曾教授與古董保時捷

Chapter 2 引擎介紹

            2.1.1  引擎整體構造

            2.1.2  引擎重要零件介紹

            2.2.1   引擎動力介紹

             2.2.2   汽門方式分類

            2.2.3   汽缸排列方式分類

2.1   引擎零件介紹

2.1.1  引擎整體構造

圖13、圖14是引擎的剖視圖及側視圖，藉由這兩個圖可以先對引擎整體零件分佈有一個大致上的概念。

2.1.2 引擎重要元件介紹

以下重要元件將由引擎運作的中心軸“曲軸”開始介紹起，由內而外，至引擎外殼止。

 a)曲軸(crankshaft)

       與連桿相接，經活塞的往復運動轉換成旋轉運動。

       由曲軸的旋轉帶動正時齒輪，再透過正時齒輪的傳遞而旋轉，用以控制汽門的開閉及驅動其他機件，如分電盤，汽油泵，機油泵等。

曲軸與凸輪軸在這裡一併解釋，因為這兩者的關係是密不可分的，其相對位置圖如圖

為什麼需要正時？

在進氣、壓縮、燃燒爆炸、排氣四個行程當中，曲軸要轉兩周，而進氣門和排氣門只需動作一次，因此，必須讓凸輪軸轉速是曲軸轉速的一半，才能上下合拍，達到正時，圖22。因此凸輪軸齒輪直徑是曲軸齒輪直徑的兩倍大，以使它轉速慢下來，而這兩齒輪就是經由正時鍊條而連在一起的。

          可將活塞的往復運動變為曲軸的旋轉運動。如圖19

活塞的直線運動怎樣變成動力輸出軸的旋轉運動？

活塞在氣缸內部是直線的往復運動，但他的動力輸出軸卻是旋轉運動，其實這情形與我們騎自行車時類似。膝蓋便是活塞，小腿及腳踝便是連桿，而踏板就是動力輸出軸，如圖20

     1) 活塞材質   

         活塞的工作條件最嚴酷，可以說是汽車心臟中的心臟，汽車所產生的每一分力量都是靠活塞發出來的。其不但要承受巨大的壓力，而且要承受非常高的溫度，活塞的行進速度有時可達到20m/s。因此，對活塞的材質及製造精度都是非常要求的，通常由鋁合金製成具有以下特性:

              1.比鋼或鑄鐵輕

              2.具有良好的導熱性

              3.有良好的強度，是相當耐磨損

              4.具有較高的熱膨脹係數

2) 活塞結構

       活塞頂端完全取決於燃燒室的要求，頂端採用平頂或接近平頂設計有利於活塞減少與高溫氣體的接觸面積，活塞頂的工作溫度通常在200 ˚C ~300˚C。

2.  活塞環槽:

     用於安裝活塞環，活塞環的作用是密封，防止漏氣和防止機油進入燃燒室。

3.   活塞裙:

      指活塞的下部分，它的作用是儘量保持活塞在往復運動中垂直的姿態，也就是活塞的導向部分，其中Split  skirt(圖a) 和Skirt cut away slipper piston  (圖b)在運動過程中可以減少噪音和摩擦重要設計。

4.  活塞銷孔:

     活塞通過活塞銷與連杆連接  的支承部分，位於活塞裙部的上方。

         安裝於汽缸蓋上，可分為進氣門(intake valve)和排氣門(exhaust valve)，作用為配合工作循環適時地開啟或關閉，作進汽(混合氣)與排氣(廢氣)。圖15

A.   汽門夾頭(valve collets)

B.   汽門彈簧座(valve spring  retainer)

C.   汽門彈簧(valve spring )

D.   閥桿密封(valve stem seal)

E.   缸蓋(cylinder head)

F.   汽門(valve):The valve seat is normally cut atan angle of 44.5˚ on the head of the valve; the mating valve seat in the cylinder head is cut at anangle of 45˚. This provides a gas-tight seal when the valve is closed.(圖1)

氣門數為何不能太多？

氣門較多發動機性能也較好，但多氣門的設計較複雜，汽門驅動方式、燃燒室構造及火星塞位置都要精密安排，而且製造成本高，工藝要求先進，維修也較困難，其帶來的效果並不是特別明顯，或者說有點不太划算，因此現在基本放棄每缸5氣門的設計，而採用更為流行的每缸4氣門。

         用汽油為燃料之引擎，需靠火星塞來適時幫助點燃而燃燒爆炸產生推力，以推動活塞成為機械能。

         與曲軸相接，同時旋轉，因其質量夠大，可藉由其慣性作用儲存動力，使曲軸、活塞能夠平穩的旋轉。其位置關係圖見圖23、圖24

飛輪為什麼能儲存動能？

飛輪的作用是用來儲存引擎的運動能量，利用重量和直徑都較大的飛輪先把動能儲存起來，便可帶動曲軸平穩運轉。

飛輪儲存動能原理有點像小孩子玩的陀螺，圖25

h)    搖臂室蓋 (rocker cover)

            是一個油密蓋，以防止凸輪軸所需要的潤滑外漏。

         汽缸蓋是蓋住汽缸的頂部，但汽缸的底部是開放的，當引擎運轉時，活塞可在汽缸蓋下方的汽缸內上下運動，通常以鑄鐵或鋁合金製成。

j)    汽缸體(cylinder block)

       為引擎重要的部分，用以支撐其他機件，通常以鑄鐵製成。

氣缸數為何不能太多？

氣缸數的增加不能無限制，因為隨著氣缸數的增加，引擎的零件數目也成比例的增加，從而使得引擎結構變得更為複雜，降低引擎的可靠性，增加引擎重量，提高製造成本和使用費用。

         主要功能是為儲存潤滑引擎的機油。

2.2  引擎型態的相關介紹

2.2.1   引擎動力介紹

step1  

step2  

step3  

step4  

2.2.2   汽門方式分類

                 OHV、OHC、SOHC、DOHC 是甚麼？汽車介紹網站或是汽車雜誌上面會看到這些字眼，它們有甚麼關係？這些又有甚麼分別？其實這些字眼所指的是汽門排列的方式。如下圖

在上圖的分類當中，市面上最常見的汽門排列形式以I型頭的為最多。

      引擎的凸輪軸被安裝在汽缸體的側邊，其軸上的凸起會將上方的直立連桿往上推，帶動活塞與汽車上方的搖臂，搖臂的另一端就會以蹺蹺板的方式向下將汽門壓開，以進行進氣與排氣的動作。其結構如圖26

        頂置凸輪軸式顧名思義就是凸輪軸的設計位於汽缸頂部，而這之中又可以再分為SOHC (Single Over Head Camshaft)；單頂置凸輪軸以及DOHC(Double Over Head Camshaft)的雙頂置凸輪軸。

單頂置凸輪軸  

雙頂置凸輪軸  

2.2.3  汽缸的排列形式介紹

        市售的車款，在尾部常常會看到帶一個「V8」等等的字樣，其實V的字樣即是代表其引擎排列的方式。引擎排列的方式很多種，最主流的排列方式有以下幾項。

直列式引擎，一般縮寫為“L”，如L4就代表著直列4缸的意思。這種引擎的所有氣缸均是按同一角度併排成一個平面。

V型引擎是指將複數汽缸分成兩部分配置於曲軸的左右兩邊。將汽缸分成兩邊呈V型可縮短因汽缸數目的增加而增加的引擎長度。其結構如圖32

V型汽缸的設計會因汽缸數量的不同，而有60°、90°、120°三種常見的角度。角度方面的話以90°夾角最優。

 

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V型引擎在市面上即為性能車款的象徵，故其代表車款大家都能耳孰能祥，以下是大家最常拿來做比較的車款

 

 

 

 

c)W型引擎

          將V型引擎的每側汽缸再進行小角度的錯開(如VW汽車的W8型引擎為15°)，就成了W型的引擎。

 

          W型與V型的引擎相比，可以將引擎做得更短一些，曲軸也可短一些，這樣就能減少引擎所佔的空間，同時期重量也可減輕一些，但它的寬度更大，引擎室也會被塞得更滿。

 

   

 

—W型引擎為何現在應用較少？

 

W型引擎相對於V型引擎最大的問題是引擎由一個整體被分割為兩個部分，在運作的時候會引起很大的震動，因此現在市面上採用此種形式的車款極少。

 

 

 

d)水平對臥引擎

 

         水平對臥引擎( boxer engine )，英文含意就是“拳擊手引擎”，活塞運動的時候就像拳擊手的拳頭一樣，你來我往互不相讓。水平對臥式引擎將汽缸分成兩等分，以曲軸為中心呈現180°分列左右的形狀而得名。如圖40

   

 

—優點：水平對臥式引擎的優點是其活塞的往復運動為左右相對稱運作，所有震動幾乎都可抵消，因此引擎的運轉相當平順甚至比V型引擎更好。

 

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缺點：水平對臥式引擎最大的缺點就是生產成本太高而且打造費時。

 

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代表車款：目前市面上有大量採用此種引擎的車廠，最知名的為德國的Porsche和日本的Subaru。