在上一篇的動力之心系列文章中，我們了解到了各種引擎形式，而今天要深入了解引擎的細部結構。四行程引擎的汽缸頭在體積上，相較於引擎的汽缸部分，汽缸頭所佔的比例非常大，內部機械構造也複雜了許多。尤其是目前主流大馬力車所使用的DOHC雙凸輪軸引擎，其汽缸頭更是雄壯威武，這是因為其中包含了許多重要的機構而造成。Moto7將要帶你認識這個引擎運作的關鍵：汽缸頭。
汽缸頭佔了引擎很大的部分，但你有了解多少呢？
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汽缸頭在引擎的演進過程中，扮演的角色也越來越重要。早期在二行程引擎中，汽缸頭便沒有任何複雜的機械結構，只是一個可以讓火星塞鎖在上頭蓋子而已。若是再複雜一些，也僅是挖通水道，使冷卻水可以進入汽缸頭中、帶走爆炸帶來的高溫。
而說到四行程，以較早期的引擎為例，汽缸頭也沒有繁瑣的機械結構：汽門機構是放在汽缸旁，稱為側汽門式引擎。然而，隨著引擎的發展，汽門機構開始移至汽缸頭上，許多往復作動的零件也陸續改為轉動運作的零件，使汽門運作的效率更好、動力得以提升。
以下就來看看幾種不同、結構由簡單變至複雜的汽缸頭設計：
OHV
來自INDIAN的OHV引擎。
OHC
Over Head Cam，中文作「頂上凸輪」。引擎進化至此，除了汽門已經被放置於汽缸頭上，凸輪軸也被移至汽缸的頭上了，據此而命名。將凸輪移至汽缸頭上，經由鏈條或皮帶驅動凸輪軸，進而控制汽門的開閉。OHC好處便是凸輪可以較直接地控制汽門的開啟動作，更精準的汽門控制也帶來動力的提升。一般而言，OHC指的是單凸輪軸，也常加上代表「單一」的S（single）以SOHC來表示，與以下要介紹的DOHC作區別。
SOHC引擎藉由鏈條或皮帶驅動凸輪軸。
DOHC
Dual Over Head Cam，頂上雙凸輪軸。在SOHC引擎上，一根凸輪軸必須同時控制進汽門及排汽門。而DOHC引擎則以兩支凸輪軸分別控制兩種汽門，不需要透過搖臂來直接開啟汽門，便能提升運轉的精確度。除此之外，採用雙凸輪軸可以將火星塞放置於引擎燃燒室的正中央，增加燃燒效率。不過DOHC有著更複雜的缸頭機械構造，不只引擎體積較大，製造成本也大幅的增加。
DOHC引擎以兩根凸輪軸分別控制進氣與排氣，並可將火星塞放置於引擎燃燒室的正中央，增加燃燒效率。
汽門的相關技術
隨著汽缸頭構造的演進，汽門數目也是日益增加。現代大部分的四汽缸車種採用了DOHC搭配十六汽門的設計，增大進氣及排氣效率。汽門的基本配置至少需要一個進氣門及一個排氣門，也就是常聽到的2V設計，其中「V」也就是Valve（汽門）。在演進過程中，工程師發現進氣效率不夠好，於是在進氣端加了第二個汽門，成為三汽門的引擎，也就是兩個進氣門，一個排氣門的配置。為了能有效地利用汽缸頭的面積，衍生出四汽門，兩進兩排的設計，成為了近代引擎最常見的配置。
不過在機械的世界總可以看見一些「異類」，YAMAHA也曾經在R1及MotoGP賽車上使用了五汽門的技術，以提升進氣效率進而取得更強大的動力峰值；但由於機構太過於複雜，而且五汽門限制了汽缸設計的靈活度，如今已改回四汽門的設計。
98年R1 的引擎分解圖，在圓形活塞下，擠進了三進二出的五汽門。
汽門重疊
為了提升進氣及排氣效率，進氣門及排氣門並非關了一個才開另一個的順序在運作，而是有互相重疊的情形。舉個例子，在排氣行程及進氣形成交替時，在排氣門還沒完全關上時，進氣門便會提早開啟，以獲得更多的進氣量，提升容積率。雖然可以藉由提升汽門重疊的時間，提升容積率與高轉速的動力表現，但同時也會讓低轉速域的扭力流失。
可變技術
以凸輪軸來控制汽門，是以凸輪的形狀來掌握汽門的開啟時機、開啟時間之長短及開啟深度。每一支凸輪軸都只能提供固定的汽門運作模式，若需要加以改變，必須修改凸輪軸。更進一步，每一種汽門運作方式也決定了引擎的特性，究竟這顆引擎是屬於低轉扭力型或是高轉馬力型，凸輪軸的設計有深遠的影響。
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如果想要兼顧各轉速域的動力輸出，便需要可變機構來作即時的調整。以汽門重疊角度來說，若想再高轉速域發揮馬力，則必須採用更多的汽門重疊角，想要在低轉發揮扭力，便需要採取較少的重疊角度。若一顆引擎需要能兼顧高、低轉速的動力輸出，凸輪軸便必須有所切換或是在轉速升高的過程中略作改變。HONDA的CB400便利用VTEC可變汽門技術，使凸輪軸在低轉速及高轉速會提供不同模式的汽門控制。使400c.c.的引擎在高轉速能達到較大馬力的輸出，中低轉速於也不會流失應有的扭力。
可變汽門系統能兼顧各轉速域的動力輸出做出調整。
在了解了汽門的運作方式後，就不得不再進一步的認識引擎系統進排氣的運作。在下一集的動力之心中，我們除了會認識到RAM-AIR、排氣可變系統等增強進排氣效率的功能。
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