回顾KTM LC8 V-twin发动机在过去20年中的发展历史,追踪压缩比(这是发动机扭矩的主要决定因素)的增加是随着他们的发动机控制技术日趋完善而引起的。在化油器时代,即使所讨论的发动机是水冷的,压缩比也没有超过11.7:1。可以肯定的是,由于对燃料混合物和点火正时的控制不够精确,因此需要通过限制发动机的压缩比为发动机提供更多的防爆保护。
现在,KTM发动机具有最先进的燃油喷射和点火映射功能,即使是具有非常大口径(在这种情况下为108mm)的发动机,也可达到高达13.5:1的压缩率。最重要的是,可以更精确地控制诸如火花正时和混合气之类的基本变量,发动机的运行越发接近极限。
KTM的LC8 V-twin在其20年的发展历史中不断发展,其压缩率的提高与发动机燃料和点火管理的先进性息息相关。高压缩比的好处在于,它不仅可以延长凸轮正时,而且可以像调整长度的排气管一样,在不仅仅位于顶部的地方都提高扭矩,也可以在有限的rpm范围内提高扭矩。
备受推崇的测试员Don Canet称:“性能的提高归因于在两个进气漏斗的每个进气管顶部都增加了喷头,以改善高转速时的空气燃料雾化。空气箱的体积也增加了25%,并通过现在位于前大灯之间的中央进气口进行了进气,进气口采用了改进的风道,与以前型号的双进气口相比,在速度上提供了更有效的冲压空气效果。”
“增加花洒喷头”
只要有足够的时间使燃油滴蒸发,位于节流板下方的普通主燃油喷射器就可以很好地完成混合气的形成。只有蒸发的燃油蒸气和小于约10微米的液滴才能点燃并完全燃烧。大于火焰前沿的液滴不能完全燃烧,从而使一些未燃烧的燃料通过发动机。发动机转得越快,蒸发的时间就越少,这使情况变得复杂。这意味着发动机转速越高,未燃烧的燃油以液滴形式通过的比例就越大。一个明显的结果是,发动机转得越快,有效的蒸发混合物变得越稀薄。
2020 1290 Super Duke R完整小号上方的喷头喷油器,通过从喷射到燃烧的更长“飞行时间”允许更好的蒸发,从而增加了动力。因为稀薄的混合气无法提供足够的燃料,无法完全与进气中的所有氧气发生反应,所以会产生动力损失。
只要排放测试驾驶周期不包括高负荷,高转速运行,就可以通过注入足够的额外燃料来弥补这种稀薄性,以弥补那些太大而无法完全蒸发并参与燃烧的液滴。但是,如果这样做,将损失一些动力,因为不燃烧的多余燃料会降低火焰温度和峰值燃烧压力,从而降低动力。
举例来说,以下是在混合物形成参考中描述的一组特定条件下,以3,000 rpm的曲轴度蒸发各种尺寸的燃料滴所需的时间:
10微米(0.0004英寸)120曲柄度(0.0067秒)
50微米(0.002英寸)160曲柄度(0.0089秒)
250微米(0.01英寸)300曲柄度(0.0167秒)
大液滴需要较长时间蒸发的原因是,与较小的液滴相比,它们相对于其表面积包含更多的燃料量。
更高转速下解决“大液滴流过”问题的一种更好方法是在每个进气口烟囱处增加一个第二喷油嘴,该喷油嘴位于“喷头”位置,并悬停在节气门体进气罩上方。该位置距离发动机的进气门较远,提供了更长的“飞行时间”,并增加了混合湍流的暴露,在此期间燃料液滴会蒸发。为了从这种良好的效果中受益,我们编写了软件,使得在一定的转速下,我们开始将燃油从节气门下方的主喷油器移至喷头,以便在更高的转速下,所有的燃油都由喷头注入。由于这提供了增加的蒸发时间,减少了足以经受未燃烧燃烧的燃料滴的数量。
“航空箱容积增加了25%”
这可能是一个艰巨的挑战,因为发动机的进气气室容积在空间上存在竞争,它必须位于传统燃油箱曾经位于的位置,直接位于发动机上方。当这台大排量双缸发动机的一个气缸开始进气冲程时,所消耗的大量空气会急剧降低空气箱中的压力。它拉到多深取决于盒相对于气缸体积的大小。空气箱容积越小,气缸可能装满的越少,从而减小了扭矩。盒子越大,气缸向下拉动压力的距离越少,气缸填充得越充分,发动机产生的动力就越大。
KTM绝不是第一个必须增加空气箱容积的公司,在他们的时代,杜卡迪和Aprilia都对整个车型进行了广泛的重新设计,以便为更大的空气箱腾出空间。
共振的空气箱可以在所需的转速范围内轻松地将发动机扭矩提高10%,这可以通过调整空气箱及其进气管来产生共振,就像吹空开口的空瓶子一样。在发动机气箱的情况下,发动机的吸气脉冲负责驱动共振。如果发动机在压力循环的顶部从盒子中抽出空气,并且在进气结束后盒子从进气管重新装满,则结果是发动机气流净增加,功率更大。
“经过改进的风管,可提供更有效的快速冲压空气效果”
使用空气箱的主要收益来自于共振效应,但是在高车速下,还有第二个收益来源:将自由气流束缚在箱体内后,外部空气的压力。以160 mph的速度将空气速度完全转换为压力,可使我们的空气箱空气密度增加3%,从而使功率增益增加3%,在180马力的发动机上,百分之三是5.4匹马力。
但是,实际获得的增益取决于将空气吸入的位置,以及在将空气的动能转换为压力能的过程中使空气减速的程度。
位于曲面中央和正面的冲压空气进气口具有最高的,从而最大程度地提高了速度向压力的转换。但是在曲面上(例如整流罩的前部),仅在曲面垂直于气流(大致在其中心)的位置上才会发生。这就是为什么MotoGP摩托车的空气箱进气口位于中央的原因,并且为了使空气经常通过底盘的转向头进入。
将进气口定位在离中心越远的位置(与1290以前的双进气口一样),可以恢复的冲头压力就越小,因为远离气心的点处的外部气流已经在整流罩周围加速,并且正在失去压力。
进气管的形状也很重要,为了使进入的空气平稳减速,管道必须逐渐加宽,但是在1990年代初期的空气箱安装中,进气管道只是来自水池供应处的波纹状塑料软管的粗制件。因此,为了在冲压空气中恢复更多的压力潜能,必须像从大气层到喷气发动机进气口的管道一样精心设计进气管道。