Hondaロードレース用2.3Lエンジンを開発 - 南通クリアウォーターベンチャーグループ

私たちは、エンジン製造業者が、ほんの 10 年前ですら極端だと考えられていたであろう出力レベルの提供を頻繁に要求される時代に生きています。ターボチャージャーの時代が到来し、平均的なレーサーは街中を走行するためにシリンダーあたり 250 馬力を超える出力レベルを求めることができるようになりました。ソーシャルメディアやその他の最新のメディアマーケティングチャネルは、私たち全員が達成しようとしているクリックやフォローを獲得できるように、極端なビルドを強調しています。顧客はこれらの極端なプロジェクトについて読んで、自分自身でそれを構築したり、それ以上のことを始めたりします。この男がそれだけ稼いだのなら、私は私だからもっと稼げるだろうと考えるのが、エゴに駆られたレーサーの性質です。

趣味のホットロッドは自分たちのプロジェクトを目立たせるために極端な目標を設定するかもしれませんが、トロフィーを棚に並べるためにはバランスの取れたパッケージに依存するモータースポーツの本当の側面もまだあります。私たちが毎日受け取る電話や問い合わせの多くは、ターボチャージャーで巨大な馬力（シリンダーあたり最大 400 馬力）を生み出す高出力エンジンに関するものですが、ほとんどの場合、作業台にあるのはそうではありません。自然吸気レースエンジンは、今でも世界中の多くのシリーズでレーストラックで支配的な力を持っています。

エンジン構築の最も重要な側面の 1 つは、エンジンとはまったく関係ありません。顧客と彼らが何を達成しようとしているのかを理解する必要があります。プロセスに対する彼らの本当の理解が何であるかを把握し、目標を達成するために彼らをどのように指導する必要があるかを決定する必要があります。エンジンビルダーは、顧客に尋ねるべき質問を知っていますが、返される答えの中には非現実的なものもあります。

あなたにとってもっと重要なことは何ですか? 限界にあるエンジンから最大の出力を得るのか、それともシーズンを乗り切るための信頼性を確保するのか? この質問に対する答えは、多くの場合、「はい、可能な限り最大の電力と信頼性の高い電力が必要です。」です。

最適化するにはどの rpm 範囲がより重要ですか? オフコーナー加速は 4,000 ～ 6,000 rpm ですか、それともトップエンドは 7,000 ～ 9,500 rpm ですか? 答えは、「はい、両方とも欲しいです。そして、多すぎなければ、あなたのビデオで見たように 11,000 rpm で動かしたいです。」です。

すべての顧客がそれを期待しているわけではありませんが、レースに勝つためのパッケージに顧客を組み込むために、顧客を数ノッチ下げなければならないことは、私たち全員にとってよく知られています。エンジンの構築には、私たちの準備が整っている以上に多くのコーチングやガイダンスがありますが、最終的にはお客様に満足していただきたいだけです。

このホンダ K シリーズエンジンプロジェクトは、何度も紆余曲折を経た同様の議論と、何が重要で何が望まれているかという焦点の転換から生まれました。これらのホンダエンジンは、そのパフォーマンスとアフターマーケットサポートにより、モータースポーツの定番となっています。これらは容易に入手でき、強制誘導を使わずに立方インチあたり大きな電力を生成できます。この特定のアプリケーションは Norma M20 ロードレーシングカーであり、私たちがよく知っているアプリケーションです。

これらは、ヨーロッパのヒルクライムイベント、6 時間および 12 時間の耐久ロードレースから、シンプルなクラブトラックデーで人気のあるものまで、さまざまな種類のレースで一般的です。これらすべてのシナリオにおいて、長寿は大きな焦点であり、当然のことながら、誰もが週末の終わりには表彰台に立ちたいと思っています。多くの場合、車にはホンダ K20A エンジンの Mugen バージョンが工場から装備されていました。これらは2,000ccの排気量から235～255馬力を発生します。レースされるシリーズに応じてさまざまな要件があり、それによって車に搭載されるエンジンが決まります。

制裁の中にはエンジン排気量を2,000ccに制限するものもあれば、単純にホンダK20Aエンジンを搭載しなければならないと規定するものもある。私たちは、信頼性が高く、この特定の用途の範囲に適合する高出力 2,000cc エンジンの開発に多くの時間を費やしました。また、制裁に合わせて、より強力な 2,500cc バージョンも開発しました。これにより、物事をさらに推進できるようになりました。この例では、何が許可されているかについてはかなり明確に決められていましたが、できることよりも何をすべきかを理解するのは非常に困難でした。

非常に強力な 2,500cc エンジンからのダイノ数値やレース結果を投稿した他の顧客が、私たちをその道に導いてくれました。その結果の1つは、2021年に日本の筑波サーキット周辺で達成される自然吸気世界タイムアタック記録です。そこは世界中のホンダ愛好家にとっての聖地であり、その成功がこの機会をもたらしてくれました。出力に関するプロセスや議論を通じて、どういうわけか、長寿命とバランスのとれたエンジンを運転する喜びについての声が聞こえ続けました。どれだけ高い数値や回転数の伸びについて話し合っても、議論の裏返しのプレッシャーを本当に感じ続けていました。

このホンダ K シリーズプラットフォームには、OEM 2.0L および 2.4L のバリエーションがあります。 K20 ベースのエンジンは、8.350 インチのデッキ高でストローク 86mm x ボア 86mm で、K24 ベースのエンジンは、デッキ高さ 9.114 インチでストローク 99mm x ボア 87mm です。これらの製品と、多種多様なシリンダーヘッドのバリエーションおよびアフターマーケットサポートにより、これはエンジンビルダーの遊び場となっています。この特定の Norma 車両では、取り付けポイント、排気ガス、車両にフィットするボディパネルを変更せずにエンジンを車両に物理的に取り付けるため、ほとんどのレーサーは短いデッキエンジンに固執することになります。背の高いデッキ K24 エンジンをシャーシに取り付けることは大きな課題ではありませんが、一部のオーナーにとって想像するのは恐ろしいことです。土曜日に車の中で6パックを交換するわけではありません。

私たちは適応を容易にするために 8.350 インチのデッキ高さにこだわることにしました。顧客が 2,000cc エンジンが生成できる以上の出力を実現したいという要望があることはわかっていましたが、将来的には信頼性が本当に必要でした。私たちはこのことに落ち着きました。 2,315cc エンジンは、パワーと寿命のバランスを実現します。

K20 エンジンブロックは機械加工され、これらのエンジン用に特別に開発された Ramey Racing ダクタイル鋳鉄スリーブが取り付けられています。主な機能は、89.5 mm のボアを使用してより多くの変位を実現できるようにすることですが、より長く使用でき、より過酷な使用にも耐えられる、より剛性の高いシリンダーも提供します。これらのエンジン用のスリーブを製造している会社は十数社あり、それらはすべて機能します。それらはすべて異なる硬さ、厚さ、取り付け技術を持っています。剛性を高めるために厚いスリーブを使用し、複雑な取り付けプロセスを経て、非常に堅牢な取り付けを実現しています。

当社のスリーブは、エンジンが古くなっても優れたリングシールを長期間維持できるよう、他のスリーブよりもはるかに硬くなっています。この特定のアプリケーションはかなりおとなしいものですが、11,500 rpm を超える 4 インチのストロークがあります。このエンジンのピストン速度が 29 MPS ではなく、40 MPS になることを想像してください。ストロークが大きく、ボアが小さいエンジンからのこの種のエンジン回転数は、とりわけシリンダーに非常に負担がかかります。スリーブの設計、材料、取り付けは、エンジンの寿命にとって重要なポイントとなります。

残りの排気量は 92mm ビレットクランクシャフトから得られますが、ホンダの鍛造クランクは完全に防弾性があり、さまざまなストロークに合わせてかなりの数のオプションがあります。これらのほとんどは生産終了しているため、多くの場合、アフターマーケットのビレットクランクシャフトに頼ることになります。ビレットを使用すると、新しいクランクシャフトが得られ、エンジンのサイズをより柔軟に設定できますが、OEM 鍛造クランクほどの強度はありません。何千ものこれらのエンジンを製造してきた長年の中で、たとえ 2,000 馬力以上であっても、壊れたホンダの鍛造クランクシャフトを見たことがありません。周囲のものはすべて壊れる可能性がありますが、クランクから始まることはありません。ビレットはそれほど寛容ではありません。それらは少し軽いので、ダイナモや車の加速データにはめったに現れませんが、利用可能な本当に素晴らしい製品がいくつかあります。 7,500 rpm でのクラッチドロップ、高回転の直列 4 高調波、大きな振動やタイヤの揺れが悪影響を与える可能性があるため、アプリケーションを慎重に選択する必要があります。この用途では、運転の種類、クラッチの配置、および連続的なシフトはまったく関係ありません。

このエンジンのピストンは、17年間使用しているWiseco製の軽量ストラットボックス鍛造品です。 Wiseco のエンジニアは、ピストンの強度と性能のバランスをとるために、長年にわたってこの開発を支援してきました。その間、私たちはリングの位置とサイズを移動し、スカートのプロファイルを変更し、18 mm の小さなリストピンの周囲をさらにサポートできるようにストラットの形状を変更してきました。私たちは、強度を犠牲にすることなくより大きなパワーを見つけるために、ビレットと鍛造でそれらを製造しました。ピストンの基本設計はほとんど変わっていませんが、同じ基本設計構造内でピストンのサイズを 250 グラム未満から 310 グラムまで軽量化しました。

私たちの開発エンジンでの賢明な試行錯誤のすべてがこのデザインにつながり、私たちはアイデアを思いつきながらこれらを推進し続けています。このピストンは小さいため、ストローカークランクシャフトやさまざまなロッド設計での使用が可能です。また、効率的な燃焼を促進し、重量を抑えるために巨大なドームもありません。肉厚の 18mm 工具鋼ピンを使用しており、軽量でありながら耐久レース環境のストレスに耐えるのに十分な強度を備えています。 12,000 rpm で使用するものと同じピンとストラットサポートが、このエンジンでは 9,500 rpm で使用されており、これはかなり健全な安全マージンです。

これらのエンジンは非常に効率的な燃焼室とかなりの量のカムシャフトのオーバーラップを備えており、大量の圧縮から恩恵を受けることができます。理想的には、2.5L エンジンのように 14.5:1 圧縮で動作させたいと考えていますが、ストロークが減少しているため、それは制限されており、必要に応じて 13:1 圧縮エンジンでポンプガスを使用することができます。これはこれらを構築する際の考慮事項であり、顧客とそのプログラムの運用方法を再度理解する必要があります。

そのピストンとビレットクランクシャフトの間の点を接続しているのは、Saenz 4340 I ビームコンロッドです。これは、シリンダーあたり 200 馬力を発生するエンジンで使用できるロッド設計です。ただし、この自然吸気アプリケーションでは、小さなリストピンとトリミングされたビームにより、強力なパワー処理能力がその約 60% に低下します。当社は Saenz と長年にわたる関係を築いており、この種のカスタムプロジェクトに対して、一貫した製品をタイムリーに提供することができます。

このようなエンジンでは、私たちはスモールエンドの重量をできる限り完璧に一致させるために懸命に努力しており、お客様がどのようにエンジンを操作するかという観点からベアリングのクリアランスを非常に気にしています。エンジンの動作温度とオイルシステムの機能は、これらのエンジンの構築方法を変える変数です。

このセットアップのオイルシステムは、シャーシの制約によりあまり考慮されていませんが、十分に機能します。 Norma シャーシはエンジンの装備が非常に低く、このシャーシ用に特別に設計された Pace オイルポンプとオイルパンを使用しています。できるだけ低くするために、エンジンの下に薄くて小さな小さなパンを設置する必要がありました。シャシー設計者は、重量配分やハンドリング特性に重点を置くとき、私たちエンジン担当者のことをほとんど考慮しませんが、それがモータースポーツです。

このような平らなパンでは掃気能力が制限され、多くの場合、ポンプシステムがオイルと空気を捕捉する際にオイルにエアレーションを発生させます。これは理想的ではありませんが、エンジンに高品質のオイルを供給するだけでなく、風損に関しても対処しなければなりません。ドレンバックとオイル流量を考慮することが重要になる場合があります。このような非常に薄いサンプでは、通常よりも少し高い圧力を使用する傾向があり、オペレーターに通常必要となるより大きなオイルタンクとエアセパレーターを設置するよう依頼します。

このエンジンのトップエンドは、エンジンのパワーと動作を実際に決定するものであり、Honda プラットフォームで利用可能なさまざまな構成を考慮して重大な決定を下す必要があります。「どの回転域に重点を置きますか？」という質問。は主要な貢献者であり、人々があなたに返したがる答えは実用的ではありません。ホンダは、ローエンドとハイエンドのパワーに対する要望に応えるために、これらのエンジンに有名な VTEC 可変リフトシステムを使用しています。アイドル時や 6,000 rpm 未満の低エンジン速度では小さな従順なカムシャフトローブを提供し、一連のロッカーピンとソレノイドバルブによって提供される油圧によって、高リフトレースカムプロファイルに切り替えます。それはホンダを有名にし、素晴らしいサウンドと素晴らしいパワーカーブを提供します。ただし、限界もあります。

VTEC システムにはかなりの重量があるため、10,000 rpm を超えるエンジンの場合は、VTEC システムを取り除くことを真剣に検討する必要があります。そこで実行してもらえますか？はい、でもどれくらいの期間ですか？ 10,000 rpm に近づくにつれて、より軽量なロッカーアームとレース専用カムシャフトプロファイルへの移行に関する考慮事項がより重要になり始めます。 10,000 を超える VTEC アセンブリを使用すると、バーストやその領域に時折トリップする可能性がありますが、長い直線や長時間の走行ではロッカーが疲労し、バルブトレインが不安定になり、電力が消費されるだけでなく、バルブトレインのコンポーネントが早期に疲労する可能性があります。

さらに、これらのエンジンには可変カムタイミングがあり、カムシャフトの中心線を 135 度から 85 度まで調整できます。より大きなカムシャフトローブとより大きなバルブを備えたレーシングエンジンでは、バルブ接触なしでフルレンジを使用する余裕はありませんし、そもそもその必要もありません。 DIYビルダーやチューナーが物理的なクリアランスを超えてインテークカムシャフトを前進させる致命的な間違いを犯す場所です。吸気と排気が制限された基本的なエンジンでは、これらのエンジンはカムシャフトの前進量を多くすることを好みます。エンジンを最適化し、適切に呼吸させると、同じ種類のカムシャフトの前進を必要としなくなります。ほとんどの場合、エンジンは 103 ～ 110 の中心線範囲で最高の出力を発揮しますが、使用可能な rpm 範囲を通過するにつれて変化します。

このシステムは魅力的で、現代のすべてのエンジンで一般的になっていますが、純粋なレーシングエンジンには欠点もあります。これは重いシステムであり、回転数が高くなるほど、バルブを制御するために必要なバルブスプリングの圧力も大きくなります。この余分なバルブスプリング圧力は可変カムシャフトハードウェアに負担をかけ、故障する可能性があります。目標に到達できなかったことを警告する ECU があるかもしれませんが、それがゼロの位置に近づくと、30 ～ 40 馬力が失われ、アイドリング時にカチカチという音が目立つことに気づくでしょう。どのメーカーの可変カムシャフトタイミング車両を扱ったことがある人なら、可変カムギアが故障した音をご存知でしょう。レースの途中でそれを知ることはあまり良いことではなく、単にパワーを失い、タイミングチェーンやバルブトレインに負担をかけるだけです。お客様の希望する回転数範囲についての質問が再び私たちを悩ませ、私たちは決断を下さなければなりません。

この 2.3L の 10,000 以上の rpm は、より軽量なトップエンドコンポーネントで容易に達成できますが、ボトムエンドを放棄し、低出力から高出力へのスムーズな移行を実現します。寿命を考慮して、rpm を 9,300 に制限することにしました。幅広いパワーバンド要件により、スムーズなパワー供給と、オフコーナーの部分スロットル移行からトラックの加速ゾーンへの加速を可能にするために、VTEC および VTC システムの使用が必要になりました。インレットカムシャフトの進角は、低回転域ではより積極的であり、回転数が上昇して6,000rpmで大きなカムシャフトローブに移行すると、バルブタイミングイベントが変更され、インテークカムが遅角し始めます。 8,500 rpm 以上では、カムをさらに遅らせて rpm を 9,300 rpm まで伸ばし、直進にどうしても必要な場合にはエンジンを 9,800 rpm まで回転させることもできます。そのためには、ドライバーがギアチェンジの決定を下すか、ラップタイムを優先してギアチェンジを実行する必要があります。

シリンダーヘッドは OEM K20 Honda 鋳物から生まれ、cfm は 300 cfm @ 0.550 インチから 370 cfm @ 0.550 インチのリフトに増加しました。これもまた、ポートサイズと空気速度を運転の種類、燃料、rpm 範囲に合わせるというバランスをとる作業です。もしそれが高回転ドラッグレース用エンジンであったなら、はるかに大きなバルブと 440 cfm @ 0.650 インチのリフトを備え、10,000 rpm を超える動作に対応するためにカムシャフトの前進を実際に制限したでしょう。ロードレースカーの幅広い rpm 範囲快適なエンジンを運転できるように、バルブの干渉を制限し、空気速度に注意する必要があります。

これらのシリンダーヘッドの排気ポートはもともと非常に大きいため、ただ開けるためだけに、無謀に開ける必要はありません。 CFMを改善するために壁をまっすぐにしますが、材料の使用量は最小限に抑えます。奇妙に見えるかもしれないが、非常に効果的な排気ポートを実現します。ヘッドは、4P ARP 625+ ヘッドスタッドと 100 ポンド-フィートを使用してブロックに固定されています。トルク仕様これにより、ヘッドスタッドの他の材料に比べて大幅な改善が得られ、L19 のような材料による水素脆化の危険がなくなりました。

カムシャフトの選択は慎重に行う必要があります。目に心地よいピークダイナモ数値を見たいという罠に陥りがちですが、実際には範囲全体を見なければなりません。これらのエンジンでは、リフトが 0.600 インチ以上、持続時間が 285 @ 0.050 インチになるのが一般的です。それは確かにカムシャフトを売るピークダイナモ数値を生み出すでしょうが、5,000 rpmに目を向けると、持続時間が20度短いカムに15〜25馬力を譲ることになる可能性があります。上の数値は 3 ～ 5 馬力優れている可能性がありますが、下にあるだけで、加速が遅い車になります。このエンジンでは、比較的小さなカムシャフトである 4P RR3 を採用しました。これは、このエンジンの回転数範囲に基づいて、またバルブスプリングや他のバルブトレインコンポーネントとうまく調和するように選択されました。カムの仕様は次のとおりです: インテークリフト – 0.533インチ; インテークデュレーション – 266 @ 0.050インチ; 排気リフト – 0.513インチ、排気持続時間 – 260 @ 0.050インチ。

多くの場合、これらのエンジンのバルブスプリングはその役割を果たしていません。長年にわたり、市場にある製品は、消費者がエンジンを作動させるバルブ重量と回転数範囲を制御できるほど剛性が足りませんでした。当時は軽量のハチの巣スプリングが人気でしたが、バルブを制御できず、バルブ関連の故障が多く見られました。過去 10 年間で状況は変わり、標準的な市場製品が改善されるのを見てきました。

通常、スプリング圧力は不足するのではなく、必要以上に増やしたいと考えますが、このエンジンで可変カムタイミングを使用していることを考えると、作業できる範囲が狭まってしまいます。スプリングと同じくらい重要です。圧力は、スプリングのワイヤーの純度、およびスプリングシート、リテーナー、バルブロックとの適合度を表します。これはすべてバルブの動きを制御する上で重要であり、出力に関してはすぐにわかりますが、耐用年数に関しては後でわかります。これらのエンジンでは、他のすべてが同じ場合、バルブスプリングだけで 6 ～ 8 馬力の変動が生じる可能性があります。

このエンジンは 36mm フェレア吸気バルブと 30mm 排気バルブを使用します。私たちは多くの用途でバルブシートに積極的に取り組んでいますが、このエンジンは寿命を延ばす目的と、既製のバルブトレインコンポーネントで簡単に保守できるようにするために、非常に標準的な 45 度のシートを採用しています。スプリングはMaxlife処理を施したPSIと、フェレア社がそのスプリングのために特別に製造したチタンリテーナーです。これを110ポンドに設定しました。座席の上で。

タイミングチェーンシステムはこれらのエンジンのアキレス腱であり、2 ピースの OEM チェーンガイドを 1 ピースのガイドに交換することで、防弾構造を実現しています。ガイドの溝を深くしてチェーンを誘導し、形状を変更することでよりスムーズな動きとたるみを解消しました。長いシーズンにわたって使用でき、エンジンを分解するとまるで作動していないかのように見えます。 OEM のガイドでは伸びて最終的には外れてしまうため、チェーンとテンショナーの頻繁なメンテナンスが必要となるのとは対照的に、これらのガイドを所定の位置に配置すると、チェーンとテンショナーの磨耗は限定的になります。

エンジンの吸気はキンスラー製60mm個別スロットルボディです。ドライブ・バイ・ワイヤーも利用可能ですが、このエンジンは Sadev トランスミッションに油圧作動のスロットル「ブリップ」を備えたケーブル作動を使用します。これにより、シャーシ内の 4P カーボンエアボックスを通じて空気が取り込まれます。エキゾーストはシャーシ専用のトライイ4-2-1ですが、ダイナモでエンジンを動かすために同寸法のストレートバージョンを作る必要がありました。

これらはすべて、ホンダ K シリーズエンジンアセンブリ用の SOP を使用してクリーンな環境で組み立てられます。多くの異なるプロジェクトに取り組み、異なるエンジンビルダーを雇用している場合、その SOP が重要になります。自分がどれだけ知識があると思っているか、どれだけ経験があるかは関係なく、チェックとバランスを確保することでプロセスが改善され、建設者の作業が楽になるだけです。

エンジンは、IMSA Spec MS100 ガソリンを使用した Super Flow SF902 エンジンダイナモで動作させました。私たちは Motec M150 コントロールユニットを使用しています。これにより、長期間にわたる燃料供給や VE 曲線の計算にはあまり集中することなく、エンジンのテストに集中することができます。暖気後、最初のヒットでレッドラインまでプルを振ると、ECUがその仕事をしてくれました。ラムダは保守的な .87 と点火タイミング 27 度のままでした。 0.89 度および 28.5 度の点火タイミングで利用可能な馬力はいくつかありましたが、予期せぬ状況に備えて計画を立てたいと考えており、車、ドライバー、およびその動作環境を学ぶにつれて、いつでももう少し力を入れることができます。

燃料タイミングは BTDC 295 ～ 310 度で最適で、インレットカムシャフトを rpm 範囲で変更するとわずかに変化しました。インレットカムシャフトのタイミングは、VTC の 32 度 (中心線 103 度) と高く、ピーク rpm では 29 度 (中心線 106 度) まで徐々に減少しました。私たちが主な動作範囲であると感じているカムシャフトの変化がわずか 3 度であることがわかります。より軽い固定セットアップを支持して VTC を完全に失ったという主張をすることもできますが、その 3 度は 5 ～ 6 馬力であり、エンジンが頻繁に作動するとは予想されない低域では、10 度のスイングで 10 馬力を超えました。

エンジンからの最高出力は 343 馬力および 227 フィートポンドでした。トルクの。若い頃はいつも最高のダイナモのプルに引き寄せられ、それを称賛していましたが、経験が増えるにつれ、エンジンの調整に合わせて最後のスイープを数回行い、最高の平均数値を使用するようになりました。平均出力は 336 馬力、225 フィートポンドです。

特定の目的に合わせてエンジンを設計することは大きな課題であると同時に、この職業で最もやりがいのある部分の 1 つです。私にとって、ビルド時に利用可能なすべてのブーストを単に投入するよりもはるかに楽しいです。私たちはターボチャージャー付きエンジンに重点を置いていますが、自然吸気パワーが私たちのモチベーションを維持し、継続的に開発を続ける原動力となっています。

ダイナモのエンジンの可能性を最大限に引き出すことが重要であるのと同じくらい重要ですが、顧客を理解し、顧客の真のニーズや要望が何であるかを理解することがエンジン構築の要素であることを認識する必要があります。何が彼らを連れ戻すのでしょうか？彼らが自分たちのストーリーを語れるほど幸せになれるのは何でしょうか? 世の中には、どんな犠牲を払ってでも、どんな逆境を乗り越えても懸命にレースをしてトロフィーを棚に上げようとする人がいますが、できる限り凹凸を少なくしてプロセス全体を楽しみたいと思っている人はもっとたくさんいます。それらの顧客を認識し、いつ手綱を引くべきかを知ることは、あなたの名前に価値を与え、レース業界での持続力を与えるものです。EB