知識小學堂12

前言

路上奔跑的機車與汽車,大多都由內燃機所提供動力來源。相較於電動車的電動馬達只有功率輸出大小差異外,內燃機它所能體現的樂趣是截然不同的,有如陳年紅酒般,只要細微的變化都會影響它所帶給你的味道與感覺,而正是因為內燃機的無窮可能,人們才會追逐它一世紀之久。

而本次主題就是帶各位來看看內燃機裡最重要以及變化性最多的「汽缸」吧。一般來說我們所說的單缸多缸是由「汽缸頭總成」、「汽缸」以及活塞組成並與最下方的曲軸箱連接成為一顆「引擎」。而一個汽缸就包含一個活塞,而活塞推動曲軸提供車輛動力。所以汽缸就像電腦的CPU一樣,「單缸」為單核心、「多缸」為多核心。

而我們一般路上大多數機車都是單缸為主,而汽車主要是四缸的配置,而每種汽缸配置的特性都有明顯的不同,接下來會一一解說。

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單缸

主要由一個汽缸頭、汽缸、節流閥門組成,為市面大多數白牌機車的配置。主要特性:製造成本低、組成零件較少、保養維修簡易,所以大多數通勤車輛都會以單缸為主要搭載的引擎。

而此配置在騎乘上也對應到它所運用的環境,因為單缸在低轉(或者剛起步)時所能提供的扭力較大,所以在低速騎乘時輕轉油門就能感受到充足動力。但也因為只有一個汽缸所以高速上表現並不出色(就像單核心的CPU處理速度沒多核心快)。但是內燃機的樂趣就在於此,各大車廠在技術純熟的情況下將「單缸」的內部配置(冷卻方式、汽門凸輪軸和進排氣相關部件)進行調整優化,將「單缸」的潛能發揮出來造就像世界機車錦標賽MOTO3的廠車一樣,僅有250C.C單缸的廠車在車廠調教下居然能炸出50p馬力(市售車:HONDA CBR500R 雙缸471C.C 47p)!

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而在單缸中又分為OHV(推桿式)、OHC(頂置凸輪軸),二者最大的差異在於推動汽門的方式。OHV引擎「凸輪軸」的直接連接曲軸,透過曲軸轉動帶動凸輪軸使連桿去推動汽門;OHC則是將「凸輪軸」安裝在缸頭上透過鍊條連接曲軸。

OHV vs OHC

這兩者的優缺點在於:

OHV:此種設計的引擎大致上採雙氣門,兩個氣門分別負責進氣與排氣,藉由推桿擺動達到氣門開閉的效果,在低速下能輸出更多扭力,但在高轉時因為汽門是由頂桿推動,而力量來源於凸輪軸,較長的做功距離讓高速運作下的引擎無法有效燃燒運作導致高轉速域無力的情況。

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OHC:可分為SOHC單凸輪軸和DOHC雙凸輪軸,OHC特性主要在於速度延續上的優勢,因為當凸輪軸安裝在缸頭上時能更快與精準地控制汽門開閉。SOHC是靠單靠一顆凸輪軸控制進排氣,DOHC則是一顆控制進氣一顆控制排氣共計兩顆。

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雙缸

由二個汽缸頭、汽缸、節流閥門組成(原則上之後會說明),早期搭載在小C.C數機車 (FZR/FZ 150C.C),而目前為紅黃牌入門常見的主要搭載的引擎(R3/MT-07)。其主要特性為扭力延展性佳,在低中速提供良好的扭力並一路延伸到高速,算是將單缸的扭力加以延伸達到扭力及馬力輸出的平衡。但就如剛剛所說的內燃機是沒有極限的,只要內部設定稍作調整即可讓一樣的雙缸車有驚人的變化。接下來我們就來說說雙缸這個龐大家族有哪些兄弟吧!

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一.直列雙缸

在雙缸開頭我們有提到雙缸是由二個汽缸頭、汽缸、節流閥門組成,但在「直列雙缸」就稍有不同,直列故名思議就是二個氣缸是直立擺放在一起的,所以它的汽缸頭(凸輪軸)與汽缸、節流閥門是做一體式的,這個優勢在於生產成本較低,也易於保養。另一個有趣地方是直列雙缸有分為「同步雙缸」與「異步雙缸」。

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      1.同步雙缸

其內部兩顆活塞是同步作動(一起上、一起下),所以凸輪軸及其他部件設計上較為簡易,而在點火的部分採異步點火。特性主要為「低速扭力較佳、單次功點火間隔小,聲音好聽連貫」。也因為雙缸是同上下(有點類似單缸),所以「高速震動大,活塞作動慣性較大,急速較差」。一般會搭載在街車上,易於城市穿梭(EX :BENELLI 302R)

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     2.異步雙缸

其內部兩顆活塞是一上一下作動的(類似人類跑步),在凸輪軸設計及其他零件設計上需對應點火角度。也因為活塞一上一下的作動互相抵消一部分震動,所以震動小運轉平穩,高速穩定。其缺點為活塞分開作動導致低速扭力不如同步雙缸,低速起步弱於同步雙缸,且點火間隔大,聲音沒有同步雙缸連貫好聽。大多會搭載在要求性能的跑車或者街跑車上(EX :YAMAHA R3)

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二.V型雙缸

講了那麼久的直列雙缸,我們接著來談談V型雙缸吧!一聽到V型雙缸大家一定都會連想到各大歐美車廠例如:DUCATI、MOTO GUZZI、哈雷、印第安,讓人有對V型雙缸有種高貴的想像。

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而V型雙缸也算名副其實的高(燒)貴(錢),由於整個氣缸是分開的所以在零件上需要「成對的汽缸頭、汽缸、節流閥門以及凸輪軸等相關零件」在零件上可說是接近直列雙缸二倍,製造成本可想而知。而V型雙缸有一個特色為兩缸之間的角度,角度取決運作順暢的考量而有不同,比較常見的角度包括60度與90度。

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而V型雙缸機基礎特性為低轉扭力較佳、加速較快以及高速表現出色,整體特性看起來跟直列雙缸特性很像,但主要差別在於活塞的作動方式。由於直列雙缸活塞為並排的方式在作動時產生的慣性需要平衡軸來減抵引擎震動。而V型雙缸兩顆活塞剛好形成一個夾角來抵銷作動時產生的慣性力。

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三.水平對臥

整體上較類似V型雙缸但氣缸擺放為水平(180度),其特色在於兩顆活塞是左右相對的所以作動上更為平順和更少的引擎震動,也因為氣缸相關零件採水平配置所以引擎的重心位置極低使車身穩定性更高、更均衡。

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而水平對臥引擎最大的缺點是打造費時,製造成本相對較高。相較於V 型雙缸成對的零件,水平對臥需要左邊一套、右一套,兩套無法共用。也因為地球引力造成了汽缸上半部機油偏少,大多累積在下半部,導致活塞上半部偏磨的問題。所以水平對臥引擎的潤滑系統和冷卻系統相對而言較為複雜,也影響到引擎室的布局。加上引擎本體呈扁平狀,緊湊的引擎室布局增高了維修困難度。其擺放方式多半為縱置,所以在實際應用上較易受限。

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