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【百問】引擎內部強化問與答 鍛造活塞有何作用?(下)

資料來源:Goo 車訊網     2024/10/09
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問題五:爭最後一口氣–為何要延後斷油轉速,要如何做到?

延後斷油轉速通常都是高性能引擎所追求的項目,目的除了獲得更好的性能輸出外,配合檔位的使用,也可以在出彎時獲得更好的再加速表現。該怎麼做呢?若要引擎達到高轉速的基本條件,就是各活塞連桿間的重量差異不能太大,就像鋁圈平衡一樣,一旦平衡失去,轉速愈快鋁圈的震動就愈大,因此要將引擎作到破萬轉的境界,下半座機件的平衡性便成必備條件之一。

引擎強化還有一個常被忽略的目的,那就是斷油轉速的延後,只要改裝得宜,斷油轉速逼近萬轉都沒問題。

至於各缸配重方法不一定要使用鍛造零件,最常見的是將所有的活塞或連桿一一分開秤重,並將多餘的重量採研磨方式減輕,來達到彼此間的等重水準,如此只要所有活塞及連桿都等重,組合起來的重量也會相同,引擎運轉起來自然平衡順暢。事實上,高轉化引擎在調校上所需注意的地方,除上述提到的硬體面外,液體潤滑與軟體調校是否跟的上,也是不可忽略的要項,前者所指的是機油潤滑度好壞與油壓穩定性的掌握,這可透過使用號數較高及更換強化機油泵浦來達成,至於後者則牽涉到供油電腦的使用與調校,畢竟轉速達到9000轉以上時,每秒點火時間與供油量變化,都非一般市售引擎可比擬,若沒有一套計算快速、設定完善的軟體匹配,引擎什麼時候要「中風」都不知道。

問題六:萬轉引擎超魄力,但如何增加機件潤滑效果?

上述提到引擎要朝高轉速設定,除了各缸的活塞+連桿要配重處理過之外,下方的曲軸轉速平衡,也是可以或缺的步驟,因為曲軸可說是整個下半座零件內最精密的部分,也因此可以常聽到「曲軸平衡」的關鍵性字眼,目的就是透過後天的校正,讓曲軸高轉速的平衡性更加精進。

此外,賽車用的曲軸往往會把斧頭造型的軸葉部,削得既薄且尖銳,雖然此法能降低突破機油的轉動阻力,並達成徹底輕量化,但這樣卻有軸葉剛性不足、甩油量較少易傷到活塞裙的問題,不過市售車的改裝曲軸依舊是不會做得如此誇張,畢竟曲軸的重量還是要考量到活塞及連桿的重量去搭配,想想看要是引擎內部機件的下方比例輕過上方,無法有效吸收引擎內部運轉時的震動,在活塞上下擺動瞬間,便有可能會讓活塞發生劇烈晃動而發生損壞。

這個就是速霸陸水平對臥引擎後期採用的鎢鋼曲軸,也就是表面經過Nitride的氮化處裡,可以增加鋼材內的含油量,確保運轉時更加無阻力。

另外,介於連桿與曲軸間的大小波司,其組裝時的緊配公差是否測量精準、視情況更換強化品,也會影響曲軸的耐用度,前者在於Tuner在安裝時,是否有認真的去丈量連桿與曲軸,及缸體與曲軸間的間隙,選擇正確規格的波司來安裝,如此才能確保間隙中的油膜厚度與油壓正常,才能禁得起高壓高速的擠壓力道;後者則是透過表面處理,讓波司表面可以容納更多機油,以容許波司可以多一些些時間接觸到曲軸,而不至於傷害到曲軸,關鍵還是在精密組裝的技術。

波司的安裝許要先丈量每個零件上的數據,接著才可以去選擇適合的波司厚度,畢竟零件製作上難免會有公差,這個步驟是無可避免的,不然只是照著原廠手冊走,引擎的耐用度相當堪憂。
曲軸上方連接著活塞與連桿,是負責將上下運動轉換成旋轉運動的關鍵性零件,因此動態平衡性愈好,代表高轉速時的震動愈少,就像輪胎安裝時也要平衡的意思一樣。

問題七:何謂高角度凸輪軸,跟高轉速出力有何關係?

進行完下半部的重量與轉動平衡後,引擎想要擁有一氣呵成的高轉速表現,還需上半座的高角度凸輪軸的改裝搭配才行,否則高轉速的馬力無法延續下去,轉速拉不上去也無用武之處。凸輪軸性能表現取決於開啟角度及揚程,大角度凸輪軸能增加「吸氣時間」,也能增加「氣門伸程」,讓氣門能「開得久+開得深」,自然讓能活塞吸入更多的空氣、提高容積效率。

而所謂的高角度凸輪軸,都是氣門開啟角度超過280度以上的產品才能稱之,一般市售車所配置的凸輪軸大致在240度上下,屬於角度較小的Cam,道路版的改裝Cam,則大約在250度至270度左右,而凸輪軸角度的計算方法,是指曲軸在720度的過程中,氣門真正開啟的相對角度。

以NA引擎而言,透過高角度凸輪軸的改裝,對於引擎馬力及扭力的提升有很大的影響,也是NA引擎想要獲得馬力明顯增幅的重要來源,。然而一般人認為Turbo車換Hi-Cam,似乎沒有那麼的重要?其實原廠Turbo車在設定Cam的時候,為了儘量減低Lag現象,大致使用小角度且低Lift的Cam,如果單純的增加渦輪Bar數,而沒有更換高角度凸輪軸的話,高轉速的動力延伸性依然不足,所以Turbo車若想要獲得爆炸性的馬力輸出,依然得藉助Hi-Cam的助力,才能使再加速力有明顯的變化,這也是為何很多甩尾車都會換高角度凸輪軸的緣故,目的就是希望能讓引擎高轉速時的動力輸出更上層樓,以獲得更好的低速動力滑胎的效果。

引擎想要擁有一氣呵成的高轉速表現,不能只依賴下半作的精密組裝與重量平衡而已,還需上半座的高角度凸輪軸的改裝搭配才行。
所謂的高角度凸輪軸,都是氣門開啟角度超過280度以上的產品才能稱之,一般市售車所配置的凸輪軸大致在240度上下,屬於角度較小的Cam,道路版的改裝Cam,則大約在250度至270度左右。
可別以為高角度凸輪軸對於渦輪引擎來說,重要性不大,如果想要在中高轉速時,引擎的出力與加速G值不要往下掉的話,只能仰賴高角度凸輪的協助,換上後高轉速的飽滿加速感,是單換渦輪或提高增壓值所無法給予的。

問題八:開放/封閉水道差在哪裡?要怎麼強化呢?

過去常常會有聽到,EVO或是2JZ這種鑄鐵下半座引擎的耐用度很棒,大家試著想看看一下,引擎在運轉時所承受的扭動力道會有多大︖大馬力的鍛造引擎,其排氣溫度更可能會有逼近攝氏千度下,時間一久就算是鑄鐵本體也會發生「變形」的情況下,小幅度就是鎖點稍有間隙,大幅度則是可能連汽缸壁都會產生間隙,因此許多鋁合金開放式水道設計的引擎下,通常在施以一倍以上動力提升的同時,都會有不同的對應方式來施以強化。

這個就是所謂的缸套,一般會用在重度改裝的鋁合金引擎上,主要目的就是強化水道與缸壁間的強度,當然輕度的還有所謂的塞入圓柱及金箍環,也都是常見的強化方式。
可以看到汽缸壁上下及左右都有銜接在本體上,這個就是速霸陸EJ引擎在使用的半封閉水道,是兼顧強度及散熱的做法。

這個問題其實原廠也都知道,像是鯊魚的EJ系列引擎,也從GC時代的全開放(92年有全封閉但後來取消),演變到GD時期的半封閉水道,為了就是確保鋁合金本體的強度,不過當科技的進步,電腦控制愈來愈強,動力的製作也愈來愈狂,很多車主都會選擇送到國外去打缸套,但缸套的製作需要先施以破壞才有辦法植入,兩者不同的材質只能用塞入無法固定,因此缸套與本體上下位移的情況也偶而會聽見,所以才會有現在貴得要命的CNC鍛造中缸,除了強度足夠外,也不會有鑄鐵材散熱交換較差的情況發生。

很明顯的原本來簍空的水道已經被鋁合金全部填滿,這個就是所謂的全封閉水道,一般缸套植入後就會變成這個樣子,但下半部的還是會保留冷卻水的流動。

問題九:薄薄一片效果無限–金屬汽缸床墊片是什麼?

由於燃燒室是一個密閉的空間,而引擎上下座結合時就需要一個偏軟材質的物體介於其中,在上下半座固定時將燃燒室與外界空氣,及冷卻水進行所有的隔絕,薄薄一片卻無法被忽略的小東西就叫「Gasket汽缸床墊片」。

這個小傢伙雖然真的就是薄薄一片,但也是引擎內相當重要的一個環節,如果材質不好無法抵抗燃燒室的高溫,那冷卻水就沖出直接混合到機油,及造成上半座表面在高溫狀態下,因冷卻水蒸發壓力的擠壓而變形,這就是所謂的平面跑掉、引擎沖掉。

引擎的排氣量計算方式,是由活塞缸徑和衝程來決定,因此只要改變缸徑與衝程,就能加大排氣量,這也是強化引擎時可以進行的工程。
其實不僅是石棉材質,金屬材質的墊片在長時間的空燃比異常下也是會導致穿孔,這個是很誇張的照片,有的連肉眼都難以發現的小孔,都會導致冷卻水竄出讓整具引擎毀損。

像是SR20DET引擎的原廠墊片就是所謂的石棉墊片,在提升增壓值的場合下,就可能無法對抗更高的溫度,如果空燃比稍有異常就換造成損壞,所以重度改裝車都會換上純金屬墊片來預防這個問題,當然也有很多原廠墊片就是金屬材質,而這類的車對於墊片的用法又不太相同,通常會利用墊片厚度去改變壓縮比,達到動力設定時需要的最佳壓縮比。

這種黑黑亮亮的就是金屬材質的汽缸床墊片,雖然比較耐用,但除了上述的空燃比問題外,汽缸的平面也是需要經過處理,才有辦法達到完全密合,不然換上去也是「了然」。
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