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有关汽车改装的知识

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  点火系统在引擎运转时所扮演的角色是在任何引擎转速及不同的引擎负荷下,均能在适当的时机提供足够的电压,使火花塞能产生足以点燃汽缸内混合气的火花,让引擎得到最佳的燃烧效率。

  点火系统的基本装置包含了电源(电瓶)、点火触发装置、点火正时控制装置、高压产生器(高压线圈)、高压电分配装置(分电盘)、高压导线及火花塞。现代的点火提前装置则已改由引擎管理电脑所控制,电脑收集引擎转速、进气歧管压力或空气流量、节气门位置、电瓶电压、水温、爆震等讯号,算出最佳点火正时提前角度,再发出点火讯号,达到控制点火正时的目的。

  在谈点火系统的改装之前,必须先了解汽车的点火系统是否仍维持原设计的性能,确认之后再谈改装的需求。火花塞是否定期更换?冷热值是否正确?这可由拆下的火花塞电极状况判断,太冷的(散热能力太好的)电极会出现黑色积碳,太热的电极则会呈现白色、电极熔蚀、陶瓷裂开等状态。高压导线是否破损漏电?电瓶的电压是否充足?(装了高功率的音响扩大机后,是否配合换用安培数较大的电瓶?)点火正时是否作了正确的调整?

  点火系统的改装是为了弥补原有点火系统的不足,改装的目标在于缩短充磁所需时间,提高二次电压,降低跳火电压,延长火花时期,减少传输损耗。其方法可由以下几个方面着手:

  高压导线顾名思义就是肩负着传输由高压线圈所发出的高压电流到火花塞的任务。一组优良的高压导线必须具备最少的电流损耗及避免高压电传输过程产生的电磁干扰。一般车上的高压导线由于包覆材质所限,因此设计成约有5k 的电阻值,以防止电磁干扰,但这电阻值却会降低导线的传输效率,造成电流的损耗。若将导线包覆的材料改为矽树脂,则干扰的问题可获得解决,电阻值也可大幅降低,高压电流因传输而造成的损耗也可降低,这也就是改用『矽导线』的目的。改用矽导线绝不可能让你的点火系统脱胎换骨,但能收强化体质之效,也可为后续的点火系统改装铺路。

  前面所提的两项充其量不过是点火系统的强化工作,还称不上改装,点火系统的改装应从高压线圈开始算起。点火用的高压电流是由高压线圈所产生,改用线圈材质较佳或一、二次线圈圈数比值比较高的高压线圈,均能产生较高的高压电流,并且能承受较高的电流输出负荷。点火电压的提高对火花时期的延长有直接、正面的影响。目前有许多种都将分电盘和高压线圈设计在一起,若要改装高压线圈则必须将原有高压线圈的线路外接,另外装一组改装用部品。

  电容放电点火系统就是利用每次的点火间隔,将点火能量储存于电容器的电场中,点火时再一次释放,因此比起传统的点火系统能产生更大的点火能量。CDI的产品中知名度较高的有ULTRA、MSD、其中特殊的要算是MSD(Multi Spark Discharge),字面意义是:多重火花放电。它在一次点火放电的过程中可产生多次连续的高压放电,具有极高的点火能量(可达一般点火系统的十倍)。如此高的点火能量可大幅延长火花时期,也由于点火能量(电流)的大幅增加,因此必须配合将火花塞的电极间隙适度的加大,让点火能量(电流)能在一次的点火时期正好消耗完,否则未能消耗的能量可能会寻找其它的方式消耗,其中可能的是在点火系统的其它电路中取一最短的路径,如此一来点火系统将有烧毁的可能,不可不慎。

  点火系统改装后可能面临的是供油量不足的问题,尤其在高转速状态下,若不能解决则可能导致引擎的过热问题,因此供油系统必须视点火系统改装的程度,适度的提高供油量。

  以MSD的改装为例,其附属配件就是一个调压阀,在不变更供油系统其他组件的情况下增加供油量。任何改装的成败及优劣,决定在改装后与其它系统的配合程度,单方面的加强某一部份,只会加速其它部份的损耗。成功的改装是在促成各机件均衡谐调的运作,不但要高效率,更要高度平衡性。

  进气系统包含了空气滤清器、进气歧管、进汽门机构。空气经空气滤清器过滤掉杂质后,流过空气流量计,经由进气道进入进气歧管,与喷油嘴喷出的汽油混合后形成适当比例的油气,由进汽门送入汽缸内点火燃烧,产生动力。

  引擎运转时,每一循环所能获得空气量的多少,是决定引擎动力大小的基本因素,而引擎的进气能力乃是由引擎的『容积效率』及『充填效率』来衡量的。『容积效率』的定义是每一个进气行程中,汽缸所吸入的空气在大气压力下所占的体积和汽缸活塞行程容积的比值。

  之所以要用在所吸入空气在大气压力下所占的体积为标准,是因为空气进入汽缸时,汽缸内的压力比外在的大气压力低,而且压力值会有所变化,所以采用一大气压的状态下的体积作为共同的标准。并且由于在进行吸气行程时,会遭受其他的进气阻力,加上汽缸内的高温作用,因此将吸入汽缸内的空气体积换算成一大气压下的状态时,一定小于汽缸的体积,也就是说自然吸气引擎的容积效率一定小于1。进气阻力的降低、汽缸内压力的提高、温度降低、排气回压降低、进汽门面积加大都可提高引擎的容积效率,而引擎在高转速运转时则会降低容积效率。

  由于空气的密度是因进气系统入口的大气状态(温度、压力)而有所不同,因此容积效率并不能表现实际上进入汽缸内空气的质量,于是我们必须靠充填效率来说明。充填效率的定义是每一个进气行程中所吸入的空气质量与标准状态下(1大气压、20℃、密度:1.187Kg/cm2)占有汽缸活塞行程容积的干燥空气质量的比值。在大气压力高、温度低、密度高时,引擎的充填效率也将随之提高。由此也可看出,容积效率所表现的是引擎构造及运转状态所造成引擎性能的差异,充填效率表现的则是运转当时大气状态所引起引擎性能的变化时进气岐管与容积效率 。

  引擎除了在极低的转速外,进汽门前的压力在进汽期间会不断的产生变动,这是由于进汽阀门的开、闭动作,使得进气歧管内产生一股压缩波以音速的大小前后波动。假如进汽歧管的长度设计正确,能让压缩波在适当的时间到达进汽阀门,则油气可由本身的波动进入汽缸,提高引擎的容积效率,反之则会导致容积效率下降,此现象称为进气歧管的脉动效应,又称『共震效应』。

  进汽阀门打开,空气流入汽缸内时,由于惯性的作用,即使活塞已经到达下死点,空气仍将继续流入汽缸内,若在汽缸内压力达到最大时,关闭进汽阀门的话,容积效率将成最大,此效应称为惯性效应。

  若想得到最佳的容积效率必须同时考虑脉动效应及惯性效应,也就是说在汽缸压力达到最大,关闭进汽阀门的同时,前方进气歧管内的压缩波也同时达到最高的位置(波峰)。较长的进气歧管在引擎低转速时的容积效率较高,最大扭力值会较高,但随转速的提高,容积效率及扭力都会急剧降低,不利高速运转。较短的进气歧管则可提高引擎高转速运转时的容积效率,但会降低引擎的最大扭力及其出现时机。因此若要兼顾引擎高低转速的动力输出,维持任何转速下的容积效率,唯有采用可变长度的进气歧管。

  进气系统的改装基础就是要提高引擎的『容积效率』,要达到这一目通常可由以下的方式着手:

  进气系统改装的入门工作就是换用高效率、高流量的空气滤清器滤。换装高流量的空气滤芯可降低引擎进气的阻力,同时提高引擎运转时单位时间的进气量及容积效率,而由供油系统中的空气流量计量测出进气量的增加,将讯号送至供油电脑(ECU),ECU便会控制喷油嘴喷出较多的汽油与之配合,让较多的油气(并不是较浓)进入汽缸,达成增大马力输出的目的。若换了滤芯仍不能满足你的需求,可将整个空气滤清器总承换成俗称〃香菇头〃的滤芯外露式滤清器,进一步的降低进气阻碍,增强引擎的〃肺活量〃。

  进气道的改装可从形状及材质两方面来谈。改变进气道的形状目的在于进气蓄压(以供急加速时节气阀突然全开之需)及增加进气的流速,但这类产品通常有特殊性的限制,也就是说A型车所用的若装在B型车上并不一定能发挥其最大的效果,改变进气道材质乃是着眼于不吸热及重量轻,目前最常用的就是碳纤维的材质,其不吸热的特性,能让进气的温度不受引擎室的高温所影响,让进气的密度较高,即单位体积的含氧量增加,提高引擎出力,唯一的缺点是价格高不可攀。进气道的改装常是形状及材质同时改变以收到最大效果,同时将空气滤清器一并拆除,并将进气口延伸至车外,直接对准前方,以便随车速提高增加进气压力,提高进气量。

  在赛车引擎上所需要的是高转速的动力表现,可以牺牲低转速时的马力输出,因此都将进气歧管尽量缩短并取消空气滤清器,充分消除进气阻力,以求得最佳的高速表现。传统式后方进气、前方排气的引擎型式,在换装直喷式进气歧管后,所面临的最大问题是如何由车外导入足够的新鲜空气。直喷式的进气歧管与经过空气动力学设计的碳纤维进气道是最佳的组合,也是目前赛厂车的不二选择。尤其在将引擎降低后,利用引擎上方所空出的空间,安装一大型进气导管,开口并与车头水箱护罩充分密合,让空气能有效的送达后方的进气歧管。

  目前有许多利用二次进气原理所制成的产品,使用的人不少,价格也都不便宜。之所以称它为二次进气,是因为除了原有从空气滤清器吸入的空气外,另外再利用进气歧管的真空压力差,从引擎PCV(曲轴箱强制通风)管路外接上另一进气装置,导入适量的新鲜空气来达到提高容积效率的目的。

  二次进气所能得到的动力提升效果最主要的是在前段(低转速),因为在节气阀全开、空气大量进入真空度降低时,二次进气装置所能导入的空气量就变得微不足道了。进行大幅度的进气系统改装时,必须考虑与供油系统的配合问题。若只是大幅的增强进气能力,而供油系统无法提供足够的供油量与之配合,则势必无法达到提高马力的目的,因为引擎所需的是比例适当的油气而不只是大量的空气。此外在实用上必须考虑噪音的问题,以往谈到噪音大家通常只想到排气管所产生的声浪,而忽略了进气也会产生噪音。

  供油系统分为化油器和燃油喷射系统两种,但是就马力输出、燃油效率、废气污染、可靠度等各方面来说,化油器比起燃油喷射系统可说是一无是处,所以我们可以说:化油器的时代已经过去,它已成为历史名词,无讨论的价值。所以,我们谈引擎供油系统就是单指燃油喷射系统。

  喷油系统是由燃油输送系统、感应器系统、电脑控制系统所组成。它的工作原理简单来说就是利用汽油泵将汽油加压以后,从油箱送进高压油路,经过压力调整器的调节作用,使系统中的供油压力维持在2.0~2.5 ,也就是将送到喷油嘴的汽油压力保持在2.0~2.5。同时由各感应器将引擎的进气量及运转状态以电压讯号的形式传送到供油电脑(ECU:Electronic Control Unit),ECU根据这些电压讯号加以分析,算出所需的喷油量,也就是算出喷油嘴的喷油时间,然后再将喷油讯号传送到喷油嘴的线圈,喷油嘴接受喷油讯号后,将喷油阀打开,汽油便喷到进汽门前方的进气岐管内,再随着进汽门的打开进入汽缸内。

  节气阀体喷射式又称为单点,只使用一或二支喷油嘴,装在节气阀上方,以较低的压力喷出汽油,汽油与流经节气阀的空气形成混合气后,必须先通过进气歧管再由进汽门进入汽缸。但是油气流经进气歧管时,部份油气会在歧管壁附着,并且会因进气歧管的形状、长度不同而造成各缸混合气分配不均。因为油气从节气阀到汽缸必然会有的时间延迟,因此引擎加速时的反应会较慢。

  多点喷射,每缸的进汽门口之前各有一支喷油嘴,对准进汽门,以2~5 的高压将汽油喷出,而与进气歧管的空气一起进入汽缸,形成混合气。如此一来进入各汽缸油气的混合比得以平均。

  连续喷射,又称机械喷射式,喷油嘴在引擎运转时不断的喷油,而喷油量的控制是经由改变供油压力来达成。

  程序喷射式,使用电子式喷油嘴,需要喷油时将喷油嘴的线圈通电,使柱塞因为磁力的作用而往上提升,喷油嘴便可喷油。喷油量是由喷油时间的长短来控制,单位是微秒(ms)。

  由于机械喷射已经是过时的设计,因此目前的车种几乎都采用效率及经济性较佳的程序式喷射。而单点喷射除了价格较低、结构简单外,也无任何可和多点喷射媲美之处,况且它还有许多和化油器相同的缺点(效率低、各缸油气分配不均),因此多点喷射(MPI)可说是现代喷射供油系统的主流。

  进气量的检测方式分为直接和间接两大类,一种是以进气歧管绝对压力感应器(MAP Sensor:Manifold Absolute Pressure Sensor)测出的进气歧管压力和引擎转速间接计算求得。另一种则是以空气流量计直接测得。较常见的空气流量计有三种:翼板式、热线、供油量的计算

  供油量的多少是以喷油嘴燃料喷射时间的长短来计算,供油电脑(ECU)根据空气流量、引擎转速、及各个感应器所提供的补偿讯号,利用原先设定的供油程序算出所需的供油时间,这个供油程序我们可以用图形的方式来表现。ECU所算出的燃料喷射时间是『基本喷射时间』、『补偿喷射时间』和『无效喷射时间』的总和,单位是微秒(ms),1ms=0.001秒。其中喷油嘴在单位时间内所喷出的汽油量是由喷油嘴本身口径的大小及喷油压力大小所决定。

  基本喷射时间是由进气量(此处是指重量)和引擎转速所决定。当你踩下油门踏板时,控制的是节气阀的开启角度,开度越大进气量越大,供油电脑根据空气流量计测出的进气量及当时的引擎转速来和预先所设定的供油程序比较后,算出所需供油量和相对的喷射时间。

  补偿喷射也就是一般人所称的『提速』,它是由各种感应器侦测出引擎当时的工作状况及负荷,将讯号传给电脑(ECU)以后,算出所需额外的供油量,用以维持引擎稳定、顺畅的运转。补偿喷射程序的设定是一复杂的工作,因车而异。

  引擎的最佳空燃比为14.7:1,但若在高转速、高负荷时若想要求得较高的引擎出力,通常要将空燃比提高到12:1~13:1。供油系统的改装就是要『在适当的时候适量的提高供油量』,让空燃比适度变大,这『适时』与『适量』也是判断供油系统优劣的依据。

  喷射供油系统的改装可分为改硬体和改软体两大类,改硬体的目是要提高单位时间的供油量。改软体主要是改变它的供油程序,由于原车的供油程序是考虑了废气控制、油耗经济性、运转稳性定、引擎材料耐用性所得的设定,所以在马力的输出表现上,往往无法达到注重性能的使用者的需求,例如大家最殷切需求的高转速、高负荷时的表现,往往呈现供油量不足的窘况,这时就需要改装软体来达成。

  在多点喷射油路系统中的压力调整器,它负责对喷油嘴提供固定的压力,压力越大那么相同的喷射时间喷出的汽油量越多。调压阀是装置在压力调整器之后的回油管,经过调整可将喷油嘴的喷油压力提高(一般约可提高20%),进而达到不变动供油模式的情况下增加喷油量(约可增加5%~10%)。加装调压阀可以说是供油系统的改装中最花费最便宜的,其安装也相当容易,只不过在调整压力时,需借助汽油压力表才能量测调出的压力。事实上,对换排气管、改进气装置等,这类小幅改装的车,通常用加装调压阀来弥补其高转速时喷油量的不足,效果不错而且经济。在此要告诉大家一个小常识,若你的车在静止起步油门踩下的瞬间会出现短暂的爆震现象,装个调压阀也许就可改善。

  喷油嘴的大小决定了单位时间的喷油量,改用口径较大的喷油嘴是提高喷油量的最直接方法,要换到多大则需视引擎的改装程度而定。改喷油嘴最大的困难是可相容喷油嘴的取得,通常同车系或同系列引擎的喷油嘴才可相容,最常见的就是CIVIC可换用ACCORD的喷油嘴,可增加约25%的喷油量。改调喷油嘴所获得喷油量的增加是全面性的,也就是从低转速到高转速喷油量都会增加,这可能会造成中、低转速时的供油过浓,导致耗油量增加和运转不顺。通常“动过大手术”的引擎才会需要大幅的增加供油量,一般车主所需要的通常是高转速和重负荷时适度的增加喷油量,这就需要软体的改装才能达成。但有个情况就是引擎大幅改装后,也许高转速时所需的喷油时间比引擎运转一个行程的进气时间还长,造成喷油嘴持续的喷油都没办法提供足够的油量,这时加大喷油嘴已是必然的选择。

  车厂在设计引擎时便已将原先设定好的供油程序录在ROM上,这个程序通常是油耗、污染、运转平顺度等条件妥协下的产物,而且是不可更动的。就因为不可更动,所以若想改变供油程序就必须换用另一种模式的ROM。通常专业改装厂都会供应种车型的改装用电脑晶片,改装时要先把原电脑的晶片取下(通常原厂供油电脑的ROM都直接焊在电路板上),焊上一个IC座(如此一来可方便日后再更换),再插上改装用的晶片。如此所得的供油程序仍是固定的,它只是对原车的程序做修正,其中很重要的一项是可将补偿喷射程序中的断油控制时间延后甚至取消不再有断油之限制。要注意的是 :每种改装用晶片都有它设定的适用条件(也就是改装的程度),改装时必须选用和您爱车改装状况相近的晶片,才能得到最佳的效果,否则可能适得其反。晶片的选用应该寻求经验丰富的改装厂咨询。

  这是供油系统改装中最贵也最有效的一项,就是HALTEC电脑。经由这个电脑车主可依照爱车引擎的改装程度,配合空燃比计的测量,设定出最佳的供油程序,也就是前文所提的基本喷射程序以及各个补偿喷射程序都可利用外接手提电脑任意更改。它与改晶片最大的不同,也是它最大的优点是日后引擎再作更动、改装时,若出现原有供油程序不合用情况,可经由程序的修正立刻获得解决。

  改装可变程序电脑后,原车的供由电脑便废弃不用,但较高等级的电脑能将原车的所有感应器功能全部保留,也就是说各种供油补偿程序都可正常运作,也可更改,不因获得高性能而将运转顺畅度与实用性牺牲。改装可变程序供油电脑的最大困难并不在于安装,而是供油程序的设定与最佳化修正。这往往需要借助经验和仪器,经过不断的测试才能完成。


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