引擎部品採購要領,打好底子才能長久


下半座強化是基本

鍛造部品並非神話

要真正延長引擎壽命,並提升引擎極限,就須仰賴引擎下半座的強化,包含:活塞、連桿、曲軸到引擎本體等,全都涵蓋在此範圍內,如果上半座的改造是在練武功招式的話,那下半座的強化就是在練內功,有深厚的內功底子,才能發揮所有武功招式的真正力量,否則很容易走火入魔。

改裝活塞的要求是在於輕量化和強度,這方面以鍛造製品的特性最為符合,右為鍛造活塞、左為原廠活塞,圖中可以清楚看出鍛造活塞在固定活塞銷的底座面積較原廠大上許多。

一具引擎把它拆開可簡單區分為上半座汽缸頭,和下半座引擎本體兩大部分,上半座氣缸頭內強化住目的,主要在於追求更強大的動力輸出,而下半座的改裝目的則在於追求更高的引擎壓榨極限,與更高轉速的斷油點。說到引擎下半座的改裝,最重要的零件莫過於活塞,它是不斷被往復壓縮並承受高爆炸力的零件,除了要具備足夠強度、良好導熱性、低膨脹率等特點以外,它的重量也是愈輕愈好,如此才可減少連桿、曲軸的負擔,甚至是和缸壁間的磨擦耗損,使引擎運轉輕快而提高反應與輸出,這當中自然是以「鍛造活塞」最符合這些要求,這也是為何許多重度改裝車都採用鍛造活塞的原因。

而在更換鍛造活塞的當下,也能透過活塞頂部的凹凸形狀與設計,適度調整引擎內部壓縮比,愈凸壓縮比會愈高、平或凹面則較低,前者可適用於自然進氣引擎,可藉此提高壓縮比,使引擎出力更強勁,至於低壓縮比的活塞,則特別適合應用於準備打高增壓值的渦輪引擎上,相較於原廠活塞設計,更換凹頂鍛造活塞的引擎,能承受的增壓值往往可提高0.7~1.0Bar以上的幅度,使引擎出力大大提高,但缺點則是低轉速時的扭力流失情況會頗為明顯,意即渦輪遲滯的情況會更嚴重,是改裝時不得不好好思考的因素。

鍛造活塞頂部的環岸厚度比原廠活塞更厚,目的在提高活塞頂部搖晃震動時的抵抗強度,尤其在高增壓引擎特別重要,而多數房車活塞環都有三道,上面兩道是防止竄氣得氣環,最下面一道是控制汽缸與活塞間機油量的油環。

活塞之下接續的連桿,作用是讓曲軸、活塞能夠連動,它的大致要求和前者一樣,質輕且強韌的鍛造品也是最佳選擇。需要承接下推和扭曲力的連桿,在高轉高壓縮狀態亦有中間最細處彎折、斷裂的危險性,因此大改車很多會更換加粗的「H斷面連桿」(原廠連桿多為I斷面)。進行連桿的強化還有一種方式,即是將其上的顆粒和銳角處打磨光滑以降低金屬疲勞,研磨時最好順便把每只的重量誤差抑制在1克以內(以重量最輕的當基準),這樣也會有較佳的配重,或許有人會發問,下半座機件的改裝有沒有順序?答案是要從活塞依序往下,畢竟活塞身處於整個慣性機構之首,由此著手效果最大且不至於影響到總體平衡性。

右邊為鍛造H型連桿、左邊為原廠I型連桿,不論是直徑或斷面強度,都是以H型連桿較佳,抵抗直下的力量非常不錯,且H斷連桿的旁邊還會再做凹槽,藉此以減少重量和增加機油的運送。

曲軸平衡性為重點

加長行程由此下手

下半座最後一個零件也是將爆炸動能轉換成扭矩的「曲軸」,要求的重點主要是平衡性和強度,一般都是拿原車的製品下去加工較多,由於現今汽車的馬力愈來愈大,原廠曲軸已鮮少見到舊式的半平衡型(一邊軸葉面積只達一半),取而代之的是各組軸葉對稱的全平衡式樣,如此對於再平衡的工作非常有利,唯一缺點便是重量較高。改造曲軸時的步驟,大約是先做鏡面處理來分散應力,然後再將軸葉刃端稍微磨得尖利些,以取得破油降低阻力、輕量化和減低軸頸負擔的功效,最後就是上動態平衡機進行精密配重(最好連同飛輪一起),這亦是高轉速的一切基礎;如果是應付動力大幅提昇的引擎,那麼還需把整支成品送去表面硬化處理,才可以全然提高堅韌的程度。

至於曲軸的改造幅度上,街車並不能像賽車一樣,把軸葉部削得既薄且尖銳,雖然此法最能突破機油的阻力,以及可達成徹底輕量化,但這樣還有軸葉剛性不足、甩油量較少易傷到活塞裙的問題(注意賽車曲軸為鍛造品且配置乾式油底殼),此外我們的活塞、連桿也無法做到那麼輕,想想看要是引擎內部機件的下方比例輕過上方,無法有效吸收穩定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。

右邊是鍛造連桿使用的固定螺絲,可以明顯發現出了長度比較短以外,直徑也比左邊的原廠連桿螺絲還要粗,該螺絲為ARP鍛造鋼材,可有效提高螺絲強度,大幅減少引擎重負荷時,連桿被拉開的問題發生。

最後,若是以延後轉速的方式來提昇馬力時,還有一個要務是在於連桿大端內和曲軸相連的「小波司」,以及固定曲軸頸部於曲軸箱上的「大波司」強化。負責的軸承任務的大、小波司,在此不但要有應付高溫高壓的耐久性,本身也需具備能減少磨擦損失的能力,這兩者基本上乃是相輔相成的,因為減低磨擦力就會降低溫度,像本田性能化的B18C-R、B16B引擎,配置的波司寬度亦比一般的雙凸VTEC窄,而日本Power Enterprise社所發展的F1 Black Metal,更是藉由表面覆蓋鋸齒錐狀物,使波司表面可容納更多機油外,更能減少磨擦面積來達到性能訴求,這些都是實際的例子。

現今多數新世代引擎的原廠連桿在製造時,都會先整支製作完成後,再採用冷凍切斷法來分離上下端,特徵為結合面為不平整表面,用意在提高上下端的密合度,進而提高該處的強度。

鍛造活塞與連桿可提高引擎承受高溫與高壓環境下的能力,尤其是想要作高增壓設定的引擎,更是需要先強化引擎腹內零件,才能避免發生像圖中一樣活塞環岸熔塌,甚至是連桿斷裂、穿破引擎的問題。

重視性能的大、小波司組,不外乎要具備降低磨擦、工作溫度的能力,像圖中的日本Power製F1 Black Metal,除了是採三層合金的組合以外,表面更加上了鋸齒錐狀的覆蓋層。

曲軸負有上下動能轉為旋轉動能的大任,不只須承受直向的擠壓力,還需兼顧旋轉時的動態平衡,想要突破原廠所設定的轉速限制,曲軸強化是不可缺少的項目。

透過植入缸套的方式來強化引擎下半座,不只可拉長缸徑加大排氣量外,汽缸的整體強度也會好上許多,是最終極的下半座強化術,且原本的開放式水道,也可一併強化為封閉式水道。

所有的引擎本體改裝手續,都須仰賴精密的組裝與事後的供油程式調校,才能發揮全部效果,就像講究的店家在組裝波司前都會先壓「米粉條」,測量曲軸與波司間隙,確認沒問題後才組裝。

攻殼機動隊