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耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术

发布时间:2020-07-31  浏览量:332  点赞:755

    文、图/童国辅

    协力/AST亚仕德车业、广名涡轮、国亿车坊

    在自然进气引擎改装过程中,引擎上半座的改造虽然能立即突显马力上的增幅,但要真正延长引擎寿命,并提升引擎极限,就须仰赖引擎下半座的强化,包含:活塞、连桿、曲轴到引擎本体等,全都涵盖在此範围内,如果上半座的改造是在练武功招式的话,那下半座的强化就是在练内功,有深厚的内功底子,才能发挥所有武功招式的真正力量,否则很容易走火入魔的,也就是所谓的「爆引擎」!

    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术 

    下半座改装首步

    锻造活塞品使用

    一具引擎把它拆开可简单区分为上半座汽缸头,和下半座引擎本体两大部分,前者涵盖了吸排气与燃烧的效率,而后者则攸关于实际容积、强度、平衡性甚至是输出反应。要想使引擎可产生更大的动力,大原则便是必须吸入更多的空气,加上正确的喷油量,在空气压缩比提高,燃爆力量增强的情况下,引擎出力自然增加,这部分主要是从上半座气缸头内的凸轮轴来着手起,尤其是自然进气引擎在没有增压器的助阵,更是着重在上半座的强化,至于下半座的改装目的呢?在于追求更高的引擎压榨极限,与更高转速的断油点。

    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术改装活塞的要求是在于轻量化和强度,这方面以锻造製品的特性最为符合,右为锻造活塞、左为原厂活塞,图中可以清楚看出锻造活塞在固定活塞销的底座面积较原厂大上许多。

    说到引擎下半座的改装,大家第一个可能联想到的是加大排气量,其实这个地方触及的东西很广,就好比此处的构成组件大致有活塞、连桿、曲轴、波司、缸体五项,每一项零件都是环环相扣,所以并不如大家想像中的单纯。首先不断被往复压缩并承受高爆炸力的活塞,除了要具备足够强度、良好导热性、低膨胀率等特点以外,它的重量也是愈轻愈好,如此才可减少连桿、曲轴的负担,甚至是和缸壁间的磨擦耗损,使引擎运转轻快而提高反应与输出,这当中自然是以锻造钢材製品最符合这些要求。

    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术活塞的顶部形状直接影响到压缩比,这颗活塞都是EJ25涡轮引擎专用,因此顶部呈现凹状,而下端的裙部长短、厚度则和行程、出力大小有关,右边锻造活塞黑色刻字部分其实比较内缩,用意即在减少不必要的磨擦。

    按活塞的构造来看,其顶部形状也直接关乎到压缩比的大小,愈凸压缩比会愈高、平或凹面则较低,自然这还得避开气门和凸轮伸程的作动量,在上死点时不能相抵触到,事实上当进行压缩比增减的设定时,正确应该是更换对应的活塞才是,而非更换气缸床垫片或挖大燃烧室。另外,值得大家注意的一点是,改装用的锻造活塞多会在刮油环的凹槽钻上较多较大的小孔,来加强内循环获得更高的冷却和润滑性能,而且活塞最脆弱的侧边,其能耐住25m/s以上的移动速度(铸造品至多19m/s),所以高转速的引擎绝对要用到锻造活塞。

    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术这颗EJ25原厂活塞在供油点火程式没有调校好的情况下,导致活塞环岸已破损,重踩油门就喷蓝烟,且引擎缸压也不足,车开起来会变得没力且怪怪的,至于活塞裙则是因为活塞环无法发挥支撑侧推力的情况下,磨擦到缸壁而变色受损。

    此外,活塞在缸内运动真正和缸壁接触到气密、刮油的部分则是活塞环,一般人会认为活塞的支撑点是活塞裙,而磨擦的部分也是在裙脚的部分,其实不然,多数店家在整理引擎时,发现活塞在缸内左右晃动时,有时并非是汽缸或活塞磨损,大部分是活塞环的磨损,久了活塞环支撑力不足,活塞裙才会左右摇摆而出现刮痕,因此活塞环的厚薄就成为马力能否耐久的依据,薄的活塞环能有效减少摩擦、密合度高及轻量化的优点,对自然进气高转引擎有绝对性的贡献,但热传导不良的缺憾下,使活塞冷却能大打折扣,故一般房车及Turbo重负荷引擎大都不会採用薄活塞环,而是厚度正常或偏厚的规格。

    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术锻造活塞顶部的环岸厚度比原厂活塞更厚,目的在提高活塞顶部摇晃震动时的抵抗强度,尤其在高增压引擎特别重要,而多数房车活塞环都有三道,上面两道是防止窜气的气环,最下面一道是控制汽缸与活塞间机油量的油环。

    连桿重最细断面

    波司需减少磨擦

    活塞之下接续的连桿,作用是让曲轴、活塞能够连动,它的大致要求和前者一样,质轻且强韧的锻造品也是最佳选择。需要承接下推和扭曲力的连桿,在高转高压缩状态亦有中间最细处弯折、断裂的危险性,因此大改车很多会更换加粗的H断面连桿(原厂连桿多为I断面)。通常高性能的连桿同时会用到全浮式活塞销,其特性是活塞、插销、连桿小端三者间都有自由间隙(两侧需加装C形卡环防止活塞飞出),用手即可轻鬆组装,这比起原厂件常用到採强力压入的一体型半浮式活塞销,在减低磨擦的表现上要高出许多,转速上升的顺畅度与极限当然会有所进步。

    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术右边为锻造H型连桿、左边为原厂I型连桿,不论是直径或断面强度,都是以H型连桿较佳,抵抗直下的力量非常不错,且H断连桿的旁边还会再做凹槽,藉此以减少重量和增加机油的运送。

    进行连桿的强化还有一种方式,即是将其上的颗粒和锐角处打磨光滑以降低金属疲劳,研磨时最好顺便把每只的重量误差抑制在1克以内(以重量最轻的当基準),这样也会有较佳的配重,其实活塞的改装亦应该秉持这个原则,但作业时务必要加入插销并于内侧施行。这里或许有人会发问,下半座机件的改装有没有顺序?答案是要从活塞依序往下,毕竟活塞身处于整个惯性机构之首,由此着手效果最大且不至于影响到总体平衡性。

    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术图上为锻造H型连桿、下为原厂I型连桿。

    若是以延后转速的方式来提昇马力时,还有一个要务是在于连桿大端内和曲轴相连的「小波司」,以及固定曲轴颈部于曲轴箱上的「大波司」强化。负责的轴承任务的大、小波司,在此不但要有应付高温高压的耐久性,本身也需具备能减少磨擦损失的能力,这两者基本上乃是相辅相成的,因为减低磨擦力就会降低温度,像本田性能化的B18C-R、B16B引擎,配置的波司宽度亦比一般的双凸VTEC窄,而日本Power Enterprise社所发展的F1 Black Metal,更是藉由表面覆盖锯齿锥状物,使波司表面可容纳更多机油外,更能减少磨擦面积来达到性能诉求,这些都是实际的例子。

    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术右边是锻造连桿使用的固定螺丝,可以明显发现出了长度比较短以外,直径也比左边的原厂连桿螺丝还要粗,该螺丝为ARP锻造钢材,可有效提高螺丝强度,大幅减少引擎重负荷时,连桿被拉开的问题发生。

    曲轴平衡性为重点

    加长行程由此下手

    下半座最后一个零件也是将爆炸动能转换成扭矩的曲轴,要求的重点主要是平衡性和强度,一般都是拿原车的製品下去加工较多,由于现今汽车的马力愈来愈大,原厂曲轴已鲜少见到旧式的半平衡型(一边轴叶面积只达一半),取而代之的是各组轴叶对称的全平衡式样,如此对于再平衡的工作非常有利,唯一缺点便是重量较高。改造曲轴时的步骤,大约是先做镜面处理来分散应力,然后再将轴叶刃端稍微磨得尖利些,以取得破油降低阻力、轻量化和减低轴颈负担的功效,最后就是上动态平衡机进行精密配重(最好连同飞轮一起),这亦是高转速的一切基础;如果是应付动力大幅提昇的引擎,那幺还需把整支成品送去表面硬化处理,才可以全然提高坚韧的程度。

    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术现今多数新世代引擎的原厂连桿在製造时,都会先整支製作完成后,再採用冷冻切断法来分离上下端,特徵为结合面为不平整表面,用意在提高上下端的密合度,进而提高该处的强度。

    至于曲轴的改造幅度上,街车并不能像赛车一样,把轴叶部削得既薄且尖锐,虽然此法最能突破机油的阻力,以及可达成彻底轻量化,但这样还有轴叶刚性不足、甩油量较少易伤到活塞裙的问题(注意赛车曲轴为锻造品且配置乾式油底壳),此外我们的活塞、连桿也无法做到那幺轻,想想看要是引擎内部机件的下方比例轻过上方,无法有效吸收稳定引擎内部运转时的震动,在活塞上下摆动瞬间,便有可能会让活塞发生剧烈晃动而发生损坏。

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    进行引擎下半座的改造,除了能提高引擎强度外,若想要一併提高动力输出,可以从提高排气量着手起,然而排气量的大小乃是由活塞的缸径和冲程来决定,其中加长行程一项就是取决于曲轴,因此许多国外加大排气量的锻造腹内套件中,都会包含可加长行程的锻造曲轴,这是相当极限的改法,可一举提高引擎动力基本水平,相对费用也比单更换锻造活塞与连桿来得贵上许多。

    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术锻造活塞与连桿可提高引擎承受高温与高压环境下的能力,尤其是想要作高增压设定的引擎,更是需要先强化引擎腹内零件,才能避免发生像图中一样活塞环岸熔塌,甚至是连桿断裂、穿破引擎的问题。

    加大缸径留意间隙

    各缸距离关係强度

    加长曲轴行程即等于增加了活塞往复移动的距离,因此还必须要改变到活塞、连桿的长度,以避免发生凸出汽缸本体的问题,这方面常见的有缩短连桿距离(小端至大端中心点)、降低活塞高度等手法,但正统还是要降低活塞位置(例:曲轴增加2.0mm,活塞销中心应上移1.5mm,如此活塞就只超过平面0.5mm为正常範围),单纯缩减连桿的缺点是易使活塞销偏心,同时活塞裙的侧推力亦会增大。

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    引擎能够加长行程的限度,是受制于缸体的高度和活塞移动速度两项,在相同转速下长行程的活塞移动速度会比短行程快,此刻活塞的强度若不足以应付,当超过界限引发油膜破裂就会「爆引擎」了,所以以「拉行程」的方法来增加排气量,最好是适度就好。

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    增加排气量的另外一个作法-「加大缸径」部分,目前由于多数车用引擎的本体较小,相对原厂缸套亦变的较薄,可扩增的缸径限度是越来越小,能增加个1至2mm已属很大的範围,而加大缸径最好能与加长行程同时进行,如此才能取得活塞运转时的协调性,而且较大的活塞面在压缩时也能增进瞬间爆发力,所以连那0.5mm都是要争取的。

    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术即使是EVO所搭载、号称最强直四引擎的的4G63,想要从原厂的280hp提高到400hp以上的马力输出,也是需先强化引擎下半座,透过锻造零件的辅助,才能承受1.5bar以上的增压值,以达到预设的最大马力。

    想要加大缸径就需施行搪缸工作,其着重要点,第一个就是测量出正确的活塞直径,一般是量最宽的地方约为裙部上方一点点,再来则是设定适当的汽缸间隙,这便要视活塞的材质和设计而定,像密度高、膨胀係数高的锻造製品,其间隙就必须比铸造活塞大一些(铸造0.02~0.03mm/锻造0.05~0.07mm),通常按规定的最小範围实施最为保险。

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    当确定好扩大缸径的数据之后(活塞径+间隙),正规的搪缸是要在缸体顶端锁上和汽缸头高度相同的铝块和垫片进行(假汽缸头),来达到模拟实际环境的加工要求,现在专业级的都是使用高精度的电脑搪床施工,以确保真圆度并将误差範围减少到2μ(0.002mm)以下。

    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术重视性能的大、小波司组,不外乎要具备降低磨擦、工作温度的能力,像图中的日本Power製F1 Black Metal,除了是採三层合金的组合以外,表面更加上了锯齿锥状的覆盖层。

    容积加大升压缩比

    本体补强不可忘却

    在加大汽缸容积的改法中,另一种方式是流用原厂同系列大排气量引擎的下半座,好比K20+K24的双拼组合,这种方法要克服的就是下大上小搭配,所形成稜形顶燃烧室的过高压缩问题(气缸床垫片需使用大的一方),事实上增大排气量本来就会连带提高压缩比,这从公式(燃烧室容积+垫片厚度之容积+活塞顶凹部容积+排气量-活塞顶凸部容积)÷燃烧室容积便可以验证。前面讲过增减压缩比应由活塞下手,有的时候也可以研磨其顶部和燃烧室,最后再以垫片厚度做最终结果的调整,而採切薄汽缸头平面来增加压缩比,笔者看来是比较消极的作法,且如果是採用正时链条的引擎,是无法这样做的。

    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术曲轴轴叶上的钻孔是用于配重,而轴颈部的凹穴是保存机油来润滑波司,此零件的平衡性可说是高转速的一切基础(图为E92 M3原厂曲轴)。

    最后,下半座的强化还包括本体的部分,此处的补强是在水道塞入整片「铝环氩焊」,或是于各缸支点逼入「铝条」,藉由封闭式的顶部来防止高转高压缩的震动,而连接汽缸头与缸体的螺丝,亦有必要更换特殊的加强材质,这些都是提高马力前的基础。

    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术曲轴肩负起上下动能转为旋转动能的大任,不只须承受直向的挤压力,还需兼顾旋转时的动态平衡,想要突破原厂所设定的转速限制,曲轴强化是不可缺少的项目。

    引擎腰下的增大排气量改装,最明显的是反应在扭力提昇上,接着才是累积后所产出的最大马力,不过所有的引擎本体改装手续,都须仰赖精密的组装与事后的供油程式调校,才能发挥全部效果,这也是为何高明的引擎组装技师,始终在于少数的缘故。

    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术行程的加长是取决于曲轴主轴颈至连桿大端的距离,此处增长之后相对也要缩短连桿的长度,或者是上移活塞销的位置降低高度,其中后者亦属于最正统的方式。

    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术透过植入缸套的方式来强化引擎下半座,不只可拉长缸径加大排气量外,汽缸的整体强度也会好上许多,是最终极的下半座强化术,且原本的开放式水道,也可一併强化为封闭式水道。

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    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术透过引擎腰下锻造零件的更换,除了可强化压榨极限外,排气量也可一併提高,像GT-R R35所搭载的VR38DETT引擎,其排气量就可从原本的3.8L提高到4.2L,使引擎动力基本水平进一步提高。

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    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术研磨燃烧室下手或增加Gasket汽缸床垫片的厚度,也是增加排气量的方法,弹相对会使压缩比降低,且提高的幅度不大,耐用度也欠缺持久性,是比较经济的做法。

    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术所有的引擎本体改装手续,都须仰赖精密的组装与事后的供油程式调校,才能发挥全部效果,就像讲究的店家在组装波司前都会先压「米粉条」,测量曲轴与波司间隙,确认没问题后才组装。

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    耐用稳定至上 引擎下半座蹲马步强化术在激烈赛事中想要脱颖而出,仰赖的是引擎的强大动力与持久性,这些都来自于引擎本体的强化,蹲好马步、才能练成神功。