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Text/邓旭鑫 Design/
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引文:想让车子释放出潜力,第一步就是将厂家原本保守的调教解封。然后根据车子的特性,针对性地将排气系统、进气系统、点火系统、ECU调校、配气正时等进行升级改装。接着是当马力提升到了瓶颈,可能受到变速箱、传动系统的限制,显然只有突破这道限制才能冲破瓶颈。而本文想聊的是,在你尽可能低升级改装了发动机以外的部件后,最终回归的,是动力产生的源泉——发动机内部。这里封印着一台汽车最后的潜力,而想要解除这部分的封印,需要操刀者具备极高的技艺、全面的专业知识,以及质优的改装部品。而这期我们就先聊聊发动机缸体内的强化。
铁与铝的是非
需要到解除发动机最后的这道封印,想必汽车的改动也已经动辄全身。但经过发动机内部强化的车子,并非都能释放出较高的潜力。这取决于操刀者的技艺、强化部品的质量等多方面的因素,这其中就包括了发动机材质的不同。在发动机材质方面,目前主要归结于缸体和缸盖,而主要又归结于缸体。因为缸盖几乎都是铝制的,主要为了散热,铝比铁的散热效率高,这也是音响功放等也用铝散热的原因。
铸铝与铸铁发动机,孰优孰劣?其实,大家纠结的不是缸盖,而是缸体,缸体分成了所谓两大系列,即铝制和铁制,当然有些还不是全铝,包括一些合金,如铝镁合金等等。而铝与铁有何不同?简单举例一下,十代EVO的4B11T全铝发动机比九代EVO的4G63铸铁发动机减负了12公斤,可见铝比铁拥有更轻的质量。而由于铝比重轻,同质量的铝制缸体的体积通常就会比铁制缸体的体积要大些。而最重点的是,铝耐腐蚀性不及铸铁缸体,尤其对温度压强都更高的增压引擎。也就是说当发动机体积要求比较小时,使用铝缸体通常难以达到铸铁缸体的强度。所以高增压的引擎很多都采用铸铁缸体,比如十代前EVO的4G63,始终都是铸铁缸体。这样就不难看出,铸铁发动机在性能上拥有比全铝发动机更大的潜力。
三菱名器——4G63铸铁发动机
三菱著名4G63发动机,虽然体重较大,散热性能不好,但其优越的耐高温、耐高压特性,使2.0T的EVO涡轮增压爆发出很大的功率和扭矩出来,而且对那些心潮澎湃的年轻人来说,掀起了一轮又一轮改装狂潮。有的功率调到了360马力,甚至有的改装至500、600马力,扭矩超过500NM。凭借强劲的心脏,EVO创造了辉煌的传奇历史,成为车迷心中难以割舍的情愫。10代EVO采用4B11T铝制发动机,虽然数据和效果也很好,但因发动机选材的不同,改装潜力大不如九代EVO的4G63,所以热衷的车友依旧更倾心于九代的EVO。同理也可用于大众的EA888和EA211发动机。
4g63.jpg(三菱著名的性能机器铸铁引擎——4G63。)
4B11T.jpg(第十代EVO装配的全铝发动机4B11T。)
2P
发动机中缸强化篇
——①活塞的强化
引擎中缸的强化重点在于曲柄连杆机构的强度,能否抵受突增的爆炸力,令爆炸力可以稳定地转化为曲轴的扭矩,而这其中活塞是首当其冲的部分。针对中缸强化的活塞一般是通过锻造而来,将整块铝锭锻造出活塞顶部的大体形状、活塞裙部、活塞底部以及活塞销的基部,之后再以CNC精细加工活塞顶部、活塞销、活塞环槽、油孔等部分。
那要如何选择活塞呢?这里我们就聊聊除了品牌以外的因素。选择自己所需要的活塞,首先要知道的就是凸顶活塞和凹顶活塞的区别。凸顶活塞适用于自然吸气(NA)车型的中缸强化,而凹顶活塞适用于涡轮增压的中缸强化。即凸顶活塞会大幅度地降低燃烧室容积,即提高压缩比,反之凹顶活塞则是降低压缩比之用。自然吸气的高压缩比活塞有许多可选,从10、10.5、11、11.5、12到12.5:1……应有尽有,这里如何选择取决于操刀技师的手艺,因为期间包含了耐久度、马力、电脑匹配和驾驶习惯等种种的因素;涡轮增压的低压缩比活塞亦有从9.0、8.8、8.5、8.0至7.8:1……诸多可选,如此众多的规格该何去何从?着就看增压的大小与耗油量的表现了。
活塞-曲轴-连杆-1.jpg
凹顶活塞.jpg(适用于低压缩比的涡轮增压发动机的凹顶活塞。)
凸顶活塞.jpg(适用于高增压的自然吸气发动机的凸顶活塞。)
——②连杆的强化
发动机在工作时,活塞受到燃烧室爆燃的推力,目的在于推动曲轴的旋转。而作为连接活塞与曲轴的桥梁——连杆,它在整个引擎内部动力传输的部份位居要职。因为动力的增加,连杆改装的首要条件就是高强度,而因应受力端的产生,就有不同型式的连杆结构,大体上区分为I断面、H断面与X断面; 断面的目的是在保证连杆刚性和强度的基础上进行偷轻处理。
I断面连杆:指偷轻挖空的部分与连杆平面重合,I断面连杆施工难度较低,主要是铸造工艺制作的原厂连杆。
H断面连杆:指偷轻挖空的部分与连杆平面垂直,相比较I断面连杆拥有更强的抗弯曲的性能,因材料用量使用较多,所以相比I断面连杆更具提升潜力。
X断面:是一种H断面与I断面的混合形式,根据力学特性X的形状而定,由于价格相对昂贵,所以对于非一般的重度改装,算是改装的奢侈品。
除了在断面形式上存在区分,连杆的与活塞的结合也分为半浮式、全浮式;常见的一般以半浮式连接,即活塞销在活塞两端的结合部分是活动的,而连杆部分则是固定不动的。半浮式连接因为只有活塞部分是活动的,所以相较于全浮式连杆,其活动阻力及活塞背的受力较不完美。而全浮式连杆虽然安装相对简易,但产品的工艺要求严格。因为连杆小端的间隙过大或过小都会造成日后的异常磨损和噪音。所以总言之,全浮式连杆相对半浮式连杆的优点是当发动机工作时,活塞销、连杆小头和活塞销座都有相对运动,这样,活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动,使磨损均匀。 此外,每个连杆产品都会有数据显示连杆大端与曲轴的油膜间隙,采用塑料量规则是丈量最准确的工具,而非使用游标卡尺进行繁琐的测量。最后值得一提的是固定连杆大端的螺丝磅数与材质强度,针对强化连杆的大头螺丝,厂家是会提供完整的磅数让使用者操作,而技师们亦需参照此规格涂上特殊的润滑剂,在操作中使用专用扭力扳手进行磅数锁定。
H断面连杆.jpg(挖空部分与连杆平面垂直的H断面连杆。)
I断面连杆.jpg(挖空部分与连杆平面重合的I断面连杆。)
塑料量规.jpg(通过塑料量规去测量油膜的间隙是否合适。)
——③曲轴的强化
曲轴,可谓发动机的脊梁,承担着将活塞上、下运动转换为旋转运动的功能。由于曲轴工作时是处在高速的运转之下,其刚性、材质及精密度,时刻都在接受着最严苛的考验,所以曲轴本身乃整体铸造或锻造而成,改装的曲轴则非锻造不可。
一般而言,曲轴的升级改装不外乎轻量化与平衡,原厂曲轴平衡度也有一定的水准,只是一般设定转速比较低一点,大约在断油转速以上500转( 原厂车型极少超过8000转 ),一旦超过平衡设定转速,震动加大、发动机摩擦力增大、轴瓦容易异常磨损,马力就会下降。当引擎做了内部机件等等的升级后,一定希望能加快其加速性,也期望能再多增加断油的转速,才能做出更多的马力,因而做更高转的平衡才是当务之急。然而只有是圆旋转的物体,一定会有离心力的问题,一定会产生震动,所以平衡只是相对的。应该在改装时就先设定本身发动机所需的额定转速,才来要求平衡的转速。
曲轴的平衡说完了,下面就是曲轴的轻量化了。那为什么曲轴需要轻量化呢?第一是为了克服惯性作用,使其运转速率增加,第二乃是重量的减轻,减少了旋转所产生多余的不平衡,这样一来震动自然减少,以利于平衡的效果。以往在做轻量化曲轴加工时,大都将配重端削薄做成刀刃状,以利穿越油膜、减低阻力。其实这个动作,在现代主动式润滑系统上,算是多余的做法,因为曲轴的配重块完全不可能会直接侵入油平面,况且很在售的车在油底壳和曲轴箱之间都有一块挡油板,所以这个破油的功效是不尽然的。此外,连接曲轴尾端的飞轮、前端的皮带盘,都要事先加以平衡和轻量化,以便结合之后才能同曲轴达到真正的运转平衡。
曲轴.jpg(作为发动机的脊梁,强化过程中曲轴的轻量化与平衡化极其重要。)
曲轴测试-2.jpg
飞轮-1.jpg(与曲轴相连的飞轮,亦是发动机内部平衡与轻量化的对象。)
轻量化皮带轮.jpg(美国PERRIN Performance针对BRZ推出的轻量化皮带盘。)
——④失之毫厘、差之千里的搪缸
每一组活塞都会有特定的表格尺寸规格,并配有说明书作为安装的依据,试想如果只是有一组活塞而无规格,你以何尺寸来作为搪缸的标准?活塞与缸壁的间隙是多少?活塞环开口间隙又是如何?这种种都是加工安装时最重要的环结!一般技师都把搪缸这项工作归类为单一项目,一概交由搪缸厂来操刀。不同搪缸在硬件上存在着差异,人员的专业水平与本身质素也参差不齐。而搪缸是一项失之毫厘、差之千里的作业,所以为了避免日后夜长梦多,选择一家靠谱、信得过的店家是极其及其重要的。
其实除了铁的强度比铝大之外,还有铸铁发动机一般采用封闭式水道,而全铝发动机最常见的是开放式或半开放式水道。而对于搪缸而言,开放式水道的发动机因为汽缸体部分相较于中缸本体,是处于悬空状态的,只有在缸体底部才相连,那么在燃烧室发生爆炸时,气缸就会因为连杆的侧向推力而晃动。那是否意味着开放式水道无法进行搪缸呢?其实只要对中缸进行固定就行了。即安装封闭水道套件,它仅仅是一个环,只封闭水道上部分,使汽缸体的上下部分都与中缸本体相连,有效增强其刚性之余,也不容易导致缸体变形,同时对冷却效果没有太大影响。但就缸体材质而论,全铝发动机不适宜重度的压榨动力,以防爆缸。(一些美国04加速赛的那些V8怪物,5700cc排量、机械增压加氮气,动不动上千匹。跑完不过七秒到九秒,这些怪引擎为了强固缸体,在水道内根本没有水散热,而是直接灌入水泥对缸体进行加固。)
搪缸-1.jpg(搪缸的目的是提高气缸内容积,进而提升性能。)
搪缸-2.jpg(搪缸是一项极其细微的工程,过程失之毫厘结果就会差之千里。)
美国爆改-3.JPG(为追求短暂的性能,直接灌注水泥对发动机缸体进行加固的性能怪兽。)
(看似“糖葫芦”形状的铝合金垫圈,垫圈上的小孔可使冷却液正常循环。是初级的改装方法。)
对于发动机内部中缸的强化,从汽车发动机的硬件到汽车电脑的软件,不得不说这其中是一门大学问。而然这里聊得仅仅只是发动机内部强化的上篇,况且很多技术性的原理甚是太多,难以通过书面去一一去呈现。但不可否认,有能力对发动机进行操刀强化的店家,其改装的功底绝对是有一定年月积累的。目前,这类高阶的动力改装在国内尚不常见,除了一些硬性的环境条件的限制外,国内改装文化与实力还不足以与国外百家争鸣般的氛围相并论。接下来在下期,小便将和大家一起聊聊发动机内部强化的下篇——进气系统的强化。
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引文:想让车子释放出潜力,第一步就是将厂家原本保守的调教解封。然后根据车子的特性,针对性地将排气系统、进气系统、点火系统、ECU调校、配气正时等进行升级改装。接着是当马力提升到了瓶颈,可能受到变速箱、传动系统的限制,显然只有突破这道限制才能冲破瓶颈。而本文想聊的是,在你尽可能低升级改装了发动机以外的部件后,最终回归的,是动力产生的源泉——发动机内部。这里封印着一台汽车最后的潜力,而想要解除这部分的封印,需要操刀者具备极高的技艺、全面的专业知识,以及质优的改装部品。而这期我们就先聊聊发动机缸体内的强化。
铁与铝的是非
需要到解除发动机最后的这道封印,想必汽车的改动也已经动辄全身。但经过发动机内部强化的车子,并非都能释放出较高的潜力。这取决于操刀者的技艺、强化部品的质量等多方面的因素,这其中就包括了发动机材质的不同。在发动机材质方面,目前主要归结于缸体和缸盖,而主要又归结于缸体。因为缸盖几乎都是铝制的,主要为了散热,铝比铁的散热效率高,这也是音响功放等也用铝散热的原因。
铸铝与铸铁发动机,孰优孰劣?其实,大家纠结的不是缸盖,而是缸体,缸体分成了所谓两大系列,即铝制和铁制,当然有些还不是全铝,包括一些合金,如铝镁合金等等。而铝与铁有何不同?简单举例一下,十代EVO的4B11T全铝发动机比九代EVO的4G63铸铁发动机减负了12公斤,可见铝比铁拥有更轻的质量。而由于铝比重轻,同质量的铝制缸体的体积通常就会比铁制缸体的体积要大些。而最重点的是,铝耐腐蚀性不及铸铁缸体,尤其对温度压强都更高的增压引擎。也就是说当发动机体积要求比较小时,使用铝缸体通常难以达到铸铁缸体的强度。所以高增压的引擎很多都采用铸铁缸体,比如十代前EVO的4G63,始终都是铸铁缸体。这样就不难看出,铸铁发动机在性能上拥有比全铝发动机更大的潜力。
三菱名器——4G63铸铁发动机
三菱著名4G63发动机,虽然体重较大,散热性能不好,但其优越的耐高温、耐高压特性,使2.0T的EVO涡轮增压爆发出很大的功率和扭矩出来,而且对那些心潮澎湃的年轻人来说,掀起了一轮又一轮改装狂潮。有的功率调到了360马力,甚至有的改装至500、600马力,扭矩超过500NM。凭借强劲的心脏,EVO创造了辉煌的传奇历史,成为车迷心中难以割舍的情愫。10代EVO采用4B11T铝制发动机,虽然数据和效果也很好,但因发动机选材的不同,改装潜力大不如九代EVO的4G63,所以热衷的车友依旧更倾心于九代的EVO。同理也可用于大众的EA888和EA211发动机。
4g63.jpg(三菱著名的性能机器铸铁引擎——4G63。)
4B11T.jpg(第十代EVO装配的全铝发动机4B11T。)
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发动机中缸强化篇
——①活塞的强化
引擎中缸的强化重点在于曲柄连杆机构的强度,能否抵受突增的爆炸力,令爆炸力可以稳定地转化为曲轴的扭矩,而这其中活塞是首当其冲的部分。针对中缸强化的活塞一般是通过锻造而来,将整块铝锭锻造出活塞顶部的大体形状、活塞裙部、活塞底部以及活塞销的基部,之后再以CNC精细加工活塞顶部、活塞销、活塞环槽、油孔等部分。
那要如何选择活塞呢?这里我们就聊聊除了品牌以外的因素。选择自己所需要的活塞,首先要知道的就是凸顶活塞和凹顶活塞的区别。凸顶活塞适用于自然吸气(NA)车型的中缸强化,而凹顶活塞适用于涡轮增压的中缸强化。即凸顶活塞会大幅度地降低燃烧室容积,即提高压缩比,反之凹顶活塞则是降低压缩比之用。自然吸气的高压缩比活塞有许多可选,从10、10.5、11、11.5、12到12.5:1……应有尽有,这里如何选择取决于操刀技师的手艺,因为期间包含了耐久度、马力、电脑匹配和驾驶习惯等种种的因素;涡轮增压的低压缩比活塞亦有从9.0、8.8、8.5、8.0至7.8:1……诸多可选,如此众多的规格该何去何从?着就看增压的大小与耗油量的表现了。
活塞-曲轴-连杆-1.jpg
凹顶活塞.jpg(适用于低压缩比的涡轮增压发动机的凹顶活塞。)
凸顶活塞.jpg(适用于高增压的自然吸气发动机的凸顶活塞。)
——②连杆的强化
发动机在工作时,活塞受到燃烧室爆燃的推力,目的在于推动曲轴的旋转。而作为连接活塞与曲轴的桥梁——连杆,它在整个引擎内部动力传输的部份位居要职。因为动力的增加,连杆改装的首要条件就是高强度,而因应受力端的产生,就有不同型式的连杆结构,大体上区分为I断面、H断面与X断面; 断面的目的是在保证连杆刚性和强度的基础上进行偷轻处理。
I断面连杆:指偷轻挖空的部分与连杆平面重合,I断面连杆施工难度较低,主要是铸造工艺制作的原厂连杆。
H断面连杆:指偷轻挖空的部分与连杆平面垂直,相比较I断面连杆拥有更强的抗弯曲的性能,因材料用量使用较多,所以相比I断面连杆更具提升潜力。
X断面:是一种H断面与I断面的混合形式,根据力学特性X的形状而定,由于价格相对昂贵,所以对于非一般的重度改装,算是改装的奢侈品。
除了在断面形式上存在区分,连杆的与活塞的结合也分为半浮式、全浮式;常见的一般以半浮式连接,即活塞销在活塞两端的结合部分是活动的,而连杆部分则是固定不动的。半浮式连接因为只有活塞部分是活动的,所以相较于全浮式连杆,其活动阻力及活塞背的受力较不完美。而全浮式连杆虽然安装相对简易,但产品的工艺要求严格。因为连杆小端的间隙过大或过小都会造成日后的异常磨损和噪音。所以总言之,全浮式连杆相对半浮式连杆的优点是当发动机工作时,活塞销、连杆小头和活塞销座都有相对运动,这样,活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动,使磨损均匀。 此外,每个连杆产品都会有数据显示连杆大端与曲轴的油膜间隙,采用塑料量规则是丈量最准确的工具,而非使用游标卡尺进行繁琐的测量。最后值得一提的是固定连杆大端的螺丝磅数与材质强度,针对强化连杆的大头螺丝,厂家是会提供完整的磅数让使用者操作,而技师们亦需参照此规格涂上特殊的润滑剂,在操作中使用专用扭力扳手进行磅数锁定。
H断面连杆.jpg(挖空部分与连杆平面垂直的H断面连杆。)
I断面连杆.jpg(挖空部分与连杆平面重合的I断面连杆。)
塑料量规.jpg(通过塑料量规去测量油膜的间隙是否合适。)
——③曲轴的强化
曲轴,可谓发动机的脊梁,承担着将活塞上、下运动转换为旋转运动的功能。由于曲轴工作时是处在高速的运转之下,其刚性、材质及精密度,时刻都在接受着最严苛的考验,所以曲轴本身乃整体铸造或锻造而成,改装的曲轴则非锻造不可。
一般而言,曲轴的升级改装不外乎轻量化与平衡,原厂曲轴平衡度也有一定的水准,只是一般设定转速比较低一点,大约在断油转速以上500转( 原厂车型极少超过8000转 ),一旦超过平衡设定转速,震动加大、发动机摩擦力增大、轴瓦容易异常磨损,马力就会下降。当引擎做了内部机件等等的升级后,一定希望能加快其加速性,也期望能再多增加断油的转速,才能做出更多的马力,因而做更高转的平衡才是当务之急。然而只有是圆旋转的物体,一定会有离心力的问题,一定会产生震动,所以平衡只是相对的。应该在改装时就先设定本身发动机所需的额定转速,才来要求平衡的转速。
曲轴的平衡说完了,下面就是曲轴的轻量化了。那为什么曲轴需要轻量化呢?第一是为了克服惯性作用,使其运转速率增加,第二乃是重量的减轻,减少了旋转所产生多余的不平衡,这样一来震动自然减少,以利于平衡的效果。以往在做轻量化曲轴加工时,大都将配重端削薄做成刀刃状,以利穿越油膜、减低阻力。其实这个动作,在现代主动式润滑系统上,算是多余的做法,因为曲轴的配重块完全不可能会直接侵入油平面,况且很在售的车在油底壳和曲轴箱之间都有一块挡油板,所以这个破油的功效是不尽然的。此外,连接曲轴尾端的飞轮、前端的皮带盘,都要事先加以平衡和轻量化,以便结合之后才能同曲轴达到真正的运转平衡。
曲轴.jpg(作为发动机的脊梁,强化过程中曲轴的轻量化与平衡化极其重要。)
曲轴测试-2.jpg
飞轮-1.jpg(与曲轴相连的飞轮,亦是发动机内部平衡与轻量化的对象。)
轻量化皮带轮.jpg(美国PERRIN Performance针对BRZ推出的轻量化皮带盘。)
——④失之毫厘、差之千里的搪缸
每一组活塞都会有特定的表格尺寸规格,并配有说明书作为安装的依据,试想如果只是有一组活塞而无规格,你以何尺寸来作为搪缸的标准?活塞与缸壁的间隙是多少?活塞环开口间隙又是如何?这种种都是加工安装时最重要的环结!一般技师都把搪缸这项工作归类为单一项目,一概交由搪缸厂来操刀。不同搪缸在硬件上存在着差异,人员的专业水平与本身质素也参差不齐。而搪缸是一项失之毫厘、差之千里的作业,所以为了避免日后夜长梦多,选择一家靠谱、信得过的店家是极其及其重要的。
其实除了铁的强度比铝大之外,还有铸铁发动机一般采用封闭式水道,而全铝发动机最常见的是开放式或半开放式水道。而对于搪缸而言,开放式水道的发动机因为汽缸体部分相较于中缸本体,是处于悬空状态的,只有在缸体底部才相连,那么在燃烧室发生爆炸时,气缸就会因为连杆的侧向推力而晃动。那是否意味着开放式水道无法进行搪缸呢?其实只要对中缸进行固定就行了。即安装封闭水道套件,它仅仅是一个环,只封闭水道上部分,使汽缸体的上下部分都与中缸本体相连,有效增强其刚性之余,也不容易导致缸体变形,同时对冷却效果没有太大影响。但就缸体材质而论,全铝发动机不适宜重度的压榨动力,以防爆缸。(一些美国04加速赛的那些V8怪物,5700cc排量、机械增压加氮气,动不动上千匹。跑完不过七秒到九秒,这些怪引擎为了强固缸体,在水道内根本没有水散热,而是直接灌入水泥对缸体进行加固。)
搪缸-1.jpg(搪缸的目的是提高气缸内容积,进而提升性能。)
搪缸-2.jpg(搪缸是一项极其细微的工程,过程失之毫厘结果就会差之千里。)
美国爆改-3.JPG(为追求短暂的性能,直接灌注水泥对发动机缸体进行加固的性能怪兽。)
(看似“糖葫芦”形状的铝合金垫圈,垫圈上的小孔可使冷却液正常循环。是初级的改装方法。)
对于发动机内部中缸的强化,从汽车发动机的硬件到汽车电脑的软件,不得不说这其中是一门大学问。而然这里聊得仅仅只是发动机内部强化的上篇,况且很多技术性的原理甚是太多,难以通过书面去一一去呈现。但不可否认,有能力对发动机进行操刀强化的店家,其改装的功底绝对是有一定年月积累的。目前,这类高阶的动力改装在国内尚不常见,除了一些硬性的环境条件的限制外,国内改装文化与实力还不足以与国外百家争鸣般的氛围相并论。接下来在下期,小便将和大家一起聊聊发动机内部强化的下篇——进气系统的强化。