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谈发动机每个环节对动力的影响,吸压爆排的基础观

如果可以,俺相信这个世界变了。以前会说化油器、分火头、双缸点火…但今天我们会谈论充气效率、压缩比值、稀薄燃烧、进排气气体涡流,甚至是探讨丰田家的41%引擎热效率,所以那时依着高转速多做功多出力的幼稚想法,在现今引擎的高效率面前,分分钟低转区段就能把它秒了。说到改装那就更可悲,那时的引擎Rebuild完后就只有一条出路:rebuild again,出赛时还不能保证可靠性。或许是受到那时候的影响,现在说起引擎改装还是心有余悸,但其实单片机(ECU)控制的现代引擎花费半小时刷写外挂ECU后的动力数据已相当可观(相对而言,汽车ECU貌似复杂,但其实跟IT业内的PC等设备还有相当差距的)。所以大多数的现代汽车引擎,你看到的依旧是吸气、压缩、做功、排气四冲程,不过能依现代角度来看待这四冲程的改装基础观,那说明你已经在进化,不再因循守旧。

图:目前丰田新推的“Dynamic Force Engine”(图右为新款引擎),上图(左)可见的是旧款引擎。相比之下,丰田只是做了周边优化,气门夹角、缸径冲程比变化等等,但这41%的热效率已是全球引擎阵列中最高效的。

吸气冲程:

更何况,坦白说终日游走在2,000-3,000转的日常行走区间,却拿着7,000-8,000转输出多大马力作为谈资,有这空闲不如换装高流量空滤来提高进气效率。一般原厂会使用低成本的一次性纸质空滤,容易积尘的同时空气通过阻力也大,而市售的高流量空滤可以减缓这种问题的影响,一、通过表面上的褶皱布置来增大进气表面积;二、通过多层特殊的化学纤维来减少空气通过阻力来增加单位进气量,但这有一个Bug:对更细小的微灰尘就更难过滤了,所以就推出有湿式(粘附微小灰尘)和可循环清洗的高流量空滤(提高使用寿命)。

图:原厂纸质空滤其密度大,所说过滤效果好,但也容易积聚灰尘和空气通过阻力大。

图:高流量空滤则会有多层特殊纤维布过滤空气,空气通过阻力也得以减少,并且通过褶皱布置来增大进气表面积。关键是目前大多数的高流量空滤均支持多次清洗,重复使用。

更多的空气(准确说是更多氧分子)进来了,就该来谈谈进气总管(节气门前),材料是大家所注重的,将原厂的硬塑料管路换成金属材质是必定?非也,各有优缺点:硬塑料的导热传热性相比下低(机舱高温影响进气温度/密度小),但硬塑料所能承受的进气压力低,粗糙的内管面会增大空气流动时的进气阻力;反之,则是金属管路的表现,传热导热高、受进气压力大、光滑的内管面减少进气阻力。所以综合上述,目前大多数厂商都已推出碳纤维进气管路。

对进气总管还有一观点可以聊聊:长度、管径。也并非足够短、足够粗的进气管就定能提高进气效率,该如何搭配得看引擎的不同工况,简单地说:长且细的进气管路会使空气流速加快、空气的振幅也会降低,一来就会有较顺畅的进气和空气中有效参与燃烧的氧分子也会更多,也就有大家所说的低转低扭好;相反短且粗的进气管路,看中的就是大量大量再大量的空气,以满足高转时的需求,但往往尚未来得及参与燃烧就被排出去了。

图:虽然金属材质能承受较大的进气压力和光滑内管表面减少进气阻力,但其物理特性也让它容易受机舱高温而影响进气温度/密度。

图:所以综合来看,笔者建议各位选择碳纤维材质的进气管路和进气风箱,既可隔机舱高温,又可承受过高的进气压力。

压缩冲程:

活塞的上行压缩是一个惯性动作,而影响每一款引擎压缩比不同的因素有很多,如活塞顶部的形状、缸垫厚度的大小、气缸盖燃烧室的形状设计(影响燃烧室容积的大小),当然提高/降低压缩比的方法也有很多,不管是民间的小作坊还是专职的赛车部门都会有各自办法,但!笔者不想在此深究下去,因为大多数的现代引擎压缩比已超10:1、超11:1,甚至是马自达官方自称的13:1超高压缩比(其实你我都知道,是膨胀比作怪)。

追求高压缩比的方向是对的,毕竟瞬间点燃高压高储量的可燃混合气所爆发出的那股“劲”,进而转化为最大的引擎扭力,但提高压缩比的同时也要考虑“爆震”——未到点火时刻时可燃混合气就受气缸过高压过高温而自爆(超高压缩比的柴油机同理,所以柴油机不配火花塞)。缸温过高是出现爆震的原因之一,可以从压缩、做功、排气冲程上各自解决,于压缩冲程来说,一、刷写(外挂)ECU编程来修正(大众目前在玩的:缸温高时供浓油降温),二、定期清除积碳,三、也是最关键的:加更高标号的汽油,抗爆值更高(通常笔者的做法是,比配置单上的汽油标号更高一个等级)。

图:大众旗下的涡轮引擎多半都会有这种功能,一旦检测气缸温度过高,为抑制爆震而供浓油吸热降温。

图:有众多原因致使积碳产生,如油品、驾驶习惯等等,一旦积聚的积碳过多也会造成有缸温过高,定期清除积碳为妙。

图:为减缓引擎积碳,笔者通常的做法是选择比配置单上的标号更高一个等级的汽油(图片来源网络)。

做功(点火)冲程:

点火冲程是四冲程中唯一主动做功的,而关于这个冲程其实说的就是点火系统的改装,多见升级低内阻高压缸线、升级高压包、升级火花塞、12v升16v点火升压等动作意在提高点火强度和稳定间隙点火的电压/电流,别以为这有多复杂,硬件层面上这些不过是基础升级件,比起原厂高内阻低导电性的点火系统也确实有花钱的价值。

然而也得向大家说明一下点火的软件层面,引擎ECU所负责的“点火提前角”,简单来说它是综合燃油经济性、动力指标、抗爆震发生等的特定点火时刻,也就是俗话说的退点火,但并非过度地提前点火角就是好事,因为这样动力输出就会变得极低;再有点火提前角也并非是一个恒定的点火时刻,每一循环周期的点火提前角也有所不同,而当中有何不同?不必各位操劳,ECU单片机控制的现代引擎会综合各传感器的反馈信息,通过内存有的MAP模块极快地计算/修正点火提前角。

图:12v升16v的点火增压器(左)和电子整流器(右),电压升高后不但能减少传输时的能量损失,还能增强点火力量,日常行走将会有效地降低油耗、积碳发生的机率,动力性能也会有小幅度的提升。至于电子整流器在于对点火系统中的电流起稳定作用。

图:少不了的还有点火线圈和点火高压包。

图:一般外挂ECU都会对“点火提前角”进行修改,不过修改幅度并不大。

排气冲程:

排气冲程的改装基础观,顾名思义是对排气进行升级改装。改装排气观念中,大家都知道啥叫头/中/尾段、啥叫直通和回压排气,甚至说他们各有啥优缺点都已一清二楚,因为在国内首改排气的玩家确实很多,同时也渐渐地从只追求吵吵闹闹的排气声浪转变到提高排气效率、安静舒适的选择上。

但提高排气效率并非易事,往基础认知上讲,尾段回压鼓的设计和管路的弯曲走向、小管径等均会影响着低转低扭所需的排气回压(前一波排气对后一波所形成的负压力,吸出残留在气缸内的废气);高转时则要求尽快地排出废气,讲求排气顺畅性,进而需要稍大的排气管径(管径太小不畅而极易产生排气阻力)。谈及排气管径,再说点别的,不少玩家会认为管径的大小取决于排气量,其实并不全对,这话适用于充分效率<1的自吸引擎,假若说是充分效率>1的(涡轮/机增)增压引擎,取决的是废气量(可燃混合气多了,燃烧后的废气自然也多)。

图:等长芭蕉,排气歧管的长度一致,意在让各缸排气互不相扰,并达到有排气顺畅性。等长芭蕉并非是自吸NA车的一大利器,对涡轮车来说是相当有效,因为涡轮废气侧扇叶可以受到定量、顺畅而持续的冲击,这样增压的界限、效率、稳定度都会提高,特别在HI-BOOST设定时更是明显。

图:笔者不排除过去不少玩家为追求吵吵闹闹的排气声浪而选择直通排气,不过现今玩家们对于排气改装都明智了不少,更何况过于顺畅的直通排气不一定就有高排气效率。

图:中段消音鼓、尾段回压鼓的设计,日常行走来说,笔者倒是倾向这种回压排气,可利用排气回压来保证低转低扭性。

图:即便是1.5升的GK5飞度,因为外挂上涡轮后引擎的废气量将会上升,所以管径上选择了61mm来满足小排量涡轮引擎的排气需求。

编辑点评:其实不单是原厂引擎在不断地优化提高效率,不少的改装观念也在改变,像是此前被吹捧的路调引擎ECU,现今则运用马力机上实时显示的数据、曲线图来编写ECU;此前职业赛车上那些左加右减的夸张空力套件,现今也少见而是重新设计出极为高效、符合空气动力学的一体化车身。当然,你有你爆散重组的老套路,但回过头想想,我也有我2,000-3,000转时的轻改高效。

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