动力之心——发动机（1）

基本构造

　　一台发动机由外而内，由下而上包括了八个基本构件：从外观上，可以看到曲轴箱外壳，汽缸本体及其上方的汽缸头。在发动机内部由下而上则可看到飞轮、曲轴、连杆、活塞，若为四冲程发动机则还可以看到气门机构及凸轮轴。

　　曲轴箱

　　曲轴箱在外观上十分容易辩视，基本上，只要看见发动机下方有圆型的盖子，上面可能打印着厂名，如Yamaha、Honda，那就是曲轴箱了。四冲程发动机曲轴箱的最重要目的，就是装了用来润滑整台发动机的机油，这里的机油除了负责润滑转动的曲轴，也必须润滑活塞、凸轮轴及气门。

　　汽缸体

　　汽缸体内除了汽缸的缸套之外，还包含了润滑油道，水冷车则包括冷却水道以在设计上，除了左右冷却效能之外，还会影响发动机运转时的震动大小。

　　曲轴和连杆
　
　　曲轴可说是发动机运转的中心，曲轴可以将活塞的上下直线运动改变为转动运动。曲轴的外形设计决定了曲轴的配重，关系到发动机运转时的震动大小，也就是精致度。连杆在发动机内扮演了传递力量的角色，其两头常被称为大头及小头，大头与曲轴相连，中间以轴瓦做为润滑的媒介，当轴瓦有磨损或是破裂时，润滑作用将大打折扣，造成直接磨损，进而可能使发动机失效。另一小头则以活塞销与活塞相连。整体而言连杆的作用是将活塞所承受的爆炸推力传递至曲轴。

　　汽缸头

　　在二冲程发动机上，汽缸头并不负责进气及排气，只是单纯地提供了油气爆炸的空间。在四冲程发动机上，汽缸头负责了进气及排气，必须有汽门机构及凸轮轴，常听到的DOHC及SOHC（或称OHC）即为双凸轮轴及单凸轮轴之意。汽缸头所占的比例非常大，内部机械构造也复杂了许多。尤其是目前主流大马力车所使用的DOHC双凸轮轴发动机，其汽缸头更是雄壮威武。早期在二冲程发动机中，汽缸头便没有任何复杂的机械结构，只是单纯一个盖子而已，并让火花塞可以锁在上头。若是再复杂一些，也仅是挖通水道，使冷却水可以进入汽缸头中，降低爆炸带来的高温。若以较早期的四冲程发动机来说，汽缸头也没有繁琐的机械结构，气门机构是放在汽缸旁，称为侧气门式发动机。在发展的过程中，气门机构开始移至汽缸头上，许多往复作动的零件也陆续改为转动运作的零件，使气门运作的效率更好，动力得以提升。

　　以下就来看看几种不同、结构由简单变至复杂的汽缸头设计

　　OHV

　　Over Head Valve，翻译成中文便是顶置气门。和早些年侧气门式的发动机作比较，这类型的发动机是把气门机构放置到发动机顶上（汽缸头）。在这个阶段，虽然发动机的气门已经移至了汽缸头上，但驱动气门的凸轮仍放置于汽缸旁。

　　OHC

　　Over Head Cam，顶上凸轮。发动机进化至此，除了气门已经被放置于汽缸头上，凸轮也被移至汽缸的头上了，也据此命名。将凸轮移至汽缸头上之后，好处便是凸轮轴可以较直接地控制气门的开启动作，更为精准的气门控制也带来动力的提升。一般而言，OHC指的是单凸轮轴，也常以SOHC来表示。

　　DOHC

　　Dual Over Head Cam，顶置双凸轮轴。在SOHC发动机上，一根凸轮轴必须同时控制进气门及排气门。若能以两支凸轮轴分别控制两种气门，不需透过摇臂来直接开启气门，便能提升运转的精确度。除此之外，采用双凸轮轴可以将火花塞放置于发动机燃烧室的正中央，增加燃烧效率。DOHC带来更复杂的缸头机械构造，同时也大幅度增加了制造成本。

　　气门的相关技术

　　相对于汽缸头构造的演变，气门数目也日益增加。以目前来看，大部分的四汽缸车种采用了DOHC搭配十六气门的设计，增大进气及排气效率。气门的基本配置至少需要一个进气门及一个排气门，也就是常听到的2V设计，其中V也就是Valve气门。演变过程中，工程师发现进气效率不够好，于是在进气端加了第二个气门，成为三气门的发动机，也就是两个进气门，一个排气门的搭配。为了能有效地利用汽缸头的面积，衍生出四气门，两进两排的设计。

　　气门重叠

　　为了提升进气及排气效率，进气门及排气门并非关了一个才开另一个的顺序在运作，而是有互相重叠的情形。举上例子，在排气行程及进气行程交替时，在排气门还没完全关上时，进气门便会提早开启，以获利更多的进气量，提升容积率。

　　可变气门技术

　　如果想要兼顾各转速域的动力输出，便需要可变机构来对气门作即时的调整。以气门重迭角度来说，若想在高转速域发挥马力，则必须采用更多的气门重叠角，想要在低转发挥扭力，便需要采取较少的重叠角度。若一台发动机需要能兼顾高、低转速的动力输出，凸轮轴便必须切换或是在转速升高的过程略作改变。Honda的CB400便利用VTEC可变气门技术，使凸轮轴会提供不同模式的气门控制。进而使400mL的发动机在高转速能达到较大功率的输出，中低转速也不会流失应有的扭力。（待续）