納尼！本田V10民用發動機耐用性技術說明！

本田V10民用發動機？轟達還出過這個玩意兒？我怎麼翻遍自己的腦海都沒有這樣的記憶啊，難道穿越了嗎!?

不好意思，不厚道的標題黨了一把，本田的卻是沒有量產過民用V10，但是不代表他們沒有悄悄地出過樣機。下面這篇文章將為你們詳解那塵封在不久之前的歷史中的本田高性能V10民用發動機。

不知道各位是否還記得2007年的那場金融海嘯，那個時候本田的下一代NSX開發工作已經進入尾聲，原型車還在紐北測試了圈速，如果我沒記錯，圈速是7分37秒，而原型車搭載的正是文章要介紹的V10發動機。現在這條新聞在「至強汽車情報站」上邊還可以搜出來，。然而一場金融海嘯把一切都毀了，處於各種考慮，本田砍掉了全新NSX的開發項目，並通過走後門的方式硬是把這台砍掉的NSX塞進了Super GT500組的賽事，並換上了大家都熟悉的名字「HSV-010」。

前景也交代得差不多了，是時候可以進入主題了。這台發動機不僅要保證強大的動力，還要保證絕對的可靠性，因此所採用的技術和一般的民用發動機不同，下面就由我來介紹一下這台發動機的技術吧！

發動機數據：

排量：4993cc

最大馬力：550PS/8200rpm

最大扭矩：513Nm/7000rpm

缸徑×衝程：90mm×78.5mm

壓縮比：12.3

技術概要

如果要實現強大的動力，提升進/排氣效率、熱效率、降低摩擦損失是必不可少的。這台發動機的進/排氣布局如下圖所示。進氣系統左右獨立，每個汽缸擁有獨立的節氣門，這避免了大量空氣在集氣箱裡邊時引起的發動機響應下降。排氣系統為了降低各汽缸間的排氣干涉，也採用了左右獨立，排氣歧管使用了5-1結構。

5合1的結合部如下圖，並用GT chamber這個部件降低了排氣干涉，GT chamber原材料是鋼，採用脫蠟鑄造的工藝製造。

除了上邊介紹的降低進/排氣干涉的技術，本田還採用了激光熔敷汽門座並改良了氣門座周圍的進氣孔形狀，提高了進/排氣效率。

為了提高發動機的熱效率，使用了細軸火花塞及鋁製缸套，並優化燃燒室和水套形狀，將壓縮比提高到了12.3。

為了降低摩擦損失，把發動機內主要的運動部件進行了輕量化，優化了各汽缸間的連通孔以及缸蓋到曲軸箱的潤滑油返回油路布局。

激光熔敷汽門座（LCVS）

LCVS是提升動力的主要技術之一。這一技術是本田F1曾將採用過的技術，主要是把粉末狀的金屬通過高能密度的激光束，使之與基材表面熔凝。它比起一般的壓入式汽門座，能夠精確地把汽門座的大小控制在汽門關閉後兩者相結合的那一小塊區域。有了這一技術，本田才能在汽門周圍那狹窄的區域內增大了0.7mm的氣門直徑。

一般來說壓入式的汽門座和汽門結合部的旋轉加工形狀，會另外再通過旋轉加工把它和鑄造的進/排氣孔連起來。而使用LCSV的本田F1發動機，無論是汽門座跟汽門的結合部，還是進/排氣孔全體都使用3次元連續加工到最合適的形狀，這樣進/排氣孔就能保證高的流量係數。

上邊這張圖就是這台V10發動機的進氣側汽門座跟汽門接合部的旋轉加工形狀與進氣孔形狀通過3次元加工連接起來後形成了漏斗狀，這能夠穩定地提高流量係數。通過汽門擴大和漏斗狀的加工，最後提高了18kw的動力。

提高發動機響應的技術

在賽道上跑得快，不僅需要動力強勁，還需要極佳的發動機響應性，也就是隨著節氣門開度的變化發動機動力輸出能立刻發生變化。因此，賽車用發動機會在節氣門本體的下流設置獨立的節氣門，並縮小各獨立進氣管道的容量來提升發動機響應。這台V10就採用了這種結構。下面這張圖顯示了無負荷狀態下測試的發動機響應速度。

雖然獨立節氣門有助於提高發動機響應速度，相反，在低流量的的情況下，對進氣量的控制存在難度。各獨立節氣門的開度差容易引起AF（空燃比）的差異，一旦發生AF差異，那麼要滿足廢氣排放標準就會很困難，下面的模式圖說明了如何抑制這一情況（圖上的英文我就不翻譯了，應該都看得懂吧）。

1. 各缸節氣門主要對大流量領域的進氣量進行控制，統稱「二號節氣門」。

2. 在左右缸體上分別再設置一個節氣門，統稱「一號節氣門」，它主要對包含怠速在內的低流量領域的進氣量的控制。

3. 碳罐和PCV（曲軸箱強制通風）只裝備在不會閉缸的第一組汽缸上。

上圖藍線是一號節氣門，紅色是二號節氣門，一號節氣門在全開之前二號節氣門是處於關閉狀態的。通過這種控制有效降低了一般駕駛狀況下的各缸間的AF差異。一號節氣門直徑38mm，最大流量1450L/min。

主要運動零件輕量化

主要運動零件的輕量化對降低零件的運動慣性有很大幫助，同時也能提升發動機的響應速度和動力。另外這台V10曲軸的主軸頸和連桿軸頸的直徑比較小，這可以起到降低摩擦損失和提高燃油經濟性的作用。

1 活塞

採用鍛造活塞，通過CAE對熱應力、活塞運動軌跡進行解析，合理地削減了活塞各部位的材質並將活塞裙面積最小化。上圖顯示了通過合理設計的活塞裙及活塞形狀，使得最大面壓集中在中央，周圍面壓逐步低減這種良好的狀態。

2 連桿

連桿採用鈦合金製造，只用螺栓進行固定，比鐵制連桿輕18%。連桿大端部為了防止軸瓦燒熔，使用了ＤＬＣ（類金剛石鍍膜）。連桿螺栓表面也使用了二硫化鉬系的塗層，它可以讓連桿螺栓反覆使用也不會折斷。

３　曲軸

這台Ｖ１０的曲軸設計了和本田Ｆ１發動機曲軸一樣的應力緩和溝，位置在曲軸最薄弱的曲軸臂上，因為連桿軸頸的圓角Ｒ這個部分應力高，通過在它周邊挖一條槽來降低它周邊部分的剛性，這樣能夠緩和應力集中在圓角Ｒ處，通過這一技術降低了７％的應力，實現了連桿軸頸直徑降低３ｍｍ。

可靠性方面的內容

這台發動機的可靠性目標是既能滿足日常的駕駛需求也能滿足賽道極限狀態下的激烈駕駛。

為了保證賽道極限狀態下的可靠性，首先在鈴鹿、紐北等全球的主要賽道進行了實測，收集了賽道上的發動機轉速、負荷、機油溫度等使用頻度的數據。

下面這張圖是在紐北測試時的發動機轉速使用頻度。

通過這張圖可以看出發動機基本上都是在極限轉速區間工作。

下面這張圖是台上測試的數據，模擬了在紐北４８小時連續以最快圈速行駛的狀態。

然後是發動機的耐用年數，必須要同時滿足賽道和日常使用，這一點按照美國謳歌的標準作為開發目標。過剩的耐久品質會犧牲發動機的性能，所以在收集了龐大的駕駛數據後，做出了和普通發動機不一樣的設定。

下圖是在德國不限速高速上收集的數據，對發動機所使用的功率和轉速頻度做了一個整理。

左側縱軸表示在不限速高速上行駛一定里程所需的發動機工作量，和發動機在最大功率下運行一段時間的工作量進行規格化後的工作量的比。

右側縱軸表示在不限速高速上發動機高轉速的使用頻度。橫軸是參與測試的車輛的最高功率。從圖上可以看出來發動機功率越高的車，工作量的比和高轉速使用頻度很低。

之後通過模擬計算在美國的城市和高速行駛的狀態，得到的結果是有99%的時間都在3000轉以下工作，平均轉速1800轉。

最後把上邊2個結果再加上賽道駕駛的頻度綜合考慮後，制定了了以下3個可靠性的標準。

1 以發動機工作量為基準的耐用條件設定

根據在德國得到的結果，把台上測試的發動機工作量比設定到一個較低的範圍。

2 設定高轉速耐用條件

同樣根據上邊的結果，把高轉數耐用台上測試時間設定得比較短。但是考慮到賽道駕駛會頻繁的使用高轉速，所以追加了一個最高轉速耐用性的特殊實驗。

3設定一般道路駕駛耐用性條件

在美國，低轉速的使用頻率非常高，這是除了德國不限速高速以外所有國家的共有特點。為了評價發動機內部的各運動零件的磨損狀況，延長了測試時間。

通過這3個對發動機耐用性的測試，保證了發動機在各工況下的可靠性。

曲軸機油供給

這是一個確保賽道可靠性的重要技術。從下圖可以看出來這台V10發動機的連桿軸頸軸承在紅線轉速附近所承受的PV值(機械密封參數，這裡關係到連桿軸頸軸承油膜穩定性，軸承溫度等)最高。為了採取對策，需要導入新的技術。

曲軸機油供給方式最開始準備用賽車上邊經常用的中央供給方式，但是這種方式對空氣混入機油的抗性不夠，對於機油量管理並不嚴密的量產車來說並不實用。所以最後還是決定使用普通的從主軸頸給曲軸提供機油的方式。

機油供給管道的特徵如下圖

從主軸頸機油孔到曲軸臂機油孔的分叉點盡量設置在靠外周的部分，這可以降低離心力引擎的壓力損失。從曲軸軸承流入到主軸頸機油孔的這部分油路形狀也經過重新設計，旋轉方向上的開口部設計得很大，這能夠強化飛濺供油的油壓和油量。

如下圖所示，以上措施使得到連桿軸頸軸承之前的油壓從平均的1.2倍上升到2倍，有效降低了連桿軸頸軸承的溫度約10度。

關於火花塞外側電極折斷的對策

最後再介紹一個賽道極限駕駛時會發生的火花塞外側電極折斷現象的對策。

火花塞外側電極折斷的原因之一就是在高轉速下，進、排氣門關閉時的衝擊力引發的振動傳遞到了火花塞上，造成了火花塞外側電極折斷。本田通過改變電極形狀成功的解決了這一問題。

全文完，其實還有一篇關於這台發動機動力、燃油經濟性、排放的論文，我在想到底要不要寫，反正先看看這篇文章的觀閱量再說吧。

參考資料：本田技研社內技術論文

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