XIAOZHONGMING

2014-5-14  来源：-  作者：-

    引擎的组成─汽缸头

　　说到引擎，我们就先从引擎的组成开始介绍。很多人会说引擎不就是引擎，感觉引擎是车辆的一个部件，而不知道其实引擎是由许多区块所组成。这些区块各司其职缺一不可，这回以大区块来作介绍。

　　机车引擎比汽车引擎还要精密，功能也更多。机车引擎可以分成三个部份，由上而下分别是汽缸头、汽缸及变速箱组合而成。之所以机车引擎更复杂也更精密，就在于机车引擎必须做到体积小与重量轻，最重要的是机车引擎包含变速箱，而汽车引擎是与变速箱分离，相较之下汽车引擎就单纯多了。

   


　　汽缸头的工作主要是负责进气与排气，所以拆下汽缸头可以清楚看见圆形的进气阀门与排气阀门。阀门的数量因原厂设计而各有不同，最基本的就是二汽门，一个气门负责进气，另一个负责排气。而四汽门就是两个进气两个排气，但也有特殊设计如二进一出的三汽门，更有三进二出的五气门。


     汽缸头本体

　　汽缸头中的圆形阀门就是进排气阀门，大的阀门负责进气，小的阀门负责排气。

　　汽门数多寡能决定进排气的效能，汽门数越多表示燃烧效率越好，车辆在高速时的性能表现就越佳。如同一个人的肺活量越大，他的活动力就越强。所以在同排气量之下，使用四汽门的车辆尾速会比二汽门更高。

　　汽缸头在引擎的组成中扮演重要又吃力的角色，因为汽缸头正处于燃烧室的上端，加上燃烧后的废气温度极高，若汽门的耐热与耐久度不佳，很容易会造成汽门烧毁的惨况。

　　汽缸头中进排气阀门解剖示意图，四支阀门的下方就是活塞。


     引擎的组成─汽缸与变速箱

　　汽缸的工作就单纯许多，汽缸本体多为四边形，造型因型式与设计各有不同，但相同的是本体中都会有个圆柱体空间，这个部分就是汽缸的原貌。汽缸的工作很简单，就是容纳油汽的空间。汽缸就好像一个空罐子，当汽门进气时油气就会导入汽缸中。所以引擎的cc数就是汽缸容积量，汽缸容积量越大引擎cc数就越大。汽缸中有活塞，活塞能够在汽缸中上下活动，当油气在燃烧室中爆炸后，强大的力道会推动活塞由汽缸上端推向下端。这时连接活塞的曲轴连杆就能转动曲轴进而产生动力。

　　汽缸本体就像是个空罐子，中空的圆柱空间就是活塞置入的地方。


     活塞本体

　　变速箱里面有变速齿轮，藉由不同大小的齿轮比让车辆能够换档加速。而变速齿轮最后会推动传动的前齿盘，藉由传动系统将动力传达到后轮。因为变速箱中必须要装下变速齿轮，所以体积庞大，也是引擎各部位重量最重的部份。

     四行程与二行程的差异

　　我们常听到四行程与二行程引擎，许多人大概只知道二行程马力大，汽油要混合机油，而且很容易喷白烟。到底二行程跟四行程有什么不同呢？

    引擎行程就是引擎燃烧时活塞向上或向下一次的作动，以四行程为例，燃烧一次的步骤分别为进气、压缩、爆炸、排气这四个行程。而二行程是将进气与压缩为一个行程，爆炸与排气为一个行程，所以四行程引擎是曲轴转两圈爆炸一次，而二行程是曲轴每转一圈就爆炸一次。由这样的不同就可以了解在同排气量下，二行程的引擎效率会比四行程好上一倍，性能自然是二行程优于四行程。

     GP125是GP赛事中仅存的二行程组别，但也即将走入历史。

    既然二行程的引擎效率这么好，为什么许多车厂决定停止生产二行程，甚至台湾法规已经严格禁止二行程新车挂牌上路？这又必须回归到环保的观点，二行程的效率是四行程的一倍，理论上马力也会大上一倍，但是二行程的油汽燃烧效率不佳，扣除燃烧效率不佳造成的动力损失，二行程的马力约是四行程的0.5倍。但是重点出现了，就是燃烧效率不佳的问题，这会造成油耗过大与废气排放不合规定。

    有些人认为二行程引擎就此淘汰会不会太可惜？其实也不必这么悲观，二行程引擎因为燃烧效率不佳，引擎的排气量无法太大，因为排气量越大，燃烧不佳的状况就越明显，这也就是为何二行程引擎车款的排气量多半不大的原因。相对四行程引擎的燃烧效率佳，能够对应至大排气量设定，藉由大排气量也能够创造强大的引擎动力，所以二行程引擎会逐渐消失也就不足为奇了。

     四行程已经是各大赛事的主流，这也会直接影响车厂市售的方向。


     水冷、油冷与气冷

     除了引擎型式外，也会常听到有人讨论水冷引擎与气冷引擎的不同。这些不同的引擎冷却方式也与引擎类型有密切关系。

     水冷引擎顾名思义就是以冷却液来冷却引擎，所以水冷引擎会有水冷排与水箱这两个主要部件。水箱中装有冷却液，以前会有人使用蒸馏水作为冷却液，水的沸点在100度，而引擎的温度有上百度之高，以水做为冷却剂有可能造成水沸腾气化，影响冷却的效果也会加速水箱生锈。现在都使用专用的冷却液，冷却液一来能防冻比热也较高，能够增加冷却的效能。

     水冷引擎的原理是引擎运作中，冷却液会由水泵浦抽入设置在汽缸中的水道，流经汽缸时带走热度，最后来到水冷排由散热鳍片接触外面的空气，让空气把鳍片上的热源带走。如此不断的循环就能够稳定引擎温度，但水冷引擎有个缺点，在车辆静止时因为水冷排无法撞风，造成水冷排无法散热，水温会直线飙涨，纵使有散热风扇其效能也有限，尤其是台北市的红灯秒数很高，停红灯确实会让水冷车温度过高。

     油冷系统中机油冷却的油冷道，图中是CB1100的冷却示意图。

    油冷与气冷许多人根本分不清楚，一般装有油冷排的车，其实多半是气冷车，既然是气冷车那怎么会有油冷排呢？目前许多装有油冷排的车款，主要的目的是稳定机油的工作温度，所以机油是直接从泵浦打入油冷排散热。但这么做只是降低机油温度，并没有降低汽缸与汽缸头的温度。或许机油多少还是有些微的散热作用，但无法带走引擎本身的热源，引擎还是需要依靠汽缸上的散热鳍片来降温。所以这类引擎还是属于气冷引擎。

   到底有没有真的使用机油冷却的油冷系统呢？答案是有的，最近刚好有一辆新车就是使用油冷引擎，HONDA的CB1100就是使用油冷系统，但机油的冷却效果还是不及水冷，所以引擎本体还是有散热鳍片。至于经典的油冷车就要提到SUZUKI的GSX-R1100，这款油冷跑车是许多资深玩家心目中的经典。

    至于气冷引擎就相当单纯，引擎单纯由空气来冷却，所以单汽缸引擎多半会有巨大的散热鳍片增加散热效能。

    气冷引擎最大的特色是汽缸外围有许多散热用鳍片。
    前叉后方的巨大冷排就是水箱的原貌。
    单纯冷却机油的油冷排，特色是冷排面积比水冷排小许多。
    有些车具有水冷系统与气油冷系统，DUCATI的STREET FIGHTER就是这样的设计


     单汽缸引擎

    单汽缸是引擎最基本的型式，由一个汽缸与活塞负责引擎的运转。单汽缸的引擎多为中小排气辆车款使用，而且以速克达居多。单汽缸引擎因为构造简单，维修方便且价格便宜，应用相当广泛。如割草机跟发电机大多是单汽缸引擎。

    单汽缸引擎因为造价低廉，所以不少使用单汽缸的车种在售价上也较为亲和。可惜单汽缸因为只有一颗活赛负责引擎运作，所以转速无法拉得太高。单颗活塞运作本来就很吃力，若提高引擎的转速，很有可能因为负担过大而影响耐用度。所以单汽缸引擎主要用于适合高扭力的车种，如商用车，通勤车或者是滑胎车及越野车。这类型的车款共同特色就是使用者不需要太大的马力，而是需要足够的扭力，这么一来单汽缸引擎就成为优先考量。只要转速不高，单汽缸引擎能有很好的耐用性。

    单汽缸引擎还是有特例存在，在二行程时代，单缸跑车也曾经风靡一时，如现在的GP125就是使用单汽缸二行程引擎，并且能够压榨出相当高的转速，当然前提是引擎只用于竞赛，耐久度就不会是主要的考量因素。但最近值得注意的，就是GP125将改制为四行程250的Moto3，规定须使用四行程单汽缸250cc引擎。目前已经有厂商公布Moto3的原型车，虽然转速尚未公开，但已经确定这具引擎能压榨出40hp的马力，可以合理怀疑这是一具高转速引擎。在科技不断进步之下，单缸高转引擎很有可能为市售车采用。

     单汽缸引擎的特性

    单汽缸最大的特点就是引擎震动非常明显，因为是单活塞独立运作，所以活塞上下推动时会产生明显震动。对于震动的问题，有些引擎会配置反向式平横轴，由平衡轴的反向推动原理抵销活塞运作时的震荡。由于这种平衡轴只能减少些许的震动，对于改善单汽缸引擎震动过大的先天问题效果有限，以至于就算装有平衡轴的引擎，转速设定上也不能够太高。引擎的震动过大，提高转速也就困难许多，车厂之所以将单汽缸引擎装多装置在非运动型车款也正是这个因素。
单汽缸引擎虽然有震动过大的问题，但也有它过人之处。因为引擎只由一颗活塞单独作业，引擎的动力反应非常灵敏。只要转动油门引擎能够快速反应，配合高扭力的设定，很适合用在越野车及滑胎车。加上单汽缸引擎本身构造简单，重量也比多缸引擎轻，所以目前各大知名越野车品牌，都以单汽缸引擎为主力。如知名的KTM、Husqvarna、SUZUKI 的DRZ400，这些在各类越野赛中的主力车款，清一色都是使用单汽缸引擎。所以在SUPERMOTO的世界中，是由单汽缸引擎主宰。

    单汽缸具有反应快扭力高的特性，很适合越野车使用。

     并列双汽缸引擎

    直列双汽缸引擎可算是单汽缸引擎的延伸版本，使用两个汽缸及活塞，其余部分与单汽缸引擎大同小异。
并列双汽缸引擎所能输出的马力比单汽缸大了些，但引擎的马力及扭力还是要看车厂如何做设定。同排气量下，马力之所以能够高于单汽缸，原因就在于两颗活塞在运作时，本身就能够互相抵消一部份的震动。震动减少后，引擎要拉高转速也就轻松多了，所以并列双汽缸引擎的马力峰值比单汽缸引擎高。

    震动减少只是其中一个原因，最主要的原因是并列双汽缸引擎因为是由两组汽缸头、汽缸与活塞分工合作，以相同排气量，并列双缸单颗活塞的负担只有单汽缸活塞的一半。所以压榨更高转速时，活塞与汽缸的损耗也比单汽缸低。这种感觉就好像要推动同一颗石头，两个人推会比一个人推还要轻松，要推得快一点也就简单多了。

     并列双汽缸引擎的最高马力虽然比单汽缸高，却没有很复杂的构造，所以并列双汽缸引擎的造价也不会太高，引擎本身的体积也不会太大，所以并列双汽缸引擎多装置在通勤车或速克达。

     双汽缸引擎的体积比单汽缸大了一点，构造同样相当简单。

     并列双汽缸引擎的特性

     并列双汽缸的震动确实比单汽缸引擎小，但是震动的感受还是非常明显，只能说程度上比单汽缸引擎轻微一些，而排气声浪与单汽缸引擎非常类似，所以骑乘并列双缸引擎车款，感觉就像是骑着一台比较不会震的单汽缸车。

     由于并列双汽缸引擎能够压榨出更高的转速，因此有车厂将并列双汽缸引擎装置在小排气量的跑车上，KAWASAKI的NINJA 250R就是最佳的例子。

    并列双汽缸引擎还有一大优势，就是引擎体积只比单汽缸大了些，所以很适合装置在中小型车款。近来并列双汽缸引擎成为大型速克达的主流，速克达碍于车体设计的缘故，无法放置体积过大的引擎，所以早期一直以单汽缸引擎为主流。随着速克达的排气量越来越大，震动过大与马力不足的单汽缸引擎就不适合运用在大排气量设计，工程师进而将目标转移到并列双汽缸引擎。最成功的案例就是YAMAHA推出的T-MAX500，这款500cc大型速克达就是使用并列双汽缸水冷引擎。更重要的是T-MAX500成功将并列双汽缸引擎的优势彻底发挥，使T-MAX500成为速克达世界的超级跑车。直至现在各大厂推出更大排气量的速克达，这些车也多采用并列双汽缸引擎，甚至今年米兰BMW发表的速克达概念车Concept C，虽然还只是一辆概念油土车，但BMW已经宣布这款速克达将配备并列双汽缸引擎，赶上这波大型速克达风潮。

     使用并列双缸的KAWASAKI VERSYS650是中型多功能车的代表。

     嬉皮车也有采用并列双缸的机种。

      并列三汽缸引擎

     并列三汽缸引擎是由三个汽缸并列，引擎本体的体积也大于并列双汽缸引擎。并列三汽缸引擎的能见度比较低，它是介于并列四缸与并列二缸之间。在性能上并列三汽缸引擎能够创造大马力，前文中提到的并列双汽缸引擎不适合高转速，但延伸成为并列三汽缸引擎后，达到的运转速度远高于并列双汽缸引擎。配合目前引擎科技不断进步，并列三汽缸引擎能够装配在中量级超跑上。并列三汽缸引擎看似奇怪，其实这样的设计能有不少优点。首先引擎的震荡比并列双缸小很多，要将转速设定在高转也不是难事，能以高转能够换取大马力这是无庸置疑的。再来是三汽缸本身的先天优势，就是能保有足够的扭力，在马力与扭力两者都能兼顾的同时，并列三汽缸的发展性就宽广多了。

    然而看似两者兼顾的同时，扭力无法像单缸或双缸来得大，马力却又无法大到能比拟四缸车。所以在这尴尬的定位中，并列三汽缸引擎就成为少数车厂的特殊设计。但使用并列三汽缸引擎的车款，还是受到许多骑士的好评，更有三缸跑车在许多赛事中击败四缸车拿下优异的成绩。


     三汽缸引擎的传动箱


      并列三汽缸引擎的特性

      由理论中可以知道，并列三汽缸引擎应该是马力介于双缸与四缸之间，震动比双汽缸引擎小却无法压榨能与四缸相比的转速。这些推论似乎逐渐被推翻掉，最经典的例子就是Triumph当家跑车Daytona675。这款三缸中量级跑车确实带来震撼，因为三汽缸引擎的技术不断进步，在点火与各项调校之下，并列三汽缸引擎的特性已经非常接近并列四缸车，虽然最高马力无法与四缸车抗衡，但充足的扭力却是四缸车所没有的。在这样的条件下，车辆的反应与灵敏度都有不错的表现，以致于Daytona675能在欧洲赛事中击败日本四缸车。每年的MONSTER BIKE评测，Daytona675也连续两年拿下600级组别的冠军，虽然排气量比600cc多了一些，能够拿下优异的评价可不是因为多那75cc就能赢得。
直列三汽缸的引擎配置除了使用横向放置，也能使用纵向放置。Ttiumph中排气量高达2300cc的Rocket III就采用纵向放置。因为引擎的重量过大，加上大排气量让引擎的惯性更明显，采用纵向放置能够避免车体过宽，并能避免惯性影响骑程。所以三汽缸引擎有不错的发展性。

     Daytona675优异的表现成为跑车界中少见的三缸怪兽。

     真正的三缸大怪兽Rocket III是不折不扣的加速王。

     并列四汽缸引擎

     并列四汽缸引擎是目前应用最广泛的多缸引擎，技术也非常成熟。但早期并列四汽缸引擎可是非常稀有的高科技产品，更何况还是搭载在机车上。
   
     并列四汽缸引擎是由四个汽缸组成，因为并列四汽缸的结构复杂，所以造价也比一般引擎高出许多。这款引擎之所以会成为主流，是因为引擎的性能相当优异，并且可藉由不同的调校创造不同的引擎特性。

     四汽缸引擎的复杂之处就是要如何安排四个汽缸的作动，所以点火设定就格外重要。不同的点火设定会有不同的特性产生，但因为有四个汽缸同时运作，所以并列四汽缸引擎的震动比并列三汽缸引擎小得多。少了震动又能创造大马力，且能够对应大排气量，并列四汽缸能成为主力引擎一点都不奇怪。


     四汽缸引擎解剖示意图

    到底是哪辆车展开直列四缸机车的历史，这就要回朔到1969年HONDA首次发表的CB750。这辆率先使用直列四汽缸的CB750，在当时可说是划时代的创举。在还是以双缸为主的时代中，直列四汽缸机车就像是高科技的结晶，因为技术门槛很高加上造价昂贵，CB750成为当时最先进的机车。平顺的引擎输出与良好的耐久性，让全世界见识到直列四汽缸引擎各项优异的表现，直至今日回头来看CB750这辆车，完全没有一丝落伍的感觉，这也造就现在日本车厂能拥有先进四缸技术的原因。

     四汽缸引擎上头可以明显看见四个火星塞盖，下方就是四个汽缸。