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今天要延續上一次和大家聊「你的引擎到底有幾缸?」,在上一集的單元,我們跟大家聊了包含單、雙缸引擎的特性,其實單缸引擎就是我們最常見,大家一定都有接觸過的的引擎形式,再來雙缸引擎就分很多,包含直列雙缸、V2的雙缸,甚至L-Twin的雙缸,這就是各車廠展現自己特色的戰場,所以雙缸引擎其實也是在市面上最具特色,或是每一家車廠幾乎都有雙缸引擎;而今天要接下去和大家聊一聊,包含三缸、四缸、五缸還有六缸引擎,它們特別的地方在哪裡?

【延伸閱讀】
你的引擎是幾缸?各種缸數的引擎特色|單、雙缸篇

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四缸引擎

為什麼要多缸引擎?

首先並不是要從三缸引擎開始談,而是最常見的四缸引擎。四缸引擎它的排氣量大概從250c.c.開始,一直到1,600c.c.,級距範圍很大很廣,包含很多運動車款、街車都是以四缸引擎為基礎來做開發的。為什麼要做到四缸引擎而不是用單缸引擎、雙缸引擎就好?很重要的一個原因是,當各車廠在追求更大的排氣量、更大的動力,同時車廠的技術人員發現,活塞做的越大,燃燒會不好控制,也就是效率會變差;同時因為活塞做的越來越大顆,所以它上下運動速度的極限就會變低,也就是說當排氣量變大,它的轉速上不去,因為活塞越來越大顆了,所以要把它分成多缸來做。

KAWASAKI Ninja ZX-25R。

為什麼要追求高轉速?

以四缸的排氣量來說,四個汽缸來分擔整顆引擎的排氣量,那麼原本1,000c.c.的排氣量就不會是集中在單缸,而是四缸,每缸就是250c.c.。如此一來,每一缸的活塞就可以做的比較小,排氣量也比較少,就回到原本比較小排氣量的狀態,也比較好控制燃燒的狀況、效率,再來活塞運動的速度也能增加,也就是說轉速可以往上提升。為什麼我們會希望引擎的轉速是往上提升的?為什麼我們不用低轉速扭力輸出就好,而是希望它越來越高轉?很簡單,轉速就是每分鐘曲軸轉的圈數,或者可以把它解釋成是每一分鐘引擎爆炸的次數,每一分鐘引擎爆炸幾次就可以產生幾次的能量,所以轉速越高,爆炸的次數就越多,能產生的能量動力就越大,就是一個這麼簡單的道理。



我們希望把引擎的轉速越做越高,因為它爆炸的次數就會變多,產生的動力當然越大,這就是為什麼一般的引擎來說,低轉的馬力比較小,可是越往高轉馬力反而會變大。為什麼不把轉速做到無限延伸,做到兩萬轉、三萬轉、四萬轉?還是有其他原因的,因為轉速越高活塞運動速度越快,也就是吸氣、進氣的速度就會很快,原本可能有半秒鐘可以吸氣、進氣,轉速越高可能只剩下1/10秒,甚至1/20秒、1/60秒來進氣,不管是燃油或是空氣其實都有一定的慣性,時間太短能被吸進來的量就減少了。因此活塞在整個轉速攀升的過程中,進、排氣的效率反而有可能是變差的,這一點就可以從扭力曲線來看到。

多缸引擎的缺點

一般來說不管是單缸引擎或是多缸引擎,它的扭力曲線從低轉開始到中轉速、到最高,再來又會降低,代表說它爆炸的扭力,其實力道是又變小的。另外一個問題是,既然多缸有這麼多好處,那是不是把汽缸做的越多越好?這也不是!因為多缸引擎自然會有比較大的體積與重量,而且機械結構也相對複雜,從騎乘方面來說,當引擎變得這麼寬,那整台車在傾倒的過程中就會變得很緩慢、遲鈍,所以操駕的感受也不好;所以總結來說多缸引擎還是有缺點,就是機械結構會變得比較複雜,有些引擎會比較胖,對於騎乘感來說也是扣分的。

KAWASAKI Ninja ZX-10R。

並列四缸引擎的特色

接著就要來細談一下四缸引擎究竟有哪些特色?首先最常提到的特色就是轉速域是比較高的,而且高轉速有高出力,它的動力是非常綿密的,聲浪也非常綿密好聽。另外一個部分就是它的扭力曲線一般來說是比較平順的,從低轉開始它並不會突然往上升,而是產生一個比較順暢的扭力曲線的輸出;以並列四缸引擎來說,這也是日系四大廠展現技術的一個戰場,所以他們基本上當家的仿賽車都是採用並列四缸的設定。

HONDA CB650R的四缸引擎。



並列四缸引擎在運作上會有什麼特色?它有四個汽缸、四個活塞,而它的分布是兩個活塞在上,兩個活塞在下,運動的時候,兩個活塞往上移動,旁邊的兩個活塞往下移動,所以一直上、下、上、下,而外面的汽缸是反過來下、上、下、上。整體來說,兩上兩下活塞作動的分佈就是最常見的設定,這樣的設計有什麼好處呢?兩上兩下它們的震動是互相抵消的,所以震動是比較小的。第二個部分,再加上爆炸把它變成是平均的分布,可以造成曲軸在轉兩圈的一次週期裡面,爆炸是等間隔的平均爆炸,所以四缸引擎會有非常綿密的聲浪,就是因為它的爆炸是四缸輪流,而且都是等距的間隔。

HONDA CB400。

Big Bang 不等距間隔爆炸

同樣是直列四缸引擎,大家一定會想到現在的YZF-R1,它的引擎的爆炸聲真的非常特別,因為它採用了所謂的Big Bang,不等距間隔的爆炸排列,為什麼會有這樣的想法呢?以四缸而言它的動力是非常綿密的,而且爆炸是等距的,照理說應該是非常的好,但是在整個動力提升的過程中,技術人員發現,當採用等距間隔的爆炸,輪胎在抓地的時候會一直處於一個變形的狀態,也就是說胎面是長期處於變形的狀態,而且是很穩定的一直在變形,這樣抓地力反而變的比較差,那要如何抓地力會比較好呢?就是在等距的間隔中稍微調整一下,讓它的爆炸是有休息的,那當然一邊如果休息的比較多,另外一邊的爆炸就會變的比較密。

YAMAHA YZF-R1M。

既然會產生出不等距的間隔,就是比較長的休息會停兩拍,那麼在下一回合就必須要有爆炸,它是連續的爆炸,否則整個順序就會大亂,因為最重要八拍裡面就是要爆炸四次,如果以等距來說就是很平均的,每爆炸一次休息一拍,再爆炸一次再休息一拍,但如果說同樣的八個拍子裡面,我們要讓它產生是不等距的話,就是要移動其中的幾個,就會產生有的時候休息比較久,而有一邊它的爆炸是比較綿密的,所以聽起來,R1現在它的引擎聲如果到高轉速,可能還聽不出來,但低轉速的就會有一種,好像有一點突然要往前加速,又停一下,又突然往前加速,這跟曲軸的運轉速度也會有關係,因為當連續爆炸的時候,速度當然是加的比較快,停頓的時候,曲軸運動的速度又會慢下來。這就跟我們之前講的哈雷的馬蹄三拍有一點類似的狀況。

2020 YAMAHA YZF-R1M。



Crossplane 十字曲軸

究竟為什麼可以從原本的兩上兩下的曲軸,讓它可以產生Big Bang呢?這其實是有一個改變,它是把曲軸的分佈做一個硬體上的調整,並不只是去改變點火的位置。YAMAHA把原本兩上兩下的設定,把這個曲軸拆開變成十字形,也就是英文的「Crossplane」,所以台灣我們也稱它為十字曲軸,就是它的引擎活塞是每一個活塞都有自己的規律,不再是兩上兩下各兩組,而是把它拆成四組,所以曲軸在轉一圈的過程中,各個活塞會分別的來進行,往上下這樣的運動,再加上它把點火的角度做一個調整,就可以產生像剛剛示範的Big Bang不等距的爆炸點火。

Crossplane 十字曲軸。

不等距間隔爆炸對輪胎抓地力的幫助

Big Bang不等距間隔爆炸點火讓輪胎休息的時間變的比較長,休息時間變長它就可以從原本變形的狀態回復到原本的狀態,再來去輸出動力,所以整體來說它的抓地表現會比較好。以四缸而言,Big Bang在高轉馬力輸出時的抓地效果會比較好,所以大家要有一個概念,問題不在於引擎能產生多少的最大馬力,問題在於輪胎能將多少馬力咬到路面、推動車子來做加速,這才是重點。工程師就是利用不等距的點火,讓它輪胎從原本一直在變形的狀態,變成是有休息的,同時再用比較大的力量去推,讓它能輸出動力。

R1的十字曲軸引擎。



V型四缸引擎的特色

接著最常見的引擎就是V型的四缸,所謂V型四缸它大概會有幾個特色。以整個機械架構來說的話,直列四缸引擎一定是比較寬,因為它是一個一個汽缸這樣排列,但V型四缸可以讓它重疊,而且是前後可以避開對方,所以它的引擎一定比較窄,但引擎縱向的長度就會比直列四缸前後的長度更長一點。再來,每個車廠它的夾角設定會不一樣,若夾角比較小的話,那引擎的前後長度就可以做的比較短;如果夾角做的比較開的話,例如九十度,那引擎的前後長度就會比較長一些。V型引擎在動力輸出普遍擁有的特性就是,它的低轉速扭力會相當的好,高轉馬力也很容易讓它延伸出來,而在排氣聲浪的部分,V型四缸引擎雖然一樣會有高轉的馬力輸出,但它的排氣聲浪跟直列四缸那種綿密的感覺是不一樣的,會有一種停頓、粗糙的感覺。

APRILIA RSV4 RF。

V型四缸引擎的夾角

簡單來說,不管是目前HONDA、APRILIA、DUCATI,他們所採用的V型四缸引擎都是不等間隔的爆炸,所以天生它們扭力就會比較大,而且它們能把動力傳到路面的能力也是比較好的;如果我們再回頭來看YAMAHA的Big Bang,其實它就是要從原本直列四缸引擎模擬出V型四缸的特性。目前常見的V型四缸引擎大概都是75度或是90度的夾角,90度的夾角就是DUCATI慣用的引擎的夾角,它的活塞上下運動就是互相抵消的,所以平衡也會比較好,但是由於角度比較開,所以引擎的長度也是比較長的。其他大部分引擎則是採用75度的夾角,來縮短引擎的前後距離。

DUCATI Panigale V4R。

採用四缸引擎的車廠

目前不管是歐系或日系的公升級仿賽,基本上都是採用四缸引擎,例如APRILIA採用V4、BMW採用直四、DUCATI當然也是採用V4,其他則是一樣都是採用直四。以引擎動力輸出上,DUCATI V4是比較大的,輸出220ps馬力,而且轉速也是比較高,在15,000轉,其他一般直四的引擎大概會落在11,000轉到13,000~14,000轉左右,這是它們的一個極限,動力在現在目前來說都可以突破200ps的馬力了。

APRILIA RSV4 1100 Factory。



BMW M1000RR。



三缸、五缸還有六缸引擎又是如何?請看下一頁!

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