相關資料來源：CP, JE, Wesco, Engine Builder。資料收集、翻譯 TAG Engineering, 轉載請附出處

今天我們來聊聊關於引擎工程的一些機械比例性能。我們知道眾多高性能引擎製造商一直在尋找可以做出的更多性能提昇的改進，這些更動將使他們的引擎在各項競爭中脫穎而出，而連桿比則是可能帶來一些額外差距的因素之一。在某些情況下，根據曲軸的衝程改變連桿的長度會帶來一些優勢，並且可能允許相同的容積效率提供更大的動力或更長的活塞環壽命。但是，眾多專家們對於改變連桿比是否真的有很大差異確有著不同的意見。

連桿比是連桿總長度和曲軸衝程之間的數學關係。用連桿長除以曲軸衝程，就可以得到這個連桿比。例如：假設您手中有一顆正在建構的引擎，它具有 140mm 的連桿長度和 83.5mm 的曲軸衝程。那麼該發動機的連桿比為 140mm (連桿長度) 除以 83.5mm (衝程)，則得到 1.676。

如果您使用更長的 145mm 連桿長度在同一個引擎上，則桿比將變為 1.736。但是如果您將 145mm 的連桿使用在更大衝程 (例如 88mm) 的引擎上，則由於更長的衝程，連桿比將降低為 1.64。

這些數字是什麼意思？

它們表示連桿，曲軸和活塞之間的幾何關係。連桿比越低，活塞對氣缸壁施加的側向力就越大，活塞往復速度就越高。這會增加活塞裙和氣缸壁的磨損，並在引擎內部產生更多的振動。摩擦力的增加也會升高冷卻液和機油的溫度。

在同等轉速前提下比較

• 連桿比越低 : 活塞運動速度較快、上止點滯留時間較短，極限安全轉速降低、引擎磨耗較大，但峰值扭矩較前
• 連桿比越高 : 活塞運動速度較慢、上止點滯留時間較長，極限安全轉速增加、引擎磨耗較小，但峰值扭距較後

長連桿 vs 短連桿

較低的連桿比確實具有一些優勢。 較短的連桿意味著引擎中缸的整體高度可以更短，那麼整體重量可以更輕。引擎通常會在較低的轉速區間中產生更大的真空度，這可帶來更好的油門反應和低轉扭矩。 在部分引擎中較低的連桿比有助於穩定引擎運作，在相同點火正時內可能比較不容易讓引擎出現異常震動或是暴震，這在渦輪增壓，增壓或是氮氣應用中可能是一個優勢。

而使用更長的連桿在相同曲軸行程上可減少活塞上的側向載荷，從而減少摩擦。 這會增加在上死點的活塞停留時間。 在 TDC 處將壓縮保持曲軸轉數的一半時間可以提高燃燒效率，並從空氣/燃料混合物中擠出更多動力。 通常，具有較高連桿比的引擎可以從中轉速區域到峰值轉速區間產生更多動力。

較長的連桿需要將活塞梢定位在活塞中較高的位置 (通過客製)。較長的連桿也表示可以使用更短，更輕的活塞，因此連桿的額外重量或多或少地由減少的活塞重量來抵消。

更長的連桿和更高連桿比的缺點之一是低轉速進氣真空度會有所降低。降低進入引擎的空氣速度會損失部分低速節氣門響應和扭矩，對於需要日常街道用途的車輛可能會比較不適合，但在高轉速賽車引擎上效果將會非常好。

最佳連桿比？

有些人說使用適合該引擎的最長連桿來獲得最大的中高轉速峰值功率，而部分人則說這並不重要。斯莫基·尤尼克 (Smokey Yunick) 是早期長連桿的支持者之一，他們在 NASCAR 賽車中建構的引擎為他提供非常優異的工作。但是也有部分低連桿比的引擎性能高於那些高連桿比的引擎，那是由於汽缸蓋的設計和進氣方式不同，氣門尺寸和氣門角度不同，凸輪軸揚程和持續時間不同，進氣系統和其調整方式不同帶來的差異。

例如，新型 BMW M3 的連桿比為 1.48，僅憑數字來說聽起來並不理想。但其引擎提供每立方英寸的功率為 2.4 馬力 (在渦輪增壓的幫助下)，這幾乎是一般街道性能車款如 Chevy 350 或小型日用轎車功率比的兩倍甚至更高。

這裡的重點不是渦輪增壓器產生很大的動力(即使它們確實如此)，除了連桿比外，現今還有更多不同的科技應用來提高引擎工作效能。通常在自然進氣引擎上會比較要求連桿比的配置，因為仰賴轉速的自然進氣引擎需要在中高轉速提供更優異的動力輸出以及峰值延伸性。而不需要太高極限轉速的渦輪增壓仰賴強制進氣得技術下，要求高連桿比帶來的優勢將會縮小。

自然進氣引擎 : 

• 動力輸出決定的因素往往來自於各項設計精細數據的累積而成 (如上訴差異)，這與增壓引擎不同。一般通常情況下、我們會期望連桿比落在 1.65~1.8 的範圍內，因為他可以提供優異的低轉速真空度又可以達到中高轉峰值區間的動力輸出延伸性，他是一個均衡且良好的基準範圍，除此之外，較高的連桿比會降低活塞速度，這意味可以讓引擎進一步的提高安全轉速上限，對於高轉速特性的引擎非常有幫助。

強制進氣引擎 (渦輪增壓/機械增壓) :

• 由於現今引擎科技日新月異，對於動力來源的變量太多，且大部分渦輪引擎要求的極限轉速較低，則不需要太過著重在連桿比的數據上，大部分情況下不要低於 1.45 即可，過度異常低的配置可能會對引擎其他機件帶來危害。但是面對極限改裝或是較大的渦輪增壓本體需要更高的極限轉速時，仍然需要注意低連桿比造成的高活塞速度問題。

大部分情況下可達到的最大桿比始終受到缸體的物理尺寸 (中缸高度)、可用的最長連桿尺寸、以及可用的活塞尺寸等因素所限制。與連桿比比起，連桿和活塞的總重量對運動量和節氣門響應的影響更大。此外如果透過訂製將活塞銷移到較高位置並使用較短的活塞，一旦沒有計算準確而移得太遠，可能會造成一些活塞擺動和不穩定等問題。因此，錯誤而過度的提高桿比實際上可能對發動機性能有害。

所以實際上，連桿比的配置還是要與其他相關參數設置取得平衡、在合理可接受的點火正時、活塞運作平順性、穩定性、或是衝程以及連桿活塞運作慣性質量比、活塞、連桿總重量平衡性等等。

一些性能引擎製造商表示，”良好” 的連桿比必須大約等於 1.6 或大於 1.7。四個氣缸的連桿比通常較低 (1.6 至 1.7 之間)，而許多 V6 的桿比則較高 (1.7 至 1.8)。對於 V8，它們通常在 1.7 到 1.9 之間。大部分情況下連桿的比例取決於氣缸的設計和中缸整體高度以及可用於裝配的活塞，連桿和曲軸。

總結：

打造一個贏得比賽的引擎沒有神奇的公式或是固定的基準方針。連桿比和缸徑衝程比可以有很大的不同、很多的配置。在某些賽制中可能會有限制最大引擎排量的規範、也可能會限制最大缸徑和衝程長度。但在這些規範中通常都還會保留一些提供不同組合實驗的空間，藉助正確的基準理論，透過正確的基礎知識不斷的嘗試才是製造一顆具有競爭力引擎的秘訣。

下一個章節，我們將會對各種不同的衝程比例形狀 (短衝程、長衝程、等效衝程) 做出比較詳細的研討解釋。

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