圖文 CP / Performance Engine Engineering, 翻譯整理 TAG Engineering / JNK Motorsport 轉載請附上出處

開始前我們先來介紹這次探討主題的幾樣重要的項目名詞以及表訂意義

Journal overlap (軸頸重疊)

• 軸頸重疊定義為曲軸主軸頸直徑和連桿軸頸直徑之間交互的重疊量。這個重疊量起到力學結構上支撐的作用，更多的重疊量意味著更高的屈服強度和更少的偏轉、彎曲形變量。

基於曲軸形狀的機械結構，對於較短衝程的引擎連桿軸頸偏離主軸頸幅度較小，可以允許更多的連桿軸頸重疊，這意味著曲軸擁有較強的支撐性以及抗屈服性。而較長衝程的曲軸則需要將連桿頸偏移主軸頸較多距離來達到增加衝程幅度，這意味著軸頸重疊量會縮小，能夠提供的抗屈服強度較低，也會產生更多的偏轉以及彎曲形變量。

Oversquare 超方比

• 定義為缸徑尺寸大於衝程尺寸，也稱為短衝程引擎

超方形引擎可以透過降低最大活塞速度來實現更高的極限轉速，並且由於在相同轉速下的峰值活塞加速度較低，因此可以降低曲柄應力。由於這些特性有利於更高的引擎轉速，因此超方形引擎通常經過調整以在相對較高的轉速下產生峰值扭矩。對於較短的衝程，可以使用較低的連桿角和較高的連桿比。結果是高轉速時摩擦損失減少，冷卻劑溫度和油溫降低。超方形設計的較高連桿比可以增加活塞止點停留時間，從而為火焰傳播和氣缸填充提供更多時間。

Undersquare 長方比

• 定義為缸徑尺寸小於衝程尺寸，也稱為長衝程引擎

在給定的引擎轉速下，較長的衝程會增加引擎摩擦，並由於較高的峰值活塞加速度而增加曲軸上的應力。較小的孔徑也減少了汽缸蓋中閥門的可用面積，從而要求更小的閥門或少的數量。與超方形引擎相比，長方比引擎通常在較低的轉速下表現出峰值扭矩，因為它們較高的活塞速度限制了其更高轉速的潛力。長方形引擎在高轉速下的止點停留時間、可用於火焰傳播的時間和汽缸填充時間相對都較短。

Square 正方比

• 定義為衝程尺寸與缸徑尺寸相同，也稱為通用型引擎

這是一個在長方比以及超方比兩者中取其平衡的設置形式，多半用於市售性能車款，雖然極限轉速不及於超方比引擎，但比起長方比引擎可以提高更多的可用範圍，對於峰值扭矩雖不及長方比引擎，但也不用像超方比引擎需將其延伸到極高轉速才能產生，這是一個平衡的設計，在確保曲軸負擔下提供不錯的轉速可用範圍以及峰值扭矩位置。

如果將衝程除以缸徑，則會得到衝程缸徑比的數值。 許多量產的房車、跑車引擎的衝程缸徑比在 0.8 到 1 之間。 卡車的衝程缸徑比通常較高 (1.1 到 1.4) 用以提高效率和低速扭矩。 衝程缸徑比越高，引擎可以處理的安全轉速極限越低，產生的最終扭矩也越低。

2017 款福特 GT 350 配備 5.2 升引擎帶有一個平面曲軸，轉速極限在 8,250 RPM。 它具有 94mm 的缸徑和 93mm 的衝程，使其略呈正方比形式(通用型引擎設計)。 相比之下配備 6.2 升 LT1 引擎的 C7 Corvette 的缸徑和衝程為 103mm x 91mm 屬於超方比引擎，但由於採用液壓頂桶結構使其極限轉速僅在 6,600 RPM。 兩者都是出色的引擎，都具有很大的性能潛力，但由於福特 GT35 採用頂置凸輪軸的極限轉速更高，具有更大的馬力 (526p / 460p）。

與連桿比一樣，缸徑與衝程之間的幾何關係也會影響引擎的功率和極限轉速潛力。 即便如此，在生產引擎或為賽車而專門設計的引擎中，這種 1:1 尺寸的通用性數據通常並不適用。通常大缸徑，短衝程的配置是高轉速，高功率引擎，非常適合公路賽車和賽道應用。 Pro Stock 賽車手和 NASCAR 引擎製造商一樣也喜歡這種組合。 另一方面，小缸徑，大衝程發動機更適合低轉速扭矩，日常街道性能，但極限轉速的潛力有限。

F1 引擎的衝程非常短，只有將近 40mm，但是缸徑最大為趨近 98mm。 這是一個超方比的設計，可以使這些引擎轉速提高到令人難以置信的 20,000 RPM，並從 2.4 升排量中壓榨出 800p 馬力！他們之所以能夠以極高轉速運行的原因之一就是極短的衝程。

短衝程活塞在其汽缸中上下移動幅度非常短。衝程缸徑比僅為 0.4，不到典型市售車引擎的一半。 在 20,000 RPM下，一級方程式引擎的相對活塞速度為每分鐘 5,248 英尺。 一級方程式發動機還使用了比任何機械氣門機構都快的氣動氣門系統。

相比之下，一台 358 立方英寸的 NASCAR 引擎，缸徑為 106mm，衝程為 90.9mm (仍然是偏向正方比，但不如一級方程式發動機那麼誇張)，其活塞速度為每分鐘 5,416 英尺，極限轉速為 10,000 RPM。再比較擁有 500 立方英寸的 Pro Stock 直線賽用引擎正在運行的缸徑為 120mm，衝程為 89.41mm。 在 10,000 RPM下，使得他的活塞速度與 NASCAR 引擎大致相同。但如果它們運行的是較小的缸徑且增加衝程 (例如 95.25mm)，則活塞速度可能高達每分鐘 6,250 英尺。這個增加的活塞速度將使得他的引擎極限轉速大幅度的降低。

較高的活塞速度不僅會增加引擎內部的摩擦力和活塞環磨損，還會明顯的增加連桿上的負載。在更長的連桿上使用較短較輕的活塞可以幫助減少這些應用中連桿上的應力。

最佳的連桿比和缸徑衝程比組合很大程度上取決於缸頭，進氣流道和增壓室的流動特性。較短的連桿最適合可以流經大 CFM 數的氣道和進氣系統。連桿越長，缸頭和進氣系統的氣流就會越慢。根據一些研究資料顯示，幾年前在 Pro Stock 比賽中提供最佳性能的連桿比約為 1.8。

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