改裝

引擎的改裝
引擎內部組件的改裝主要是利用輕量化、高強度的材料製成的高精密度組件以減少內部動力的損耗，除了達到動力提升的目的更要兼顧可靠度及平衡性提升。要兼顧輕量化和高強度則有賴材料科技的進步，由於高科技合金或複合材料的應用配合上精密加工技術，使得現代的高性能引擎不但單位容積所能產生的馬力大幅提升，可靠度及經濟性也能同時獲得改善。筆者在此必須再次強調：引擎內部組件改裝並不全然是為了馬力的提升，更重要的是為了引擎的可靠度及平衡性。在引擎的改裝規則里是沒有妥協的，『失之毫 差之千里』、『吹毛求疵』用在這裡是最適當不過了。
    汽門的改裝
    汽門的科技在過去幾年有很大的進步，主要的改變在於材質的進步及精密度的提高。高效率的進、排氣，環保法規的要求，均有賴材質精良的汽門。而汽門改裝的原則是：在不影響強度的情況下儘可能的減輕汽門的重量。動作精確的汽門是高性能引擎的基本要件，專業改裝廠通常會提供不同的汽門組合供消費者選擇，引擎改裝項目越多汽門機構的精確度的要求就越嚴格，所以設定汽門時必須要同時考慮與凸輪軸及汽門搖臂的配合。原廠的汽門通常都有適當的材質和大小，但是如果有需要的話可適度的換上較大或較小尺寸的。汽門的材質是很重要的，目前的改裝用汽門通常用鈦合金作為材料以求強度的提升及輕量化的要求，但是一套鈦合金的汽門價格並不低。而有的是將汽門的背部切削或用中空的設計以達到輕量化的目的，又有時會把汽門表面做成漩渦狀，以利在汽門開啟時能氣體的流動。汽門的熱度可經由與汽門座接觸時經由汽門座傳出達到散熱的目的，是汽門最重要的散熱途徑。因此，汽門座的配置必須非常謹慎，假如太靠近汽門的邊緣或是汽門邊緣太薄了就可能造成密合度不良。此外汽門套筒和汽門間的精密度及表面平滑度，汽門搖臂與汽門固定座間的表面精度都必須嚴格要求否則在高轉速時將會導致嚴重的損害。汽門彈簧的強度設定必須恰到好處，要兼顧汽門的密合度又不能造成開啟時的困難，如果彈簧強度大過以致凸輪軸開啟汽門時負荷過重對馬力輸出是非常不利的。汽門的固定座也是個潛在的問題，這個裝置是用夾子把彈簧固定在汽門 上，這在急加速及揚程大的的引擎上會造成扭曲或斷裂，因此也必須配合做改變。 原廠的汽門搖臂在引擎轉速上限提高及氣門正時改變時就會變得不敷需求，對改裝過的引擎來說強化的汽門搖臂是必須的，揚程太大的凸輪軸會造成汽門搖臂的扭曲，因此強度的提升及輕量化都是必須的。對一般的汽門來說，滾筒式的搖臂能減少與汽門座接觸表面的壓力，也能承受較高來自推 的壓力。通常汽門搖臂若有圓滑的表面和滾動的軸承，會使運轉時得摩擦阻力變小，摩擦阻力越小所消耗的動力就越少。
    活塞、活塞環
    活塞頂面與汽缸頭之間形成燃燒室，因此活塞必須承受來自引擎燃燒後產生的熱和爆發力。油氣燃燒所產生的熱由活塞的頂部所吸收，並傳至汽缸壁，而燃燒後氣體膨脹所產生的力量也必須經由活塞來吸收，活塞會把燃燒氣體壓力及慣性力經由連桿傳到曲軸上，利用連桿的作用將活塞的線性往複運動轉換曲軸的旋轉運動。在轉換的過程中除了在上死點與下死點之外，活塞會對對汽缸滑移產生一個側推力。活塞環是曲軸箱和汽缸間的屏障。以機能來分，活塞環分為氣環和油環兩種，普通引擎每個活塞各有1~2個氣環及油環。活塞環能維持汽缸內的氣密性，使汽缸與曲軸箱隔絕開來，讓燃燒室的氣體壓力不致流失，並能避免未完全燃燒的油氣對曲軸箱內的機油造成污染及劣化。它能經由與汽缸壁的接觸把活塞所受的熱傳至汽缸壁、水套，更重要的是它能防止過多的機油進入燃燒室，並讓機油均勻的塗滿汽缸壁。 引擎運轉時產生的熱越多表示所爆發的力量也越大，這些熱量也對高性能引擎造成問題。現代的活塞設計主要有鑄造和鍛造兩種，而鑄造又比鍛造來得簡單便宜，但卻無法如鍛造活塞承受較大的熱度和壓力。通常改裝廠在設計鍛造活塞時，都會同時利用改變活塞頂部的形狀來達到提高壓縮比的目的，但問題是選擇鍛造活塞時多少的壓縮比才是適當的。以汽油引擎來說，壓縮比超過12.5:1時燃燒效率就不容易再提升。利用活塞頂部的形狀改變來提高壓縮比時，隨著壓縮比的提高會使汽缸頂部燃燒室的空間變小，活塞頂部可能導致爆震的發生。對高壓縮比活塞來說，由於必須保留汽門做動所需的空間，因此會在活塞頂部切出汽門邊緣形狀的凹槽，如果沒有這個凹槽，當活塞到達上死點時可能就會打到汽門，因此改裝了高壓縮比活塞後對汽門動作精確度的要求就必須非常嚴格。這凹槽的大小也必須配合凸輪軸及汽門搖臂的改裝而改變。不鏽鋼及特殊合金的活塞環已廣泛應用在賽車及改裝套件市場，這些特殊設計的合金活塞環可以在活塞往上行時釋放壓力，但在往下爆發行程時卻能保持密閉的狀態以維持壓力，這種活塞環雖然貴但是卻能有效的提高引擎效率。由於活塞與活塞環都必須在高溫、高壓、高速及臨界潤滑的狀態下工作，因此長久以來改裝廠都為了提供最佳設計而努力，但引擎的性能是所有機件整合的結果，因此選擇活塞套件時必須考量凸輪軸的正時角度、供由系統的配合才能找出最佳搭配組合。
    活塞連桿
    活塞連桿最基本的功能是連結活塞和曲軸，把直線的活塞運動轉換成曲軸的旋轉運動。在引擎轉時連桿會承受油氣燃燒產生的爆發力，這個爆發力會使連桿有扭曲的趨勢，連桿也是所有引擎組件中承受負荷最大的組件。由於連桿是把活塞的直線運動轉換成曲軸的旋轉運動，因此在活塞上下運轉時連桿會不斷的加速及減速，尤其在活塞抵達上死點時連桿的運動方向會由往上突然減速至停止，並立刻改變運動方向，這是最容易造成連桿損害的。在爆發行程時，燃燒產生的高壓氣體可變成連桿運動的緩衝，插銷、波斯所承受的負荷也會減輕。但是在排氣行程的時候活塞、活塞環、插銷及連桿本身的部份重量所造成的慣性力都會加諸在插銷及波斯之上，如果這時連桿出了問題那下場就是你的引擎要進廠大修了。現在的賽車引擎大多使用鍛造的合金連桿，連桿的品質關係著引擎的可靠度，但是卻無法以肉眼檢視連桿的品質或瑕疵，必須以特殊的非破壞檢驗或X光做檢測，這是選購及改裝連桿時最大隱憂。連桿各項尺寸精密度的要求會隨著壓縮比及運轉轉速的提高而提高，即使僅是千分之幾寸的尺寸誤差在高轉速時都會造成活塞間隙明顯的變化。如果用了強度不足的鋁合金連桿，在高轉速時由於慣性作用會使連桿長度變長，造成引擎的損害或是壓縮比的增加。在活塞連桿的組件中對於尺寸要求最嚴格的當屬連桿軸承（也就是俗稱的波斯），這也是最可能導致連桿損害的組件。所以對賽車或高性能引擎來說，應該儘可能的使用最高品質的軸承，以確保引擎的可靠度。
    曲軸
    曲軸可是為引擎的心臟，如果它的功能無法準確的執行，那麽引擎的馬力就無法正常的發揮。曲軸的各相對角度必須正確，否則點火正時和汽門正時就無法精確有序的一個汽缸接著一個汽缸的運作。如果這順序出了問題，可以想見這結果就是爆震連連。曲軸軸承的間隙也是另一個重點，主軸承和連桿軸承都必須有適當的間隙以使機油能夠流動產生潤滑和冷卻效果。如果太小汽缸壁、活塞、汽門機構....等就無法獲得充分的潤滑，會造成機件的磨損。如果太大拋出的機油量增加會使活塞和活塞環的工作加重，造成燃燒室過多的機油殘留，導致積碳及相關後遺症。曲軸的平衡是最常被大家所提起的，曲軸的先天平衡性在引擎設計的時候就已決定，實際的平衡度則會由於材質及製作精度的不同而有所差異，為了引擎的長治久安，你必須好好考慮曲軸平衡。
    壓縮比
    壓縮比是活塞在下死點和上死點時汽缸容積的比值。改變壓縮比可提高引擎的效率但是在製作過程必須要求嚴謹，因為壓縮比會直接影響汽油的燃燒效率並且和點火正時的設定有密切的關連。在很多高性能引擎都有著很高的壓縮比，在賽車引擎更是如此，但是一般經濟取向的引擎卻會適度的降低壓縮比。隨著壓縮比的提高對汽油品質及辛烷值的要求也就越來越高，這也是很多高壓縮比引擎所遇到的難題，汽油引擎的壓縮比應該超過8.5:1，但是當壓縮比超過12.5:1時對性能的提升的效益就變得很小，而且伴隨而來的汽門和活塞相對距離不足、爆震、預燃及其他伴隨而來的後遺症會使問題變得很複雜。因此在進行提高壓縮比之前必須先知道汽門的揚程和凸輪軸所設定的氣門開啟時間、正確的進汽門和排汽門的尺寸甚至燃燒室的形狀及尺寸。此外如果汽缸頭曾經研磨過或是使用了薄的汽缸墊片，其相關的數據也應一併考慮。引擎內部組件改裝時，必須特別注意材料的選擇、製作精度及平衡度的要求，更不能忽略各組件間的搭配，從上文可知引擎的改裝往往是牽一髮而動全身，單對某一部份進行改裝通常會破壞引擎的平衡性，而且效果不彰，因此如果你考慮對引擎進行改裝時，請務必選擇專業改裝廠所出產的產品，並尊重專業的搭配，千萬不可土法鍊鋼，否則因小失大就得不償失。此外安裝的手工也是一大難題

進氣系統的改裝
進氣系統的工作原理
　進氣系統包含了空氣濾清器、進氣歧管、進汽門機構。空氣經空氣濾清器過濾掉雜質后，流過空氣流量計，經由進氣道進入進氣歧管，與噴油嘴噴出的汽油混合后形成市適當比例的油氣，由進汽門送入汽缸內點火燃燒，產生動力。
    一、 容積效率
    引擎運轉時，每一循環所能獲得的空氣量多少，是決定引擎動力大小的基本因素，而引擎的進氣能力乃是藉由引擎的『容積效率』及『充填效率』來衡量。『容積效率』的定義是每一個進氣行程中，汽缸所吸入的空氣在大氣壓力下所佔的體積和汽缸活塞行程容積的比值。之所以要用在所吸入空氣在大氣壓力下所佔的體積為標準，是因為空氣進入汽缸時，汽缸內的壓力比外在的大氣壓力為低，而且壓力值會有所變化，所以採用一大氣壓的狀態下的體積作為共通的標準。並且由於在進行吸氣行程時，會遭受各種的進氣阻力，加上汽缸內的高溫作用，因此將吸入汽缸內的空氣體積換算成一大氣壓下的狀態時，一定小於汽缸的體積，也就是說自然吸氣引擎的容積效率一定小於１。進氣阻力的降低、汽缸內壓力的提高、溫度降低、排氣回壓降低、進汽門面積加大都可提高引擎的容積效率，而引擎在高轉速運轉時則會降低容積效率。
　 二、充填效率
    由於空氣的密度是因進氣系統入口的大氣狀態（溫度、壓力）而有所不同，因此容積效率並不能表現實際上進入汽缸內空氣的質量，於是我們必須靠"充填效率"來說明。"充填效率"的定義是每一個進氣行程中所吸入的空氣質量與標準狀態下（1大氣壓、20℃、密度：1.187Kg/cm2）佔有汽缸活塞行程容積的乾燥空氣質量的比值。在大氣壓力高、溫度低、密度高時，引擎的充填效率也將隨之提高。由此也可看出，容積效率所表現的是引擎構造及運轉狀態所造成引擎性能的差異，充填效率表現的則是運轉當時大氣狀態所引起引擎性能的變化。
    進氣岐管與容積效率
　另一項影響容積效率的重要因素是進氣歧管的長度，由此也引發了與容積效率有關的『脈動』及『慣性』兩種效應。
　 一、脈動效應： 引擎除了在極低的轉速外，進汽門前的壓力在進汽期間會不斷的產生變動，這是由於進汽閥門的開、閉動作，使得進氣歧管內產生一股壓縮波以音速的大小前後波動。假如進汽歧管的長度設計正確，能讓壓縮波將在適當的時間到達進汽閥門，則油氣可藉由本身的波動進入汽缸，提高引擎的容積效率，反之則會導致容積效率下降，此現象稱為進氣歧管的脈動效應，又稱『共震效應』。
　 二、慣性效應： 進汽閥門打開，空氣流入汽缸內時，由於慣性的作用，即使活塞已經到達下死點，空氣仍將繼續流入汽缸內，若在汽缸內壓力達最大時，關閉進汽閥門的話，容積效率將成最大，此效應稱為慣性效應。若想得到最佳的容積效率必須同時考律脈動效應及慣性效應，也就是說在汽缸壓力達到最大，關閉進汽閥門的同時，前方進氣歧管內的壓縮波也同時達到最高的位置（波峰）。 較長的進氣歧管在引擎低轉速時的容積效率較高，最大扭力值會較高，但隨轉速的提高，容積效率及扭力都會急劇降低，不利高速運轉。較短的進氣歧管則可提高引擎高轉速運轉時的容積效率，但會降低引擎的最大扭力及其出現時機。因此若要兼顧引擎高低轉速的動力輸出，維持任何轉速下的容積效率，唯有採用可變長度的進氣歧管。
進氣系統的改裝
　進氣系統的改裝基礎就是要提高引擎『容積效率』，要達到此一目的通常可由以下的方式著手：
　 一、空氣濾清器 進氣系統改裝的入門工作就是換用高效率、高流量的空氣濾清器濾。換裝高流量的空氣濾芯可降低引擎進氣的阻力，同時提高引擎運轉時單位時間的進氣量及容積效率，而由供油系統中的空氣流量計量測出進氣量的增加，將訊號送至供油電腦（ECU），ECU便會控制噴油嘴噴出較多的汽油與之配合，讓較多的油氣（並不是較濃）進入汽缸，達成增大馬力輸出的目的。 若換了濾芯仍不能滿足你的需求，可將整個空氣濾清器總承換成俗稱″香菇頭″的濾芯外露式濾清器，進一步的降低進氣阻礙，增強引擎的″肺活量″。
　 二、進氣道 進氣道的改裝可分成形狀及材質兩方面來談。改變進氣道的形狀目的在於進氣蓄壓（以供急加速時節氣閥突然全開之需）及增加進氣的流速，但這類產品通常有特殊性的限制，也就是說Ａ型車所用的若裝在Ｂ型車上並不一定能發揮其最大的效果， 改變進氣道材質乃是著眼於不吸熱及重量輕，目前最常用的就是碳纖維的材質，其不吸熱的特性，能讓進氣的溫度完不受引擎室的高溫所影響，讓進氣的密度較高，即單位體積的含氧量增加，提高引擎出力，唯一缺點是價格高不可攀。 進氣道的改裝常是形狀及材質同時改變以收最大效果，同時將空氣濾清器一併拆除，並將進氣口延伸至車外，直接對準前方，以便隨車速提高增加進氣壓力，提高進氣量。
　 三、直噴式歧管 在賽車引擎上所需要的是高轉速的動力表現，可犧牲低轉速時的馬力輸出，因此都將進氣歧管盡量縮短並取消空氣濾清器，充分消除進氣阻力，以求得最佳的高速表現。 傳統式後方進氣前方排氣的引擎型式，在換裝直噴式進氣歧管后，所面臨的最大問題是如何由車外導入足夠的新鮮空氣。直噴式的進氣歧管與經過空氣動力學設計的碳纖維進氣道是最佳的組合，也是目前比賽廠車的不二選擇。尤其在將引擎降低后，利用引擎上方所空出的空間，安裝一大型進氣導管，開口並與車頭水箱護罩充份密合，讓空氣能有效的送達後方的進氣歧管。
    四、二次進氣 目前市面上有許多利用二次進氣原理所製成的產品，使用的人不少，價格也都不便宜。之所以稱它為"二次進氣"乃是因為除了原有從空氣濾清器吸入的空氣外，另外再利用進氣歧管的真空壓力差，從引擎PCV（曲軸箱強制通風）管路外接另一進氣裝置，導入適量的新鮮空氣來達到提高容積效率的目的。二次進氣所能得到的動力提升效果最主要的是在前段（低轉速），因為在節氣閥全開，空氣大量進入真空度降低時，二次進氣裝置所能導入的空氣量相形就變得微不足道了。進行大幅度的進氣系統改裝時，必須考慮與供油系統的配合問題。若只是大幅的增強進氣能力，而供油系統無法提供足夠的供油量與之配合，則勢必無法達到提高馬力的目的，因為引擎所需的是比例適當的油氣而不只是大量的空氣。 此外在實用上必須考慮噪音的問題。以往談到噪音大家通常只想到排氣管所產生的聲浪，而忽略了進氣也會產生噪音

點火系統的改裝
點火系統在引擎運轉時所扮演的角色是在任何引擎轉速及不同的引擎負荷下，均能在適當的時機提供足夠的電壓，使火花塞能產生足以點燃汽缸內混合氣的火花，讓引擎得到最佳的燃燒效率。 點火系統的基本裝置包含了電源（電瓶）、點火觸發裝置、點火正時控制裝置、高壓產生器（高壓線圈）、高壓電分配裝置（分電盤）、高壓導線及火花塞。現代的點火提前裝置則已改由引擎管理電腦所控制，電腦收集引擎轉速、進氣歧管壓力或空氣流量、節氣門位置、電瓶電壓、水溫、爆震．．．等訊號，算出最佳點火正時提前角度，再發出點火訊號，達到控制點火正時的目的。
點火系統改裝
    在談點火系統的改裝之前，你必須先了解你的車點火系統是否仍維持原設計的性能，確認之後再談改裝的需求。 火花塞是否定期更換？火花塞的壽命約為一萬公里。冷熱值是否正確？這可由拆下的火花塞電極狀況判斷，太冷的（散熱能力太好的）電極會出現黑色積碳，太熱的電極則會呈現白色、電極熔蝕、陶瓷裂開等狀態。高壓導線是否破損漏電？電瓶的電壓是否充足？（裝了高功率的音響擴大機后，是否配合換用安培數較大的電瓶？）點火正時是否作了正確的調整？ 點火系統的改裝是為補原有點火系統之不足，改裝的目標在於縮短充磁所需時間，提高二次電壓，降低跳火電壓，增長火花時期，減少傳輸損耗。其方法可由以下幾個方向著手：
高壓線
    高壓導線顧名思義就是肩負著傳輸由高壓線圈所發出的高壓電流到火花塞的任務。一組優良的高壓導線必須具備最少的電流損耗及避免高壓電傳輸過程產生的電磁干擾。 一般車上的高壓導線由於包覆材質所限，因此設計成約有５ｋ　的電阻值，以防止電磁干擾，但這電阻值確會降低導線的傳輸效率，造成電流的損耗。若將導線包覆的材料改為矽樹脂，則干擾的問題可獲得解決，電阻值也可大幅降低，高壓電流因傳輸而造成的損耗也可降低，這也就是改用『矽導線』的目的。改用矽導線絕不可能讓你的點火系統脫胎換骨，但能收強化體質之效，也可為後續的點火系統改裝鋪路。
高壓線圈
     前面所提的兩項充其量不過是點火系統的強化工作，尚稱不上改裝，點火系統的改裝應從高壓線圈開始算起。 點火用的高壓電流是由高壓線圈所產生，改用線圈材質較佳或一、二次線圈圈數比值比較高的高壓線圈，均能產生較高的高壓電流，並且能承受較高的電流輸出負荷。點火電壓的提高對火花時期的延長有直接、正面的影響。 目前有許多ó種都將分電盤和高壓線圈設計在一起，若要改裝高壓線圈則必須將原有高壓線圈的線路外接，另外裝一組改裝用部品。
電容放電系統
    電容放電點火系統就是利用每次的點火間隔，將點火能量儲存於電容器的電場中，點火時再一次釋放，因此比起傳統的點火系統能產生更大的點火能量。 ＣＤＩ的產品中知名度較高的有ＵＬＴＲＡ、ＭＳＤ、其中特殊的要算是ＭＳＤ（Ｍｕｌｔｉ　Ｓｐａｒｋ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ），字面意義是：多重火花放電。它在一次點火放電的過程中可產生多次連續的高壓放電，具有極高的點火能量（可達一般點火系統的十倍）。如此高的點火能量可大幅延長火花時期，也由於點火能量（電流）的大幅增加，因此必須配合將火星賽的電極間隙適度的加大，讓點火能量能（電流）在一次的點火時期正好消耗完，否則未能消耗的能量可能會尋找其它的方式消耗，其中可能的是在點火系統的其它電路中取一最短的路徑，如此一來點火系統將有燒毀之虞，不可不慎。
其它系統的配合
    點火系統改裝后可能面臨的是供油量不足的問題，尤其在高轉速，若不能解決則可能導致引擎的過熱問題，因此供油系統必須視點火系統改裝的程度，適度的提高供油量。以ＭＳＤ的改裝為例，其附屬配件就是一個調壓閥，以不更動供油系統其他組件的情況下增加供油量。任合改裝的成敗及優劣，決定在改裝后與其它系統的配合程度，單方面的加強某一部份，只會加速其它部份的損耗。成功的改裝是在促成各機件均衡諧調的運作，不但要高效率，更要高度平衡性。