TC的編輯視角│不走天堂路,硬闖地獄門?DUCATI Supermono 為何用上雙連桿而不使用普通的反向平衡軸?

TC的編輯視角│不走天堂路,硬闖地獄門?DUCATI Supermono 為何用上雙連桿而不使用普通的反向平衡軸?
TC 2022/09/13

首先,這是一個有趣的問題。

這個問題要先推回──「DUCATI總工程師Massimo Bordi在Supermono車上使用雙連桿的結構」的主要原因,有很大的機會是來自於DUCATI工廠內本來就已經存在著大量的V-Twin引擎,所以當時要打造一台Supermono單缸跑車時,引擎結構從雙缸去做發想,似乎也不會太奇怪。而當時Supermono除了想法獨到之外,材質選擇上也用上了鎂合金來打造。


單缸的限制與開發契機

談談開發背景,市面上大多數的單缸引擎最大的限制因素在於轉速,一組大型活塞要在當時進行上行與下降的作動中,很難在超過6,000轉時保持平衡,這也代表在爆引擎之前,車體與車手都會接受到相當幅度的震動。但80年代後期,因為風氣與各種單缸賽事諸如Sound of Singles的興起,單缸賽車成為了一項相當具有人氣的車型,而DUCATI也想要從這廣大的市場中分一杯羹。

DUCATI在初期以去掉頭部的90度L-Twin引擎形式,簡單的利用一組「虛擬」的汽缸結構來解決汽缸震動的問題,雙缸有一缸不點火,就算是單缸。但這種簡單又暴力的方案額外產生的副作用就是不點火的汽缸內做動的活塞也會產生額外的阻力,同時也會直接影響馬力損失以及活塞本體的磨耗。

事實上,這種「空幹活塞」的運轉方式並不是最佳解。

因為除了符合「單缸車」的規定之外,對整體賽車硬體而言弊大於利。因此,Bordi選擇了當時稱之為doppia bielletta的結構系統,也就是我們所知道的雙連桿(double connecting rod system)結構系統,這並不是DUCATI原創的東西,doppia bielletta結構源於柴油引擎,DUCATI只是將其移植到汽油引擎上使用。

即便Supermono有屬於自己的引擎體系,但四汽門的缸頭以及其他部分則都是沿用DUCATI自家研發的851與888 L-Twin車型上的基礎,在震動控制中,Supermono有辦法像L-Twin車種一樣將轉速拉上11,000轉的速度進行運轉,這在當時的年代以單缸車種而言是前所未聞的。

BMW隨後也做了一樣的事情。

BMW在2008年的F800引擎中使用了這種雙連桿的結構,但當時的問題在於BMW用上的是老式的大型360度雙缸引擎,即便套上doppia bielletta的結構系統,也沒有辦法對車輛性能提升太多,頂多就是減少一些噪音的用處而已。而經歷幾代更新之後BMW才意識到了F800的錯誤,最終放棄了doppia bielletta結構,改用270度曲軸設計,平衡軸設計在曲軸前方利用低位旋轉兩組配重塊來運行,當然,引擎的聲浪也更加悅耳,車輛也更加有樂趣。

而後續就是我們常看到的YAMAHA為旗下MT-07車系家族所提供的動力單元──Crossplane Crank十字曲軸設計的CP2 Twin雙缸引擎,同時也成為了全世界最受歡迎的引擎之一。


打造強力單缸王

談到強力又具備耐用度的單缸車,KTM LC4這具引擎說第二,大概也沒有人敢稱自己第一了。

末代的KTM 690 Duke 從獨立105mm活塞搭配80mm行程創造將近70匹的輪馬力,2016年相較起同級的雙缸MT-07以及SUZUKI短刀SV650有過之而無不及,單缸最大的優勢就是重量,這點在我們方才提到的Supermono身上亦然,156公斤的Duke相較起180公斤的MT-07與195公斤的SV650而言,基本上算是一個羞辱性極強的存在,事實上,2016年也是KTM真正的把693c.c.單缸引擎發展到鼎盛的代表年。

談到LC4 Single這堪稱當代單缸傑作的美麗作品,LC4引擎內部的主平衡軸是以相同的速度與曲軸進行相反方向做旋轉運動,主要用意在於消彌不平衡,而也是從這一代開始,平衡軸佔據了連桿180度的空間並且確實的實現了引擎體積緊湊化,而後,更大的缸徑配上更短的行程代表著更少的往復質量,KTM的引擎肯定比當年的DUCATI Supermono具備更多的旋轉重量,但KTM成功的消彌了大活塞引擎帶來的振動與不平衡性,所以可以承受更少的往復量與更大的旋轉重量,可以說是完美解決了打造強力單缸最大的問題。


三大主要不平衡

話題拉回來,沒有人知道當初Massimo Bordi到底為什麼會選擇用上雙連桿而不使用普通的反向平衡軸,畢竟1980年代後期反向平衡軸的設計已經不是稀有的存在,根據motorcycle.com向MV AGUSTA研發總監Brian Gillen發問後得到了一些答案:

首先,我們要理解多缸引擎的主要震動源可歸咎於三大主要不平衡:

一、由活塞、活塞梢、活塞環與大約三分之一的連桿重量引起的平移力。

二、由曲軸配重、曲柄梢與剩餘約三分之二的連桿重量所引發的旋轉力。

三、由汽缸中心之間的偏移產生的旋轉力矩。

Supermono的開發項目中,最一開始使用的是垂直型汽缸設計,也就是DUCATI打算捨棄汽缸頭以「類L-Twin」的形式,但是不作用的汽缸活塞卻會奪走動力輸出表現,而後,DUCATI改用雙連桿的方式來代替垂直活塞中產生的平移力,消除不作用活塞組的滑動摩擦,最大的好處就是用最低的成本與最簡單的結構達成平衡初級的震動干擾。

題外話是,MV AGUSTA研發總監Brian Gillen也透露,當年在DUCATI的Bordi思考方式相當與眾不同,千萬不要低估辦公室政治的力量,Massimo Bordi成功的贏得了Supermono引擎研發與量產的案子,並且依照Supermono成功的結果來延伸一系列輕型、小排量、廉價的摩托車,但辦公室高層並不相信這一系列的車款會是未來的方向與解答。

現任DUCATI執行長的Claudio Domenicali,在Bordi的時代還是DUCATI Corse的產品總經理,Supermono算是Domenicali到職第一份正式的開發項目工程負責人與賽道工程負責人,Domenicali曾說單缸缺少了一些必要的東西,當你打開油門,單缸車震動的太嚴重,以至於無法傳遞出腎上腺素的那種快感。

OK,所以DUCATI並沒有延續單缸車的命脈,而是將雙缸引擎做到淋漓盡致。這並不是太壞。

但奧地利的KTM就完全不一樣,KTM證明了單缸引擎可以做到什麼境界,最走火入魔的那種。

TC 資深編輯
去賽道練車還會忘記帶車的辣個男人。