家摩托车企业生产大排量摩托车用发动机。通过对RC61E发动机技术特点的分析，希望有助于对大排量摩托车发动机的开发和技术改进提供一些借签。

关键词：摩托车发动机进排气正时燃烧效率

引言

NC700摩托车系列发布于 2012年，包括NC700S、NC700X和INTEGRA，它们均使用相同的车架和RC61E发动机。RC61E发动机是一款单顶置凸轮轴、四气门、水冷直列双缸四冲程汽油机，采用第二代双离合变速器和电子控制燃油喷射系统。

1　RC61E发动机主要特征[1]

1.1RC61E发动机主要参数

发动机型号：HONDARC61E

发动机类型：水冷、四冲程、直列双缸、

单顶置凸轮轴、4气门、PGM-FI电子控制燃油喷射

缸径（mm）：73

行程（mm）：80

排量（mL）：669

压缩比：10.7：1

最大功率：38.1kW（6250r/min）

最大扭矩：62N·m（4750r/min）

1.2RC61E发动机外观

RC61E外形如图1、图2所示。

图1左视图

图2右视图

2　RC61E发动机技术特点

2.1总体配置

开发团队希望设计一款中等排量的摩托车发动机。发动机不以绝对性能指标见长，而是能使用户充分享受中低速的强劲扭矩所带来的明显加速感觉。为此，团队确定了以下设计理念：

追求成熟品味的驾驶感觉，以轻量、紧凑的发动机布局为目标。为了获得“一款紧凑的、具有世界级环保性能的新难度系数发动机”，开发之初设计团队首先围绕基本布局展开讨论，深入讨论了何种发动机能够输出所需要的动力特性。详细的讨论话题包括排量，气缸数（一至四缸），发动机形式（单缸、多缸，直列、V型或水平对置，OHC或DOHC）以及平衡轴（一级-二级平衡轴，耦合平衡轴）。最后结出结论，能够达到目的的最佳发动机结构应为水冷顶置凸轮、直列、双缸、前倾角62°（发动机安装角度）。

为获得“成熟品味的驾驶感觉”，必须在均匀和非均匀点火间隔之间做出选择。图3为双缸发动机三种曲柄夹角点火间隔比较图。团队最终选择了270°曲柄夹角、非均匀点火间隔这一方案，而不是有序的、平稳的均匀点火方案，这样做的目的是为了获得近似于V型双缸发动机的那种颤动的感觉。

图3　非均匀点火间隔比较图

发动机设计采用了本田公司早在1985年申请了专利的270°曲柄技术，如图4所示。因为这种曲柄结构曲拐夹角为270°，传统上下两半的制造方法会在曲柄臂留下相当多的雍余部分。而且，曲柄臂难以加工完全。另外，这种方法制造的曲柄还会导致重量增加、成本上升，不合乎开发理念。

为了解决这个问题，开发团队承担了制造一个“拧转曲柄”的挑战。团队采用包括用上下两半的方法锻造一个360°的曲柄，如图5所示，以便将雍余部分减至最少，然后，在曲柄轴颈部分冷却前立即将其拧转90°，以得到270°曲柄，如图6所示。

图4 270°曲轴

图5曲柄扭转前（锻造后）

图6 曲柄扭转后

这种“拧转曲柄”的制造方法在此之前已成功用于本田V型6缸汽车发动机上。它是将曲柄拧转60°。在与本田汽车摩托车研发中心工程师的通力合作下，使曲柄进行90°拧转成为可能，从而成功地实现了不采用机加工方法就能制造出带有优化平衡重曲柄的目标，避免了制造成本的上升。

2.2单级平衡轴

采用270°曲柄，理论上不能利用两个气缸活塞的往复运动来消除一级振动；然而这种方法可以消除二级振动。通过增加一根平衡轴，如图7所示，可以将270°曲柄的一级和二级振动都消除。

对于普通发动机，采用单平衡轴时，与曲轴平衡轴距离成正比的一级耦合振动依然存在，如果采用双平衡轴，即引入第二根平衡轴，就可以消除这种振动[2]，如图8所示。

图7　单平衡轴示意图

图8双平衡轴

而对于RC61E发动机，由于采用了270°曲柄，因此发动机没有任何二级振动，只需消除一级振动即可使发动机的振动很小。所以，驾驶搭载RC61E发动机的摩托车的感觉与驾驶带有二级平衡轴、直列4缸发动机的CBR1000RR或水平对置6缸发动机的GL1800一样。

活塞垂直运动，曲柄旋转运动。作用在曲轴上的旋转力使曲轴横向移动，产生横向振动，图9（左）所示。即使活塞垂直运动产生的振动由曲柄运动抵消，曲柄转动产生的横向振动仍然存在。所以设置一个曲柄配重一半的平衡轴，并反向旋转，这样就抵消了曲柄的横向振动，如图9（右）所示。RC61E的设计师们希望保留一部分摆动力偶。他们认为这样可以提供类似欧洲摩托车发动机一样的操控体验3。

图9 单平衡轴

2.3集成于缸盖内的进气道

为了达到“适合于成熟品味的驾驶感觉”，除了采用270°曲柄和单平衡轴以外，团队还改变了气缸盖内进气道的布局，以适应燃烧定时的变化。并列双缸发动机通常有两个相邻但相互独立工作的进气道，这样两缸的进气过程互不干涉。但在该发动机里，进气过程却有意设计成相互干涉，产生微小的燃烧变动，达到开发理念所追求的“成熟品味”。

在缸盖内集成进气道给制造过程提出了很多挑战。尤其是如何解决由于左、右气道金属厚度不同导致熔化铝冷却不均情况下的变形问题。通过反复的计算，在先进的CAE分析中加入冷却分析，使变形得到了控制，从而保证了制造精度。

2.4气门定时

为了便于产生微妙的进气干涉，增强“适合于成熟品味的驾驶感觉”，每个气缸分别设置了优化的进气门开闭时间。直列多缸机通常不将气门正时分别设置，但在RC61E发动机中，通过改变直列双缸往复式发动机每个凸轮轴的气门正时，设置了两种进气正时，如图10所示。如前所述，在一个凸轮轴上设置两种进气正时不会给加工带来很大问题，但会导致成本增加。

图10　两种进气正时示意图

2.5燃烧效率

设计团队参考了汽车发动机燃烧技术，这种技术对于中低速领域给与了额外的关注，在改善燃油经济性的同时确保燃烧可靠、驱动有力。在以提升输出动力为目的的发动机中，普遍的做法是把高转速范围的进气效率放在最优先考虑的地位。然而，在这台发动机中，重点考虑的是非常规的中低速范围，关注中低速范围的燃烧效率而不是高速时的进气效率，最终选择Φ73mm缸径和80mm冲程。

在中低速范围下，可靠而稳定的燃烧来源于理想的缸径/冲程比、理想的燃烧室形状以及优化的气门正时的结合。

2.6排放净化系统

为了使排放净化效率最大化，团队将三元催化触媒直接装于排气道下方，这样在发动机启动时触媒能更早地起作用。这种设计使燃烧废气还处于高温状态时流过触媒，这种将触媒直接置于排气道下方的做法在大型摩托车上尚属首次，但在小排量发动机上，这种触媒的研究应用已有一段时间了。由于在大型发动机上诸如热负荷等绝对数值的不一致，这种技术的应用还远远不具有普遍性。

原因之一是在只有两个气缸的情况下，触媒只能直接置于两个排气道的下方，在摩托车有限的空间内，很难有效地安放触媒，而且从成本上考虑也是不利的。所以，在这台发动机上，两个排气道在气缸盖内合二为一，这使得在其正下方可以有效地放置一个足够大的触媒。

团队还利用汽车热管理CAE分析技术确定了摩托车的优化参数，设计出了能够承受相关热负荷的触媒，优化了气道形状和布局。正如前面已经提到的，团队不仅合并了进气道，还合并了排气道，从而获得了流线型的发动机和紧凑的进排气布局。

2.7减小摩擦

为了减小摩擦，在这台发动机的活塞上不仅使用了树脂涂层，还首次在摇臂上使用了铝合金这种轻型材料。通过合并一些零部件的功能，比如利用平衡轴驱动油泵和利用凸轮轴驱动水泵，一方面减少了所需轴的总数，另一方面也把摩擦降低到极限。

2.8水泵、冷却水管路布置

在这台发动机上，为了从凸轮轴获得旋转驱动力，将水泵布置在发动机上方气缸盖的左侧。这种布置会缩短水管长度，使其总长度比采用传统的布置方式时短三分之一。这样就减少了冷却水的容积，对于减轻重量和管路系统的美观都是有益的。在把发动机开发构想的重点放在中低转速而非高速的情况下，这种利用凸轮轴驱动水泵的方式最理想，

3　结论

1）RC61E发动机具有低速大扭矩的特性。

2）采用270°曲柄夹角，增加了单轴平衡，降低了发动机的振动，使驾驶者乘骑起来更加舒适。

参考文献

1日本本田公司.Global700m LEngine for Next-Generation [EB/OL].http：//world.honda.com，2014-03-21

2叶盛焱.摩托车发动机设计[M].北京：人民邮电出版社，1997

3Jack Yamaguchi.本田新一代摩托车动力系统[EB/OL]. http://www.industrysourcing.cn/article/255298，2012-06-01

中图分类号：TK403

文献标识码：A

文章编号：2095-8234（2015）05-0075-04

收稿日期：（2015-06-29）

*基金项目：天津市重大科技专项（13ZCZDGX04400）。

作者简介：秦德（1963-），男，高级工程师，主要研究方向为发动机总体设计。

Analysison the Characteristicsof the New Generation ofMotorcycle Power RC61E

Qin De,Song Rugang,LiZhihua
Tianjin InternalCombustion Engine Research Institute,Tianjin University(Tianjin,300072,China）

Abstract：At present,there are severalmotorcycle enterprises producing large displacementmotorcycle engines.Analysis of technical characteristics of RC61E engine will be helpful to the development and technical improvementof large displacementmotorcycle engine.

Keywords：Honda,Engine,Valve timing,Combustion efficiency