汽缸強化大不同 特殊工法剖析

【 Carnews 文/圖•Stan 】
  }5 B$ Y$ {- G! W( b& N

( L7 K6 E+ A: N3 f7 c; ~

0 Y) |1 P4 R# c) |
一般大幅度改裝的車輛通常都會換上強化的活塞、連桿、曲軸等套件，不過當動力改裝幅度大到原來的引擎缸體無法負荷，這時候就需要一些特殊的強化加工，這次筆者特地介紹兩種關於汽缸頭與缸體改造的特殊工法，讓大家看看怎樣才會讓引擎更強壯！
0 n* {' r+ G4 S, Z

所謂CNC（Computer Numerical Control）是利用程式指令輸入數控系統之記憶體後，經由電腦編譯計算，透過位移控制系統，將資訊傳至驅動器以驅動馬達之過程，來切削加工所設計之零件。通常利用電腦控制的工作工具機，就通稱為CNC。 5 d5 G9 S6 J: m2 V4 e1 Y  a" K

% ?8 q. k. n/ d; _) c燃燒室CNC切削
9 y7 Z5 m5 Y% z9 }  K. \# n讓爆炸力量更平均 & l0 y8 t! `5 x+ \
9 p& Y7 h3 f9 v0 ~  y$ Y
各缸壓縮比不同
, f0 J& Z2 R! L2 _8 R' T+ l動力自然不順暢
7 p9 y9 Z  u' \- ^  ]
, N7 y4 W3 {- p' {3 b. v在前幾年，改裝界相當流行所謂的汽缸頭拋光，而拋光的重點有二，第一就是進、排氣道的部分，第二就是燃燒室的部分。而這項改裝到底有沒有其必要，至今有幾種說法：第一種認為進、排氣道與燃燒室拋光後，能夠讓氣流流動速度加快，有助於引擎的反應。第二種認為進、排氣道拋光後可以減少氣體進出汽缸的阻力，但燃燒室拋光後阻力減小，讓油氣混合不均，反而會影響動力。第三種認為進、排氣道與燃燒室拋光加工後，引擎提昇的程度並不明顯，因此認定沒有花這個錢的必要。( @1 ~* ~$ I. Q+ S7 f' m$ g) w

而使用CNC最難的地方，就是在繪圖與撰寫電腦程式的部分，通常委託撰寫一次程式要價就高達數萬元之譜！ ) B# J6 a: [, W; J

$ o8 S& X- q9 Q2 p4 n' c& j
綜合起來，上述這些觀念都有其道理，其實汽缸頭進、排氣道拋光在許多國際賽事的廠車上都可以見到，像是F1、WRC等，至於燃燒室的部分，近期的廠車已經很少做拋光的工作，最主要的原因是混合油氣進入到燃燒室時，並未完全混合完畢，必須靠燃燒室內粗糙的表面幫助完全混合，如此一來燃燒效率會比做過拋光研磨的還要好。然而在國外的做法，燃燒室並非使用拋光研磨，而是採取CNC切削的方式來處理燃燒室的部分。: `6 k3 l! o5 D$ R

由於CNC機具相當昂貴，因此租用費用也就不便宜，因此在改國內裝界鮮少有人進行燃燒室CNC切削工作，只有國外專門廠有販售完工的現成汽缸頭。 ( m; ?" @1 G! A8 p5 }' N* l

8 Y: Y/ X3 Z; X) ~
在介紹這種CNC切削之前，各位讀者必須先知道為什麼要做CNC的處理：這是因為整個引擎全都是開模製造而來，車廠為了節省製造成本，因此只在必要的地方（例如汽缸內部、汽缸與汽缸頭接合平面等）進行CNC切削作業，而燃燒室內部幾乎都是脫模後的粗糙表面，而模具在使用一段時間後會開始出現損耗，導緻每個燃燒室的容積各不相同，不過這些公差在市售車上是被允許的，因為市售車通常馬力都不大，所以通常就這樣直接進行組裝上市。4 j6 e; C5 A3 O" Z9 N' P8 w, j

其實施工的過程看起來很簡單，只要將汽缸頭固定在CNC機具上，然後讓刀具跑完程式，接著再換更細的刀具再跑一趟，直到完工為止。 7 u, U1 @2 g( a9 G

  o2 K; B9 Q2 v* h

由於Kaki對施工精密度相當重視，因此刀具也選擇最細的尺寸，讓施工時間變得很長。 + P+ a0 I) n- n/ {. ]1 V& F/ l

7 y8 h1 v! v- v, R& [2 f6 [然而這樣的汽缸頭在重度改裝的車輛上可就不是這麼一回事了，由於各缸燃燒室容積不同，表示壓縮比也不同，如此一來在爆炸力不平均的狀況下輕者動力無法完全發揮，嚴重甚至會在使用一段時間後造成波司損毀！而CNC切削的最大好處，就是在於機器是由電腦控制，因此可以將燃燒室內側切削出相同的形狀，如此一來各缸容積便可完全均等，此外，由於CNC是以車刀一刀一刀切削出來的，表面上看來雖然相當光滑，但實際上還是比拋光的方式粗糙，混合油氣的效率也比起拋光好上許多。7 }- p& x1 L7 m0 R( t8 K

這是經過第一次切削後的4G63汽缸頭，看起與原廠差異頗大。 8 C9 K% M& E6 F3 M

' o6 q1 ^7 [, o4 m
既然燃燒室CNC切削有那麼多好處，但為何在國內鮮少看到這種改裝方式呢？最主要是因為CNC的機具非常昂貴，一般改裝店家絕對沒有購買的能力，而且CNC機具操作非常複雜，必須先畫好切削的3D圖然後再寫入電腦程式，一般擁有CNC機具的工廠委請程式設計人員製圖、寫程式，光是燃燒室這種簡單的東西，要價就高達數萬元之譜，加上這種精密的切削需要1∼2天的作業時間，而租用機具一天也要幾萬元，試問哪位客人肯花好幾萬去進行這種處理呢？所以國內幾乎沒有人在進行這種施工。
: H+ O+ C+ E! @7 o

從這兩張圖便可看出原廠汽缸頭每缸燃燒室的形狀都不相同。 ! z( V2 ~9 Y0 }7 N# M

: D3 }# g8 V4 h7 X) B- A不過最近，筆者在國內知名改裝廠F1看到一顆Impreza的汽缸頭，原來這正是傳說已久的CNC加工處理，而當時正在店內施工的一具4G63引擎也要做這種處理，經過一番拜託之後掌門人Kaki同意帶筆者參觀施工過程。
" v" C. d# a: K1 T$ w

完成品就像這顆EJ25汽缸頭一樣，各缸的形狀完全相同，爆炸力會平均。 : Q- s1 k9 @( Z' r, g3 T1 b

* h* J2 Z* }; Q! b* r& r* _. W其實這種傳說中的CNC切削施工方式很簡單，只要將預先寫好的程式輸入，然後固定住汽缸頭後，機具上的車刀便不斷的照著程式來回進行切削，不過由於Kaki對施工的精密度相當重視，所以使用最細的車刀反覆進行三次動作，程式每跑完一趟需花費約半天的時間，所以最快也要一天半才能完工！ 8 ], `! U3 _9 Q9 s, C$ P
對這種施工方式有興趣的車主，不妨可以到F1詢問看看！9 F" ?; p$ ?1 K: G; ]4 K) z3 E& D

燃燒室表面看來很光滑，但用手摸起來還是有粗糙的感覺。 $ l; [5 F" @  u) X, f+ }

! e. `  W' P& J; h- p/ s

9 ^! e7 x: P4 n4 k6 I$ t1 s" PPart 2 + Q. p# F; e  S/ y
汽缸體植入缸套 " R3 L: X- U8 `" x" r) ?
擴缸兼增加強度 ' m7 ]1 ~7 l$ F, B

圖中左側兩支為Darton缸套，而右邊兩支為上首自行開發的產品。 8 @2 u. S8 y) A" O

+ x. }, K9 V  U# U. E正確施工方式
" q+ c  I  ~+ W5 _. m9 X" x缸套才能耐用 ; o1 i; ~0 l1 U$ S5 w/ ?6 m

. P0 T' S1 |0 r6 I第二種汽缸強化方式相信許多人都有聽過，那就是植入強化缸套的改裝法。其實植入缸套並非新鮮事，許多年前台灣就已經出現改裝實車。一般原廠引擎想要增加排氣量除了更換曲軸來拉行程外，最簡單的方式就是將汽缸壁以搪缸的方式加大，然後更換較大的活塞，不過因為汽缸壁厚度有限，以這種方式來增加排氣量通常都不多，多個100多c.c.就已經很了不起了，而且在擴缸後汽缸壁變薄，強度相對也會變弱，而缸套的出現正好解決這些問題。
3 D7 `) n! n) B% V* H. G2 F, y

由於上方兩支上首缸套維試做品，因此頂端的水道孔並未完成。 9 I3 Y" s! ~: s+ G

# g+ h9 w. Z$ u$ E
一提到缸套品牌，大家應該都有聽過美國的「Darton Sleeves」，這個品牌可說是全球最知名的品牌，許多破千匹零四直線加速車上幾乎都有Darton缸套，否則在超大渦輪+高增壓+NOS的殘酷摧殘下，沒上缸套爆引擎只是瞬間的事情，由此可見上首的強度有多好。而高雄潔麗的小葉就是Darton缸套的愛好者，在他不斷的嘗試下，他認為Darton缸套的品質絕對沒話說，這點從他過去在爬山賽中的渦輪喜美廠車可見一番。, y# {6 e: G; j8 s% l! G

從底部來看Darton缸套非常薄，而張先生認為這樣強度太弱，因此上首缸套設計的比較厚實。 * t, A& ~) @" ~  v

1 r/ j$ Q( S, J國內Darton Sleeves總代理上首企業，代理該品牌多年，不過由於國內對於缸套施工的技術不佳，加上Darton缸套價格頗高，因此植入缸套的改裝並不風行，有鑑於此，掌門人張先生針對Darton缸套進行研究改良，特地開發上首自製的改裝缸套，且針對目前相當風行的Swift M15A引擎進行試做。
8 Z7 S: |: x" c+ w1 _6 |

M15A引擎本體原本的汽缸可直接以油壓床取出，省卻車除汽缸壁的工作即可開始進行缸套形狀的車工。 6 x3 {3 l( D/ y6 i- D4 x

! m! |( F) k4 Y/ FM15A引擎活塞直徑與行程為78mm×78mm，而張先生認為這具引擎相當具有潛力，因為使用開放式水道設計，且原廠的汽缸只需使用油壓床即可逼出，比起封閉式水道引擎而言，施工更為便利。另一方面，M16A活塞直徑與行程為78mm×83mm、M18A為83mm×83mm，而這組缸套的直徑為85mm，M15A引擎若不更換曲軸、連桿，植入缸套後排氣量就能達到1770c.c.，若是更換M16A或M18A曲軸再將缸套擴大為86mm，即可得到1928c.c.的大排氣量，可以說是相當有潛力的改裝。
$ k- V# c7 b" }7 Z$ Z; }, L+ f

施工的第一步就是將底部切削成適合的大小。 ! q' \* P" ~1 C( Y! e; k

7 Y( e6 ?' E! W6 t

第二步就是切削出缸套中段固定座的形狀。 5 \' z# G* g1 s0 I  W, M# R

7 S- S# u& h0 x$ Y

第三步就是切削出頸部的固定座，這裡也是隨後壓入缸套最重要的地方。 # T2 O2 Z0 q4 W6 `5 ?

8 V( v; b: {1 }# p- r# U- g
在採訪當天，張先生特地以一具M15A引擎實際示範安裝缸套讓筆者觀摩，首先將原本M15A的原廠汽缸套以油壓床逼出，完成後的引擎本體就像本田B系列引擎車除汽缸壁一般，但施工時間卻省了數小時以上。接著將M15A本體架上由國外購入、價值數百萬的全自動車床上，進行與缸套相同形狀的切削動作，不過雖說是全自動機器，但張先生還不時守候在機器旁，拿著量規不時測量施工的精準度，同時不斷的清理切削下來的鋁屑，整個切削過程大約二個多鐘頭才完工，切削完成後，整個汽缸體必須經過清理，接著將四只缸套以油壓床壓入缸體，然後再以車床將汽缸平面車平，這樣才總算完成缸套植入的作業。
; `' G! s6 C% T

切削完成後，接著就是將四只缸套依序放入汽缸內。 ( ?0 P( ^2 z! |- a/ |

8 v, R2 b+ T5 Q; e% ~+ q+ r

最後以油壓床平均的將缸套壓入汽缸本體。 0 {3 \- c3 A5 J. K/ v0 k

5 U$ q& c% r4 N0 f) j( ]! H+ m

上述動作完成後就成了這個樣子，不過還需將汽缸平面車平才算完工。 6 t" L/ f0 N3 |

+ `3 M% U1 R' q% _$ I0 b' }

上首的掌門人張京州先生表示，早期國內發生一些植入缸套後失敗的例子，最主要的原因在於組裝時使用非專用的汽缸墊片導緻引擎過熱，並非缸套本身的問題。 " S" G) Y! Z& q. ?) W: C

2 W1 y- W$ U2 v4 X: Y( y( ^
張先生表示，由於缸套是自己設計生產的，因此價格得以壓低，以M15A的1770c.c.套件而言，缸套+鑄造活塞+施工要價僅7萬元，比起坊間落M18A約8萬元還要劃算，而且這組缸套強度非常高，配上鍛造活塞後直接外掛渦輪打上高增壓絕對沒有問題，是Swift改裝的另一項優質選擇。
6 O- ?/ G7 a* k% Q- E

除了缸套的施工外，筆者還發現了這組EJ25汽缸頭在燃燒室外側車了一圈凹槽，可以直接降低壓縮比以便將增壓值打高。   |9 ^/ H6 G- @. G' e+ O* V, y

3 k  Z* w) o0 e( P
驚見專業設備 ! Y8 Y& g; h9 F4 H1 F# C9 k
噴油嘴自動清洗、測量機
' s7 [2 i' Y# }在採訪的同時，筆者忽然注意到一台相當特殊的機器，就是在日本大改裝廠常見的噴油嘴清洗、測量機。通常改裝廠都會使用全新的改裝品，根本沒有人會注意噴油嘴使用一段時間後是否堵塞、噴油量是否準確。這台機器可以接上任何款式的噴油嘴，然後模擬噴油測試，最後可以由噴油嘴底下的量筒觀察每支噴油嘴的噴油量是否相同及足夠，若是噴油量發生異常或油嘴堵塞，可以利用左側的清洗機進行清洗，而這類機器在改裝廠中較為少見。
; x" F5 c& H4 N6 W* b

# }+ L* H. C2 u5 U% g

$ ~: F. j' \3 \' i

5 N  U" j% I1 x+ I0 x) y

0 P: N% B$ g+ O  F5 v

7 x0 m9 x$ f$ l$ J8 {3 O5 p9 `