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汽缸强化大不同 特殊工法剖析

  • 2020-07-20
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一般大幅度改装的车辆通常都会换上强化的活塞、连桿、曲轴等套件,不过当动力改装幅度大到原来的引擎缸体无法负荷,这时候就需要一些特殊的强化加工,这次笔者特地介绍两种关于汽缸头与缸体改造的特殊工法,让大家看看怎样才会让引擎更强壮!

所谓CNC(Computer Numerical Control)是利用程式指令输入数控系统之记忆体后,经由电脑编译计算,透过位移控制系统,将资讯传至驱动器以驱动马达之过程,来切削加工所设计之零件。通常利用电脑控制的工作工具机,就通称为CNC。

燃烧室CNC切削
让爆炸力量更平均

各缸压缩比不同
动力自然不顺畅

在前几年,改装界相当流行所谓的汽缸头抛光,而抛光的重点有二,第一就是进、排气道的部分,第二就是燃烧室的部分。而这项改装到底有没有其必要,至今有几种说法:第一种认为进、排气道与燃烧室抛光后,能够让气流流动速度加快,有助于引擎的反应。第二种认为进、排气道抛光后可以减少气体进出汽缸的阻力,但燃烧室抛光后阻力减小,让油气混合不均,反而会影响动力。第三种认为进、排气道与燃烧室抛光加工后,引擎提昇的程度并不明显,因此认定没有花这个钱的必要。

而使用CNC最难的地方,就是在绘图与撰写电脑程式的部分,通常委託撰写一次程式要价就高达数万元之谱!

综合起来,上述这些观念都有其道理,其实汽缸头进、排气道抛光在许多国际赛事的厂车上都可以见到,像是F1、WRC等,至于燃烧室的部分,近期的厂车已经很少做抛光的工作,最主要的原因是混合油气进入到燃烧室时,并未完全混合完毕,必须靠燃烧室内粗糙的表面帮助完全混合,如此一来燃烧效率会比做过抛光研磨的还要好。然而在国外的做法,燃烧室并非使用抛光研磨,而是採取CNC切削的方式来处理燃烧室的部分。

由于CNC机具相当昂贵,因此租用费用也就不便宜,因此在改国内装界鲜少有人进行燃烧室CNC切削工作,只有国外专门厂有贩售完工的现成汽缸头。

在介绍这种CNC切削之前,各位读者必须先知道为什幺要做CNC的处理:这是因为整个引擎全都是开模製造而来,车厂为了节省製造成本,因此只在必要的地方(例如汽缸内部、汽缸与汽缸头接合平面等)进行CNC切削作业,而燃烧室内部几乎都是脱模后的粗糙表面,而模具在使用一段时间后会开始出现损耗,导致每个燃烧室的容积各不相同,不过这些公差在市售车上是被允许的,因为市售车通常马力都不大,所以通常就这样直接进行组装上市。

其实施工的过程看起来很简单,只要将汽缸头固定在CNC机具上,然后让刀具跑完程式,接着再换更细的刀具再跑一趟,直到完工为止。

由于Kaki对施工精密度相当重视,因此刀具也选择最细的尺寸,让施工时间变得很长。

然而这样的汽缸头在重度改装的车辆上可就不是这幺一回事了,由于各缸燃烧室容积不同,表示压缩比也不同,如此一来在爆炸力不平均的状况下轻者动力无法完全发挥,严重甚至会在使用一段时间后造成波司损毁!而CNC切削的最大好处,就是在于机器是由电脑控制,因此可以将燃烧室内侧切削出相同的形状,如此一来各缸容积便可完全均等,此外,由于CNC是以车刀一刀一刀切削出来的,表面上看来虽然相当光滑,但实际上还是比抛光的方式粗糙,混合油气的效率也比起抛光好上许多。

这是经过第一次切削后的4G63汽缸头,看起与原厂差异颇大。

既然燃烧室CNC切削有那幺多好处,但为何在国内鲜少看到这种改装方式呢?最主要是因为CNC的机具非常昂贵,一般改装店家绝对没有购买的能力,而且CNC机具操作非常複杂,必须先画好切削的3D图然后再写入电脑程式,一般拥有CNC机具的工厂委请程式设计人员製图、写程式,光是燃烧室这种简单的东西,要价就高达数万元之谱,加上这种精密的切削需要1~2天的作业时间,而租用机具一天也要几万元,试问哪位客人肯花好几万去进行这种处理呢?所以国内几乎没有人在进行这种施工。

从这两张图便可看出原厂汽缸头每缸燃烧室的形状都不相同。

不过最近,笔者在国内知名改装厂F1看到一颗Impreza的汽缸头,原来这正是传说已久的CNC加工处理,而当时正在店内施工的一具4G63引擎也要做这种处理,经过一番拜託之后掌门人Kaki同意带笔者参观施工过程。

完成品就像这颗EJ25汽缸头一样,各缸的形状完全相同,爆炸力会平均。

其实这种传说中的CNC切削施工方式很简单,只要将预先写好的程式输入,然后固定住汽缸头后,机具上的车刀便不断的照着程式来回进行切削,不过由于Kaki对施工的精密度相当重视,所以使用最细的车刀反覆进行三次动作,程式每跑完一趟需花费约半天的时间,所以最快也要一天半才能完工!
对这种施工方式有兴趣的车主,不妨可以到F1询问看看!

燃烧室表面看来很光滑,但用手摸起来还是有粗糙的感觉。


Part 2
汽缸体植入缸套
扩缸兼增加强度

图中左侧两支为Darton缸套,而右边两支为上首自行开发的产品。

正确施工方式
缸套才能耐用

第二种汽缸强化方式相信许多人都有听过,那就是植入强化缸套的改装法。其实植入缸套并非新鲜事,许多年前台湾就已经出现改装实车。一般原厂引擎想要增加排气量除了更换曲轴来拉行程外,最简单的方式就是将汽缸壁以搪缸的方式加大,然后更换较大的活塞,不过因为汽缸壁厚度有限,以这种方式来增加排气量通常都不多,多个100多c.c.就已经很了不起了,而且在扩缸后汽缸壁变薄,强度相对也会变弱,而缸套的出现正好解决这些问题。

由于上方两支上首缸套维试做品,因此顶端的水道孔并未完成。

一提到缸套品牌,大家应该都有听过美国的「Darton Sleeves」,这个品牌可说是全球最知名的品牌,许多破千匹零四直线加速车上几乎都有Darton缸套,否则在超大涡轮+高增压+NOS的残酷摧残下,没上缸套爆引擎只是瞬间的事情,由此可见上首的强度有多好。而高雄洁丽的小叶就是Darton缸套的爱好者,在他不断的尝试下,他认为Darton缸套的品质绝对没话说,这点从他过去在爬山赛中的涡轮喜美厂车可见一番。

从底部来看Darton缸套非常薄,而张先生认为这样强度太弱,因此上首缸套设计的比较厚实。

国内Darton Sleeves总代理上首企业,代理该品牌多年,不过由于国内对于缸套施工的技术不佳,加上Darton缸套价格颇高,因此植入缸套的改装并不风行,有鉴于此,掌门人张先生针对Darton缸套进行研究改良,特地开发上首自製的改装缸套,且针对目前相当风行的Swift M15A引擎进行试做。

M15A引擎本体原本的汽缸可直接以油压床取出,省却车除汽缸壁的工作即可开始进行缸套形状的车工。

M15A引擎活塞直径与行程为78mm×78mm,而张先生认为这具引擎相当具有潜力,因为使用开放式水道设计,且原厂的汽缸只需使用油压床即可逼出,比起封闭式水道引擎而言,施工更为便利。另一方面,M16A活塞直径与行程为78mm×83mm、M18A为83mm×83mm,而这组缸套的直径为85mm,M15A引擎若不更换曲轴、连桿,植入缸套后排气量就能达到1770c.c.,若是更换M16A或M18A曲轴再将缸套扩大为86mm,即可得到1928c.c.的大排气量,可以说是相当有潜力的改装。

施工的第一步就是将底部切削成适合的大小。

第二步就是切削出缸套中段固定座的形状。

第三步就是切削出颈部的固定座,这里也是随后压入缸套最重要的地方。

在採访当天,张先生特地以一具M15A引擎实际示範安装缸套让笔者观摩,首先将原本M15A的原厂汽缸套以油压床逼出,完成后的引擎本体就像本田B系列引擎车除汽缸壁一般,但施工时间却省了数小时以上。接着将M15A本体架上由国外购入、价值数百万的全自动车床上,进行与缸套相同形状的切削动作,不过虽说是全自动机器,但张先生还不时守候在机器旁,拿着量规不时测量施工的精準度,同时不断的清理切削下来的铝屑,整个切削过程大约二个多钟头才完工,切削完成后,整个汽缸体必须经过清理,接着将四只缸套以油压床压入缸体,然后再以车床将汽缸平面车平,这样才总算完成缸套植入的作业。

切削完成后,接着就是将四只缸套依序放入汽缸内。

最后以油压床平均的将缸套压入汽缸本体。

上述动作完成后就成了这个样子,不过还需将汽缸平面车平才算完工。

上首的掌门人张京州先生表示,早期国内发生一些植入缸套后失败的例子,最主要的原因在于组装时使用非专用的汽缸垫片导致引擎过热,并非缸套本身的问题。

张先生表示,由于缸套是自己设计生产的,因此价格得以压低,以M15A的1770c.c.套件而言,缸套+铸造活塞+施工要价仅7万元,比起坊间落M18A约8万元还要划算,而且这组缸套强度非常高,配上锻造活塞后直接外挂涡轮打上高增压绝对没有问题,是Swift改装的另一项优质选择。

除了缸套的施工外,笔者还发现了这组EJ25汽缸头在燃烧室外侧车了一圈凹槽,可以直接降低压缩比以便将增压值打高。

惊见专业设备
喷油嘴自动清洗、测量机
在採访的同时,笔者忽然注意到一台相当特殊的机器,就是在日本大改装厂常见的喷油嘴清洗、测量机。通常改装厂都会使用全新的改装品,根本没有人会注意喷油嘴使用一段时间后是否堵塞、喷油量是否準确。这台机器可以接上任何款式的喷油嘴,然后模拟喷油测试,最后可以由喷油嘴底下的量筒观察每支喷油嘴的喷油量是否相同及足够,若是喷油量发生异常或油嘴堵塞,可以利用左侧的清洗机进行清洗,而这类机器在改装厂中较为少见。

协力‧F1(02)8531-4286、上首(07)558-0022