要拉高轉速主要有兩個課題要克服, 第一是耐用度, 還有降低機械損耗這方面, 第二則是容積率, 引擎要能在高轉速時還能吸的足氣。
就耐用度而言, 首當其衝的是連桿, 連桿的負荷是隨著轉速而成指數增加的, 好比說三千轉時連桿的負荷, 將是一千轉時的九倍。所以連桿的材質, 成型跟品質都很重要, 表面必須光滑(細微的開模線都會造成應力的集中), 斷面(通常有I斷面和H斷面, H的斷面模數較佳), 材質(合金鋼或是更輕且強的鈦合金 - 不過所費不貲), 成型(以鍛造成型的鋼胚進行切割, 或是直接鍛壓成型), post-process(拋光, 基本的熱處理, shotpeen - 拿鋼珠做敲擊來強化表面...等) 這些功夫才能造就強度極高的連桿。p.s. NSX以及眾多的法拉利, 都是採用鈦合金連桿。
接下來需要克服的還有: 主軸承蓋(main bearing cap), 要拉高轉速軸承蓋必須要耐, 所以spoon有所謂的"block girdle", 搭配自家的油底殼, 來強化固定曲軸的這個重要部位。現在新一代的引擎直接把主軸承蓋作成曲軸箱的一部份, 超大一整塊連在一起, 那就不用針對這部分的強度來傷腦筋了, S2000的F20C, Celica GTS上的2ZZ-GE都是。
還有最重要的一點: rod/stroke ratio. 也就是連桿長度除以行程的比例, 這個比例越高越好, 對汽缸壁的側向分力越少, 震動越小。要變更這個數值不容易, 連桿如果要加長, 活塞可能會跑出缸體外, 解決辦法可以焊上(墊高)一塊額外的汽缸床, 來容許更長的連桿, 也可以從縮短行程這方面來想辦法, 不過這樣排氣量跟扭力也會下降, 但行程越短, 是越好拉轉速的。行程同時跟活塞運動速度有密切關係, 活塞速度越快, 機械效率越低, 目前就算是F1拉到將近兩萬轉的引擎, 活塞均速也不超過25m/s。計算方法為: 行程*轉速*2 / 60, 想要拉高轉又要引擎耐用, 很難, 除非活塞速度控制得當, F1以及重型機車的轉速能拉這麼高, 主要也是其引擎的行程短, 活塞均速慢, 而且rod/stroke ratio很高。rod/stroke ratio越高的好處, 除了降低活塞對缸壁的側向力之外, 活塞在上死點的停留時間也越長, 從上死點往下跑時的瞬時速度也慢一些。這樣的好處是: 有更多的時間可以讓混和氣流進來, CAM的重疊角, duration也就可以設定小一點, 餘裕也就越大, 這個比值相當有趣, 討論空間也相當大
再說一些跟下半座的耐用度相關的東西吧! 缸套, 要拉高轉開放式的水道並不好, 雖然很多本田高轉引擎都是開放式的, 但還是封閉式較佳, 比較耐的住缸頭部分的震動, 目前市面上另外壓入的改裝缸套, 支撐性都比完全的開放式好, 開放式的好處是: 缸頭的冷卻較佳。此外就是開模的限制才要作成開放式水道。而缸套的材質, 高檔引擎會有特殊鍍膜(一般我們所說的陶瓷汽缸), 通常稱作nikasil, 每台法拉利都有, 豐田的2ZZ-GE也有, 這是它的一大賣點, 而S2000以及NSX, 其缸套用上特殊的材質 - FRM(fiber reinforecement material), 基本上是鋁的氧化物跟碳纖維的混合物, 這些都是降低摩擦阻力以及增加散熱速度的撇步。
還有哪些可以減少摩擦阻力, 降低機械損耗的方法呢? 活塞裙部可以鍍膜, 本田的紅頭引擎每顆都有; 波司(引擎內的大小軸承)用料也要更高檔; 汽缸頭內, 搖臂可以拋光, 或者換成滾珠式的搖臂; 凸輪軸等也可以拋到雪亮; 曲軸的精度要夠, 萬轉動態平衡, 這不用多說, bob weight(活塞+連桿+小波斯的重量)要輕, 上下往復的慣量減低對引擎的負荷才少; 大概就是這些tricks。
接下來就容積率方面來討論: 一顆引擎只有下半座強壯, 夠你拉高轉的本錢, 但是汽缸頭吸不足氣, 馬力出不來那也是一點用都沒有...
所以汽缸頭要流量夠大, 拋光和挖大進氣道的同時, 要拿flowbench做各缸的流量平衡, 在做這項工作之前, 要根據選用的CAM的大小以及排氣量, 最高轉速等推算出要修改出多大流量的汽缸頭。這沒有flowbench是做不來的, 聽說台灣改裝廠還沒有一家有這玩意, 建議是別拿去給人亂拋光的好, 改裝很多時候光有經驗是不夠的, 沒有精密儀器或設備(好比說沒有空燃比機調電腦憑感覺)絕對稱不上"改裝"...
CAM角度要大, 那當然不用說了, 揚程也要大, 還有一點要注意的: Ramp slope. 凸輪軸的"圓胖"幅度, 兩條角度/揚程一樣的CAM, 卻會因為圓胖的程度不同, 而進排氣量有所差別, 所以為什麼可能兩家不同廠的CAM數據一樣但馬力不同, 就是差在Ramp slope. 此外, 上萬轉時的凸輪轉動慣量或許也成為一個問題, 雖然凸輪軸只在曲軸的二分之一速度運作, 但TODA還是出了中空的凸輪軸, 並把VTEC凸輪給移除掉, 只留下兩個超大角度/揚程的凸輪(需配合自家的滾珠搖臂)。汽門/汽門帽要輕, 汽門彈簧才容易控制汽門開閉, 而汽門彈簧要夠硬, 才能確保高轉速時不會valve floate, 就是活塞敲汽門的慘事發生。鈦合金汽門帽蓋(valve retainer)現在已經很普遍了, 鈦合金汽門/彈簧就貴了, 但還是有生產的廠商, 不至於找不到。總之這部分head就是關鍵, 我一直認為, 引擎的下半座基本上跟馬力無關, 改的是耐用度, 而汽缸頭這部分才是馬力的來源。其他還有如汽門倒角, 燃燒室形狀(四葉草型為最佳), 活塞頂設計(其實活塞頂是越平越好; 增加壓縮比最好的方法是重焊燃燒室, 做出quench area, 並跟活塞頂配合, 凸頂除了增加壓縮比, 本身形狀並不利吸氣; 當然這也要看怎麼凸啦)... 等等等。這邊講也講不完的。
出了汽缸頭, 引擎的進氣歧管也很重要, 必須切開來跟汽缸頭一起做port match, 平衡流量, 最後再焊起來, 如果不拿歧管, 用多喉直噴相信也不錯, 但這裡要說明的是, 多喉直噴並不會讓馬力提昇, 其所改善的主要是油門反應, 因為踩油門時其開度改變量較大且直接, 不會有讓氣流在歧管內共振(resonance)的機會。雖然多喉在全油門時總流量可以比單節氣門開度來的大, 但並不代表馬力表現一定比較好, 為何? 拿出例子來實證: 目前北美跑零四的NA四缸組, 已經突破十秒的境界了, 前年打破十秒紀錄的Erick's一台五代雙門喜美(B18C擴到2.2L, 紅線一萬兩千轉)跟去年的Skunk2 RSX(K20A, 改裝不明, 但知道是拿自家的歧管再去做流量平衡)還是拿歧管而沒拿四喉就懂了。
最後, 引擎本身要精密平衡, 所謂平衡, 是指各缸的活塞環間隙差異控制在一兩條內, 各缸之間大小軸承的間隙也是, 燃燒室容積也是, 還有之前提到的汽缸頭流量也是。引擎組裝時的嚴謹跟精細施工, 非常的重要...
在此提供幾個網頁, 個人認為相當有參考價值;
http://www.theoldone.com/articles/badtothebone/ <- endyn的引擎精密組裝教學
http://cvclub.com/showthread.php ... &threadid=17448 <-北美一位引擎大師(mike kojima)寫的
http://cvclub.com/showthread.php ... 50&pagenumber=2
<-對spoon等引擎加工技術有深入剖析
就耐用度而言, 首當其衝的是連桿, 連桿的負荷是隨著轉速而成指數增加的, 好比說三千轉時連桿的負荷, 將是一千轉時的九倍。所以連桿的材質, 成型跟品質都很重要, 表面必須光滑(細微的開模線都會造成應力的集中), 斷面(通常有I斷面和H斷面, H的斷面模數較佳), 材質(合金鋼或是更輕且強的鈦合金 - 不過所費不貲), 成型(以鍛造成型的鋼胚進行切割, 或是直接鍛壓成型), post-process(拋光, 基本的熱處理, shotpeen - 拿鋼珠做敲擊來強化表面...等) 這些功夫才能造就強度極高的連桿。p.s. NSX以及眾多的法拉利, 都是採用鈦合金連桿。
接下來需要克服的還有: 主軸承蓋(main bearing cap), 要拉高轉速軸承蓋必須要耐, 所以spoon有所謂的"block girdle", 搭配自家的油底殼, 來強化固定曲軸的這個重要部位。現在新一代的引擎直接把主軸承蓋作成曲軸箱的一部份, 超大一整塊連在一起, 那就不用針對這部分的強度來傷腦筋了, S2000的F20C, Celica GTS上的2ZZ-GE都是。
還有最重要的一點: rod/stroke ratio. 也就是連桿長度除以行程的比例, 這個比例越高越好, 對汽缸壁的側向分力越少, 震動越小。要變更這個數值不容易, 連桿如果要加長, 活塞可能會跑出缸體外, 解決辦法可以焊上(墊高)一塊額外的汽缸床, 來容許更長的連桿, 也可以從縮短行程這方面來想辦法, 不過這樣排氣量跟扭力也會下降, 但行程越短, 是越好拉轉速的。行程同時跟活塞運動速度有密切關係, 活塞速度越快, 機械效率越低, 目前就算是F1拉到將近兩萬轉的引擎, 活塞均速也不超過25m/s。計算方法為: 行程*轉速*2 / 60, 想要拉高轉又要引擎耐用, 很難, 除非活塞速度控制得當, F1以及重型機車的轉速能拉這麼高, 主要也是其引擎的行程短, 活塞均速慢, 而且rod/stroke ratio很高。rod/stroke ratio越高的好處, 除了降低活塞對缸壁的側向力之外, 活塞在上死點的停留時間也越長, 從上死點往下跑時的瞬時速度也慢一些。這樣的好處是: 有更多的時間可以讓混和氣流進來, CAM的重疊角, duration也就可以設定小一點, 餘裕也就越大, 這個比值相當有趣, 討論空間也相當大
再說一些跟下半座的耐用度相關的東西吧! 缸套, 要拉高轉開放式的水道並不好, 雖然很多本田高轉引擎都是開放式的, 但還是封閉式較佳, 比較耐的住缸頭部分的震動, 目前市面上另外壓入的改裝缸套, 支撐性都比完全的開放式好, 開放式的好處是: 缸頭的冷卻較佳。此外就是開模的限制才要作成開放式水道。而缸套的材質, 高檔引擎會有特殊鍍膜(一般我們所說的陶瓷汽缸), 通常稱作nikasil, 每台法拉利都有, 豐田的2ZZ-GE也有, 這是它的一大賣點, 而S2000以及NSX, 其缸套用上特殊的材質 - FRM(fiber reinforecement material), 基本上是鋁的氧化物跟碳纖維的混合物, 這些都是降低摩擦阻力以及增加散熱速度的撇步。
還有哪些可以減少摩擦阻力, 降低機械損耗的方法呢? 活塞裙部可以鍍膜, 本田的紅頭引擎每顆都有; 波司(引擎內的大小軸承)用料也要更高檔; 汽缸頭內, 搖臂可以拋光, 或者換成滾珠式的搖臂; 凸輪軸等也可以拋到雪亮; 曲軸的精度要夠, 萬轉動態平衡, 這不用多說, bob weight(活塞+連桿+小波斯的重量)要輕, 上下往復的慣量減低對引擎的負荷才少; 大概就是這些tricks。
接下來就容積率方面來討論: 一顆引擎只有下半座強壯, 夠你拉高轉的本錢, 但是汽缸頭吸不足氣, 馬力出不來那也是一點用都沒有...
所以汽缸頭要流量夠大, 拋光和挖大進氣道的同時, 要拿flowbench做各缸的流量平衡, 在做這項工作之前, 要根據選用的CAM的大小以及排氣量, 最高轉速等推算出要修改出多大流量的汽缸頭。這沒有flowbench是做不來的, 聽說台灣改裝廠還沒有一家有這玩意, 建議是別拿去給人亂拋光的好, 改裝很多時候光有經驗是不夠的, 沒有精密儀器或設備(好比說沒有空燃比機調電腦憑感覺)絕對稱不上"改裝"...
CAM角度要大, 那當然不用說了, 揚程也要大, 還有一點要注意的: Ramp slope. 凸輪軸的"圓胖"幅度, 兩條角度/揚程一樣的CAM, 卻會因為圓胖的程度不同, 而進排氣量有所差別, 所以為什麼可能兩家不同廠的CAM數據一樣但馬力不同, 就是差在Ramp slope. 此外, 上萬轉時的凸輪轉動慣量或許也成為一個問題, 雖然凸輪軸只在曲軸的二分之一速度運作, 但TODA還是出了中空的凸輪軸, 並把VTEC凸輪給移除掉, 只留下兩個超大角度/揚程的凸輪(需配合自家的滾珠搖臂)。汽門/汽門帽要輕, 汽門彈簧才容易控制汽門開閉, 而汽門彈簧要夠硬, 才能確保高轉速時不會valve floate, 就是活塞敲汽門的慘事發生。鈦合金汽門帽蓋(valve retainer)現在已經很普遍了, 鈦合金汽門/彈簧就貴了, 但還是有生產的廠商, 不至於找不到。總之這部分head就是關鍵, 我一直認為, 引擎的下半座基本上跟馬力無關, 改的是耐用度, 而汽缸頭這部分才是馬力的來源。其他還有如汽門倒角, 燃燒室形狀(四葉草型為最佳), 活塞頂設計(其實活塞頂是越平越好; 增加壓縮比最好的方法是重焊燃燒室, 做出quench area, 並跟活塞頂配合, 凸頂除了增加壓縮比, 本身形狀並不利吸氣; 當然這也要看怎麼凸啦)... 等等等。這邊講也講不完的。
出了汽缸頭, 引擎的進氣歧管也很重要, 必須切開來跟汽缸頭一起做port match, 平衡流量, 最後再焊起來, 如果不拿歧管, 用多喉直噴相信也不錯, 但這裡要說明的是, 多喉直噴並不會讓馬力提昇, 其所改善的主要是油門反應, 因為踩油門時其開度改變量較大且直接, 不會有讓氣流在歧管內共振(resonance)的機會。雖然多喉在全油門時總流量可以比單節氣門開度來的大, 但並不代表馬力表現一定比較好, 為何? 拿出例子來實證: 目前北美跑零四的NA四缸組, 已經突破十秒的境界了, 前年打破十秒紀錄的Erick's一台五代雙門喜美(B18C擴到2.2L, 紅線一萬兩千轉)跟去年的Skunk2 RSX(K20A, 改裝不明, 但知道是拿自家的歧管再去做流量平衡)還是拿歧管而沒拿四喉就懂了。
最後, 引擎本身要精密平衡, 所謂平衡, 是指各缸的活塞環間隙差異控制在一兩條內, 各缸之間大小軸承的間隙也是, 燃燒室容積也是, 還有之前提到的汽缸頭流量也是。引擎組裝時的嚴謹跟精細施工, 非常的重要...
在此提供幾個網頁, 個人認為相當有參考價值;
http://www.theoldone.com/articles/badtothebone/ <- endyn的引擎精密組裝教學
http://cvclub.com/showthread.php ... &threadid=17448 <-北美一位引擎大師(mike kojima)寫的
http://cvclub.com/showthread.php ... 50&pagenumber=2
<-對spoon等引擎加工技術有深入剖析
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