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掌握空氣 決戰高轉速 汽缸頭強化術

2008.03.05  作者:車訊網  

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這回我們所要討論的是俗稱「上半截」的「汽缸頭」,許多引擎本體經過擴缸與強化手術後,輸出表現未能發揮如預期的效率,尤其是自然進氣引擎,可能影響的因素除了電腦調校以及設定搭配外,極有可能是因汽缸頭部分的工作效率無法應付本體強化後的吞吐量!要讓馬兒好一定要給馬兒相對等的糧食,對引擎來說,汽缸頭強化就佔了極為重要的角色…

協力‧仟達車業(07)374-9425、高雄左頓(07)372-3028



進氣流速決定效率
「順」是動力的根本 

以改裝來說,為了壓榨出更佳的輸出表現,引擎本體必須經過適當的的強化,不論是擴缸、合體、換裝腹內組件、乃至組裝方式…等等,早已討論多時,不管是變更壓縮比還是強度提昇,為的都是壓榨出更大的動力!有了堅強的本體,負責控制引擎「食物供給」與「廢棄物排放」的罩門—汽缸頭,則會影響進氣與排氣的順暢與否!

進排氣拋光所需使用的耗材與工具相當多,且需經過多道繁複的手續。

假設一個身體健壯的運動員,若將其口鼻封住限制呼吸系統功能,就算彈性再好、速度再快,也無法在田徑場上擁有好的表現,甚至隨時會有休克、受傷之虞!同樣的道理,汽缸就像是人體的肺部,靠著燃燒爆炸所產生負壓,將新鮮的混合氣「吸入」汽缸,經過壓縮、點火爆炸推動活塞,藉由各缸活塞不同步動作轉動曲軸,讓爆炸後活塞上移再將燃燒後廢氣「擠」出汽缸,如此不斷循環維持引擎正常運作,而汽缸頭與其內部的進、排氣道,就如同人體呼吸道般,負責導入新鮮空氣與排放燃燒後的廢氣。

進行進排氣拋光前,必須先將汽缸頭完全分解,包括凸輪軸、油壓頂桿、氣門彈簧、進排氣門等,皆須全數拆除,並將進排氣到內部稍事清洗,將汽缸頭殘留的機油、積碳等清除。

從這張E92 M3的原廠汽缸頭「上半座」照片可即可出,M Power引擎可說是極少數原廠市售即做過進/排氣道與氣門座拋光、燃燒室加工等賽車引擎製作水準的極致工藝。

當引擎本體經過改造後,就如同人體的肺活量提昇或呼吸系統強化,這時如果進排氣道不夠通暢,就好比感冒鼻塞的運動員,引擎應有的效率當然無法發揮,而汽缸頭的強化為的就是破除「鼻塞」這個罩門!

汽缸頭材質多為鋁合金砂模鑄造,脫模後表面會殘留許多粗糙顆粒,雖說這些顆粒可產生局部亂流,有助混合氣的二次攪拌,但卻也讓混合氣流產生不小的阻力,因此在進排氣拋光工程中,必須將粗糙表面打磨光滑,同時達到進排氣道加大的效果。

一般來說,汽缸頭強化也分成很多不同的方式,在這裡我們所要討論的是「進排氣拋光與加大」這個部分,從筆者入行以來,這個問題就一直存有爭議,有人主張進排氣拋光可以讓進排氣效率更加順暢,當然也有人堅持原廠進排氣道的粗糙表面有助於混合氣均勻攪拌,二派論點皆有理論支持,不過,就筆者試駕經驗,經過進排氣拋光工程的引擎,即使在原廠本體未改的狀況下,依舊擁有較為優異的輸出表現與油門反應!

這次為本單元進行示範的為仟達車業技師葉少奇,除了車輛維修改裝外,阿奇也是目前國內的現役車手。

依據流體力學來說,當氣流通過光滑表面與粗糙表面時的速率不同,尤其在流量相同狀況下,表面平順與否對於氣流「流速」影響甚劇,經過拋光處理的光滑表面,可大幅降低氣流行徑阻力而提昇流速,當流速提昇後,相同路徑所需的時間縮短,油門反應自然變好,同時,由於表面光滑、混合氣通過時變得更為「順暢」,不易殘留於進排氣道表面,相同進氣量下因順暢度提高、殘留量變少,相對的,進入燃燒室的混合氣量小幅增加,雖然這種增加量微乎其微,往往就在這「微量提昇」的狀況下,讓輸出效率也相對升級。

其實這個單元筆者早已策劃多時,遲遲未付諸實行乃因無法配合店家施工時間!這回在仟達車業鼎力協助下,終於將汽缸頭拋光的完整過程詳細記錄,從汽缸頭分解、清洗、進排氣道與氣門加大、拋光直到Tuner認為OK完工,整個過程下來足足需要二週!可說是一項費工耗時的大工程,其中所必須使用的耗材如打磨用的鑽頭、拋光用的刷頭、以及水砂紙、藥劑等,必須不斷更換,光是材料錢動輒數千元,無怪現今極少店家願意進行此項改裝工程!

進排氣拋光實戰
按步就班全程記錄

進排氣拋光其實是很多競技場車必備的改裝項目,尤其對自然進氣引擎來說,在換裝高角度凸輪軸後,雖然可以提高高轉速域的輸出延展性,但如果進排氣道的順暢度不佳,則會影響輸出效率,不過對於一般改裝店家來說,卻極少進行這項工程,原因就是因為這項工程費時費工,且必須經過許多道繁複的手續。

一般來說,在施工前必須將汽缸頭內部全數拆空,尤其是氣門導管,因其所在位置關係,必須將舊的氣門導管拆除,以避免氣門導管於加工過程中損毀,研磨時必須掌握力道,以免進排氣道表面產生凹凸不平的現象。

首先,以番號40的刷頭進行初步研磨,研磨時盡量順著進排氣道原廠所設計的彎曲角度,以不破壞氣流路徑與走向為原則,才能確保汽油與空氣能充分均勻地混合。據Tuner表示,一隻要價數百元新刷頭大約幾分鐘就必須更換!

初步研磨後完成後,更換番號80的較細刷頭,將進排氣道表面做更進一步的處理,此階段的重點在於修整初步研磨時的表面,同時將進排氣道口徑小幅加大。

經過初步研磨後的進排氣道表面的粗糙顆粒已不復見,但卻留下刷頭刮痕,此時進排氣道口徑已小幅加大。

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Extrudehone拋光研磨機
拋光技術大革新!

協力‧格立特〈03〉318-6666

考量到傳統手工進排氣拋光過程不僅耗工費時,且完成後品質無法維持固定水準,畢竟手腕施力大小將會影響拋刀在汽缸璧上的研磨深度,不少車主難免對加工後的性能提升效果半信半疑,因此才會有了Extrudehone專業拋光研磨機器的誕生,帶來引擎進排氣拋光前所未有的革新。

這種耗資數百萬元的拋光研磨機最大不同處在於,研磨材質改用流體化內含金剛砂與樹脂等複合材質的研磨砂來進行管壁研磨,利用高壓將其注入拋光管壁內使其緩緩流過,利用內含的金剛砂與其他研磨材質不斷與管壁粗糙表面接觸打磨,使其逐漸平滑光亮,甚至連過去手工無法加工到的氣門導管錶面也可進行,而變得圓滑平順許多。

Extrudehone拋光研磨機施工後的成果,不論是管壁或汽缸頭表面皆閃閃發亮,對增進氣流速度絕對有明顯幫助。

總體來說這類大型機器除了擁有工時縮短與品質穩定之外,尤其施工對象更可擴及到V8汽缸頭、排氣頭段、渦輪排龜或甚至是煞車碟盤內部散熱肋條表面等優點,徹底將氣流效應與效率提升。最後,由於使用流體研磨材質與氣體特性頗為相仿,因此容易阻礙空氣流動的地方,對研磨砂來說也是最易產生阻礙的地方,阻力一大自然就增加了研磨砂的施力強度與停留時間,時間久了該部位自然變得更為光滑,使管內氣流的阻礙點愈來愈少。 

本次示範用的汽缸頭為D16A引擎所搭載,由於原廠配有VTEC可變氣門裝置,故施工時須注意研磨深度、進排氣道口徑不可加大過多,否則容易導致VTEC油道因厚度不足而破裂。

施工時需注意氣門導管位置,該處不可打磨過深,以免影響導管安裝時的角度與位置。

若無加大進排氣門計畫下,於氣門與燃燒室頂端接合處不可加以研磨,以免造成氣密不佳。

初步研磨完成後,必須換上更細的400號刷頭,搭配專用打磨膏進行最後的拋光手續。

 

拋光手續為此項工程中最為耗時的步驟,除了利用氣動工具外,許多工具無法觸及之處與特殊彎角,必須以細目水砂紙搭配布質刷頭以手工進行。

拋光完成後的汽缸頭,進排氣道口徑皆小幅擴大,內部亮晶晶的模樣,幾乎可與鏡面媲美。

在進行進排器拋光工程同時,於各缸進氣道中間的分隔處,可同步進行角度修整,此舉有利於進氣分流時的氣流順暢度,不過,此處修整幅度不可過大,以確保加工後的耐用度與穩定性。

搭配性升級
油門輕盈動力足


進行進排汽缸光工程後,由於進排氣道的順暢度與口徑皆已升級,若要求最佳輸出效率,建議搭配更換加大節氣門、高角度凸輪軸、強力氣門彈簧,並且同步將進排氣門加大,如此一來輸出效率將大幅提昇,尤其是中高轉速域的輸出表現將大幅精進,整體輸出域的延展性會更加優異,若搭配可程式電腦進行最佳化調校後,甚至會有轉速不夠用的狀況出現!

經過進排氣拋光後,可搭配換裝高角度凸輪軸,讓整體輸出域徹底向後延伸,高轉速將有驚人的爆發力。

不過,即使不做上述搭配性升級,在引擎本體與管理系統仍維持原廠配置的狀態下,經過汽缸頭進排氣拋光工程後,如同感冒痊癒的運動員,克服了鼻塞的困擾,即使肺活量(排氣量)並未提昇,但由於呼吸道通暢,在整體表現上都會有所進步,至於進步的原因本文先前已有提及,在此便不再贅述,這也是為何所有國際賽式的競技車輛皆會進行此項工程的原因,即便在電玩世界,PS2的GT賽車遊戲中,也有「汽缸研磨」這項改裝項目,在遊戲中,光是進行此項改裝便可多出數十匹馬力!至於實際效果如何?這得由各位看官自行體驗才知分曉!

由於高角度凸輪軸換裝後,氣門的揚程與進排氣重疊角將大幅提昇,因此強力氣門彈簧也為必備的搭配升級部品。

在進行進排氣拋光工程時,若能將進排氣門同步加大,並修整氣門頸部導角,將有力混合氣流進入燃燒室的路徑與均勻度,可讓燃燒效率提昇許多。

此輛K8 Civic 3為車手左頓郭國信的座駕,車體經過全數拆空施以嚴密的點焊工程,動力方面使用本田銘機紅頭B18CR,腹內換上全套美國Eagle鍛造活塞、A斷面連桿、曲軸,由於本身相當注重高轉速時動力的流暢輸出表現,因此也同樣相當重視進排氣拋光工程並徹底實行。

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