2016年7月9日 星期六

離合器改裝101 - 檔車為什麼要改離合器? 怎麼改才對?


這邊賣弄一個老美常用的名詞簡稱”101”,要唸成”One on One”,也就是一對一傳授的意思。把香魚對離合器改裝粗淺的知識跟車友們分享一下,有興趣的也可以參考香魚的露天賣場尋找各自需要的材料。還是那句老話,我們的要求的三大重點,還是「品質、品質、品質」,沒效果的東西不會拿出來推薦。 

以下的文章,將會提到:


1.     很多人改離合器,但為何要改離合器?

2.     甚麼是初傳比? 改離合器是否應該順便改初傳? 效果是甚麼?

3.     原廠125cc/150cc的動力,配原廠四彈簧五片的離合器,究竟足夠嗎?

4.     改了缸就一定要改離合器嗎?
5.  崩檔齒/副軸的問題和減速比的關係? 如何解決?

6.     四彈簧、五彈簧、六彈簧,五片、六片、七片的差異又是甚麼? 數字越大越好嗎?



[重要的觀念]

粗略的敘述常常會誤導認知,而讓人忽略真相。譬如有兩個人,一個說我開四輪的,一個說我是二輪族的。若不往下問,就可能會有先入為主的看法,而做出後悔的決策。譬如: 嫁女兒!!?

因為,四輪跟二輪都只是籠統的說法,可能性還有很多種



四輪 – 不是只有私人轎車才有四輪,開公車/觀光巴士/農機/垃圾車/割草機,從滑板車到千萬超跑都是四個輪子...

二輪 – 除了摩托車、速克達,U-BIKE、賽格威以外,還有很多兩輪的東東...



您對四輪與二輪的第一印象,又是甚麼呢?

 
挖馬係國產耶四輪車~~
寫了老半天,香魚要強調的重點,就是以下這句話 結構描述不等同於性能數據
網路上常常會有一些奇怪的筆戰爭議,往往都是對某些名詞的刻板印象各表立場,或是直覺認定好壞,而缺乏真相探究。隨便舉都一堆例子:
  • OHV性能差,OHC/DOHC性能好
  • 水冷引擎一定比氣冷引擎馬力大
  • 單向卡鉗剎車力道不夠
  • 化油器口徑增加,引擎馬力會變大
  • 有掛瓶的避震器性能比較好
  • 排氣改直通,馬力會增加
  • 後齒盤改小,或前齒盤放大,極速就會提高
  • 馬力大的車好騎
  • 排氣管放砲(後燃)是混合比過濃,要調稀一點
  • ...

為避免這裡產生筆戰或誤解,上述問題不在本文討論範圍。只是舉例說明,很多爭議,往往是大方向主觀,完全不考慮客觀條件的敘述所致。追求真相,「細節」是不可忽略的。


[離合器的規格] 

言歸正傳,來談一般坊間提到離合器的規格,不外乎是幾彈簧()幾片(離合片)。除了這些之外,有的商品也會強調離合片的材質,或摩擦片的壓花差異。但上述都不是真正重點,因為那些都是強調結構、特性,或其「價值」的敘述,譬如原裝進口的FCC離合片等等。

離合器真正的數據規格,是「扭力」。也就是透過離合片及摩擦片的接合,將曲軸扭力往後級齒輪「傳遞」而不打滑的最大能力。一般以Nm(牛頓-)為單位。

以下的影片將介紹多片式離合器的工作原理,英文聽不懂的,看動畫也能了解。簡單的說,離合器的主要性能,來自於一、彈簧的壓力,二、摩擦片的阻力。彈簧壓力越大,摩擦片的阻力越大,就能傳遞更大的扭力。



由於每一組離合/摩擦片有其最大的能力限制;而且彈簧的彈性,也關係到所需操作的力道,所以不可無限提高。因此,當需要提高規格時,就必須增加離合片的直徑,或是片數。以市售改裝品來說,已經不可能改變直徑尺寸,所以都是以增加彈簧彈性(K值)或數量,變更離合片、摩擦片材質,或增加片數來達成。

[減速比]
我們參照附圖來複習一下檔車引擎的動力傳遞過程:
活塞往復運動à曲軸旋轉+主動齒à離合器外罩+離合器內鼓+檔齒主軸à檔齒副軸+前齒盤à後齒盤+後輪

其中,從曲軸上的主動齒,到離合器外罩的齒比,就是一次減速,簡稱為一減,又稱為初傳比。中間是主副軸檔齒構成的變速箱,最後從前齒盤經由鏈條到後齒盤的齒比,稱為二次減速比,又稱為終傳比。減速比的理論計算值如下:

          總減速比 = 一減 x 檔齒減速比 x 二減
          後輪轉速rpm = 引擎轉速rpm x 總減速比
          車速km/h = 後輪轉速rpm x 後輪圓周長(m) x 0.06

計算範例 - 原廠傳狼,引擎8000rpm五檔的時速:

- 傳狼原廠一減 = 18/73 = 1/4.06
- 五檔減速比 = 1/0.96
- 原廠二減 = 15/41 = 1/2.73
- 後輪90/90-17輪胎,直徑 = ((90mmx90%)x2+(25.4 x 17))x3.1416 = 1865.5mm = 1.87m

時速計算 = 8000 x (1/4.06) x (1/0.96) x (1/2.73) x 1.87 x 0.06 = 84.4km/h
(註一: 理論計算值,不考慮輪胎變形量及傳動損失,但誤差不會太大)
(註二: 若與您的表速與上述計算差異很大,有問題的是原廠快樂表,不是計算方式)

問題: 照上述的計算來看,野狼就算拉到萬轉,實際速度也只有105km/h左右。如果把減速比調整一下,譬如把後齒盤換36齒,二減就變成1/2.4。這樣,按照上述計算,萬轉是不是就可以拉到120km/h了?

答: 算式來看是對的,但實際狀況極速不增反減。原因可以思考看看。或是實際執行看看為什麼會這樣。

[原廠各級傳動承受的扭矩估算]
引擎每分鐘轉速都是以千轉計,最高可到萬轉以上,而後輪的轉速遠低的多。我們從上圖也可以約略了解,各級傳動過程幾乎都是在降轉速,提高扭力的原則下運作,越後級的傳動機構要能承受越重的扭力。而各級傳動中,只有離合器是依靠「摩擦力」來傳遞動力,所以是否能抓牢不打滑,確實將曲軸的動力傳達到主軸上,直接影響了引擎最終的動力輸出。

一般來說,國產125cc的單缸氣冷引擎,在8000rpm時,曲軸大約可輸出10Nm(牛頓-)的扭力。若忽略各軸心摩擦力及機構公差造成的損失,經過標準18T主動齒/73T離合器外罩的減速(1/4.06)後,轉速/扭力變成1972rpm/40.6Nm,也就是離合器所要負責傳遞的扭力。同時也是下一級傳動(主副軸)所要承受的扭矩。

考慮到長期使用於高溫造成的性能衰減,以及各車種間的性能差異,125cc級檔車的離合器規格,通常要能滿足75Nm不打滑的能力。這規格也是目前大多數國產檔車所使用的四彈簧五片式離合器規格。應付原廠引擎的動力,此規格是完全足夠使用的。只不過各車廠在摩擦片用料的特性,以及磨耗耐用度上面會有些差異。若不滿意原廠離合器的表現,換上比較好的進口離合器片(譬如FCC),或是特殊設計的摩擦片,一般都能收到改善傳動特性的效果。

[改缸、擴大排氣量的情形]
要提升馬力,動排氣量是效果最直接的方法,無論是拉行程或是擴大缸徑,通常都會合理的提高馬力及扭力。通常單缸檔車改180-200cc左右,能把最大扭力提高到16~18Nm不等。若以剛才相同的初傳減速比來計算,離合器的最大扭力值有機會超過70Nm,接近原廠離合器的極限。若仍延用原廠設計,除了傳動效率打折外(打滑),加速離合片的磨損外,主副軸檔齒的負擔也同時提高,容易造成崩齒。此問題的解決方向有兩個:

1.     提高離合器的最大扭矩規格 – 方法是更換高級的離合片,或提高彈簧的下壓力,以增加摩擦力。此方案可解決離合器扭矩問題,但對主副軸問題無效。

2.     降低初傳減速比 改用21T主動齒/70T離合器外罩(1/3.33減速比)。相同的引擎輸出下,離合器的扭矩負載可下降至小於60Nm,同時主副軸的扭矩負載也因此下降。

由以上的兩點分析來看,選擇2調整初傳比的方案,會比提高離合器扭矩規格更好。如果改裝增加馬力、轉速的幅度更大,輸出達到20~22Nm,那麼就要同時採取以上兩個方案,引擎的整體性能及長期可靠度才會理想。

[為什麼會崩檔齒/副軸?]
我們有時會聽說某人的車子大改排氣量之後沒多久,檔齒就崩了。但國產200cc排氣量的原廠檔車,很多車主也都有崩檔齒的經驗。香魚最近也聽說了同廠223cc車種有崩副軸的災情。追究其原因,也都是扭力的匹配問題,這裡再用個容易理解的方式來說明。

阿基米德的名言: 「給我一個支點,我可以舉起整個地球。」
這句話是科學家在說明一個百分百正確的理論,但實際上當然是不可行的。因為上述的說法,並不考慮到材料的強度。譬如使用100倍的槓桿,任何人都可以用10kg的力量抬起一噸的重物,支點和槓桿本身的材質都要能夠承受一噸的重量才行。否則不是支點崩壞,就是槓桿折斷。

崩檔齒的原因也是一樣,齒輪會崩,就表示主軸傳遞的扭矩已經超過檔齒所能負擔的極限,因此解決方式就是必須降低負載,也就是調降初傳比。
 
[常見的迷思]
網拍上經常看到六彈簧六片、甚至七片的離合器改裝品在出售。是否彈簧越多,離合片數越多,性能就越好呢?
有興趣的車友可以自行調查一下,目前日系各大廠250cc排氣量摩托車,所使用的離合器是甚麼設計。香魚上網隨手抓了幾台給大家參考:

 HONDA CBR205R – 五彈簧五片
 YAMAHA SR250 – 四彈簧五片
 SUZUKI GW250 – 五彈簧五片
 KAWASAKI NINJA250 – 四彈簧五片

怎麼最多也只有五彈簧五片,為什麼??? 主要原因有以下兩個:
Ninja 250R (2009) 離合器爆炸圖

1.     離合器的質量也是負載 離合器是傳動系統的一部份,隨著曲軸帶動不停旋轉,所以屬於引擎運轉的固定負載。所以每增加一個彈簧,增加一片離合片和摩擦片,都增加了引擎運轉加/減速上的負擔。也就是說,用了多餘片數的離合器,只會讓引擎轉速提高的速率降低。

2.     多片數離合器運動性差 離合片越多,操作離合器的動作行程就要越大。怎麼說呢? 每一個離合片都有兩個面,和摩擦片進行動摩擦和靜摩擦不斷的變化。從完全接合(最大靜摩擦)到完全鬆開(最小動摩擦)的狀態,需要騎士手動操作拉桿一定的距離。若不是很了解,可以複習一下上面的影片。
假設離合片分離的最小操作間隙是d,那麼五片摩擦片有十個面,就需要用到 10d;而七片式則有14個面,就需要14d的距離,也就是增加40%的操作距離。
此外,因為濕式離合器是浸潤於機油中的,油膜具有黏性。所以離合器每次放鬆/接合時,每個接觸面還有吸排油的時間延遲。這邊也就同時說明了為何高階競賽車種,或仿賽車要使用乾式離合器;最新車種甚至直接使用快排系統,不用操作離合器就能換檔。
上述的延遲因素在日常通勤或RV騎乘使用可能不會察覺,但在競技場合,每一次操作離合器、換檔所造成的傳遞微小延遲時間,將對操控性產生微妙的影響,並不斷累積,在最終勝負產生一定程度的影響。
這也是許多賽車安裝「快排」的原因,藉由電子電路介入控制,車手可以不用操作離合器,就能快速打檔,節省了拉放離合器的時間及動力間隔。


KUMotor五彈簧五片+初傳齒輪組套件
所以,坊間那些六彈簧七片式的離合器,是做甚麼用的? 其實真正的多彈簧多片式離合器,主要是使用在引擎必須拖動高負載的應用,譬如UTV/ATV車種等等。而坊間所賣的改裝六彈簧離合器,往往為了要不太過重手,彈簧的彈性都經過調降,實際扭力規格究竟是多少,若賣家不標示都不得而知。如果從四彈簧離合器,換成六彈簧離合器,卻絲毫沒有變重手的感覺,那麼效果如何就頗值得懷疑。

[結論]
引擎的設計參數常常是牽一髮動全身的,在過去分享的文章中也都提到過「改半套」的問題。然而,大多數的車友,都希望改裝能「簡單」、「經濟」又「有效」。拿這些要求去問商家,通常得到的不是對車友最好的忠告,而往往是對商人最有「利」可圖的方案。香魚不厭其煩的在這裡PO文分享,就是希望想要改裝的車友,下手前多少弄懂一點基礎原理,有概念就不容易被不肖商人牽著鼻子走。

最後,容許香魚打個廣告。凱宇皓月KUM 五片五彈簧FCC/無壓花鐵片離合器,高達95Nm以上的扭矩規格,輕重適宜的手感,絕對是您愛車提高運動性的絕佳選擇。已經提高排氣量的車友、有崩齒經驗的車友,搭配3.33初傳調降套件,絕對可讓變速箱更可靠耐用。如果您的愛車改更大,我們還有進階3.09減速比的組合,保證讓您的愛車會跑,又耐用。

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8 則留言:

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    1. 原理是一樣的,不過火叉市面上沒有改裝品可用。

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  2. 請假一下壓版的部分有無壓花的差別在於哪邊?
    小弟是原廠野狼目前離合器以打滑想升級離合器片不過壓版還拿不定主意

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    1. 根據老材料行老老闆指出~因早期擋車都是商用車用途~有押花的壓板可以讓機油有容納空間~可以造成微輕度打滑~但還是在合理正常適用範圍內~目的為了是要提高耐用度~以上!有錯也歡迎指正~感謝~

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    2. 上述回答是正確的,壓花油槽的確是為了讓摩擦片的結合不要那麼直接。是否對於耐用度有影響香魚不確定,不過確定的是半離合操作的範圍會比較寬,比較容易上手。
      無壓花的鐵片通常是騎檔車的老手,或是競賽用途居多。

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