進氣系統的工作原理及改裝

                                                      

進氣系統的工作原理
進氣系統包含了空氣濾清器、進氣歧管、進汽門機構。空氣經空氣濾清器過濾掉雜質後,流過空氣流量計,經由進氣道進入進氣歧管,與噴油嘴噴出的汽油混合後形成市適當比例的油氣,由進汽門送入汽缸內點火燃燒,產生動力。

一、容積效率
引擎運轉時,每一循環所能獲得的空氣量多寡,是決定引擎動力大小的基本因素,而引擎的進氣能力乃是藉由引擎的『容積效率』及『充填效率』來衡量。『容積效率』的定義是每一個進氣行程中,汽缸所吸入的空氣在大氣壓力下所佔的體積和汽缸活塞行程容積的比值。之所以要用在所吸入空氣在大氣壓力下所佔的體積為標準,是因為空氣進入汽缸時,汽缸內的壓力比外在的大氣壓力為低,而且壓力值會有所變化,所以採用一大氣壓的狀態下的體積作為共通的標準。並且由於在進行吸氣行程時,會遭受各種的進氣阻力,加上汽缸內的高溫作用,因此將吸入汽缸內的空氣體積換算成一大氣壓下的狀態時,一定小於汽缸的體積,也就是說自然吸氣引擎的容積效率一定小於1。進氣阻力的降低、汽缸內壓力的提高、溫度降低、排氣回壓降低、進汽門面積加大都可提高引擎的容積效率,而引擎在高轉速運轉時則會降低容積效率。

二、充填效率
由於空氣的密度是因進氣系統入口的大氣狀態(溫度、壓力)而有所不同,因此容積效率並不能表現實際上進入汽缸內空氣的質量,於是我們必須靠〞充填效率〞來說明。〞充填效率〞的定義是每一個進氣行程中所吸入的空氣質量與標準狀態下(1大氣壓、20℃、密度:1.187Kg/㎡)佔有汽缸活塞行程容積的乾燥空氣質量的比值。在大氣壓力高、溫度低、密度高時,引擎的充填效率也將隨之提高。由此也可看出,容積效率所表現的是引擎構造及運轉狀態所造成引擎性能的差異,充填效率表現的則是運轉當時大氣狀態所引起引擎性能的變化。

 
進氣岐管與容積效率
另一項影響容積效率的重要因素是進氣歧管的長度,由此也引發了與容積效率有關的『脈動』及『慣性』兩種效應。

一、脈動效應
引擎除了在極低的轉速外,進汽門前的壓力在進汽期間會不斷的產生變動,這是由於進汽閥門的開、閉動作,使得進氣歧管內產生一股壓縮波(Compression Wave)以音速的大小前後波動。假如進汽歧管的長度設計正確,能讓壓縮波將在適當的時間到達進汽閥門,則油氣可藉由本身的波動進入汽缸,提高引擎的容積效率,反之則會導致容積效率下降,此現象稱為進氣歧管的脈動效應,又稱『共震效應』。

二、慣性效應
進汽閥門打開,空氣流入汽缸內時,由於慣性的作用,即使活塞已經到達下死點,空氣仍將繼續流入汽缸內,若在汽缸內壓力達最大時,關閉進汽閥門的話,容積效率將成最大,此效應稱為慣性效應。若想得到最佳的容積效率必須同時考律脈動效應及慣性效應,也就是說在汽缸壓力達到最大,關閉進汽閥門的同時,前方進氣歧管內的壓縮波也同時達到最高的位置(波峰)。 較長的進氣歧管在引擎低轉速時的容積效率較高,最大扭力值會較高,但隨轉速的提高,容積效率及扭力都會急劇降低,不利高速運轉。較短的進氣歧管則可提高引擎高轉速運轉時的容積效率,但會降低引擎的最大扭力及其出現時機。因此若要兼顧引擎高低轉速的動力輸出,維持任何轉速下的容積效率,唯有採用可變長度的進氣歧管。

 
進氣系統的改裝
進氣系統的改裝基礎就是要提高引擎『容積效率』,要達到此一目的通常可由以下的方式著手:

一、空氣濾清器
進氣系統改裝的入門工作就是換用高效率、高流量的空氣濾清器濾芯,市場上常見的品牌有K&N、HKS、ARC等。換裝高流量的空氣濾芯可降低引擎進氣的阻力,同時提高引擎運轉時單位時間的進氣量及容積效率,而由供油系統中的空氣流量計量測出進氣量的增加,將訊號送至供油電腦(ECU),ECU便會控制噴油嘴噴出較多的汽油與之配合,讓較多的油氣(並不是較濃)進入汽缸,達成增大馬力輸出的目的。 若換了濾芯仍不能滿足你的需求,可將整個空氣濾清器總承換成俗稱〞香菇頭〞的濾芯外露式濾清器,進一步的降低進氣阻礙,增強引擎的〞肺活量〞。目前市場上知名度最高的當屬HKS的POWER FLOW。

二、進氣道
進氣道的改裝可分成形狀及材質兩方面來談。改變進氣道的形狀目的在於進氣蓄壓(以供急加速時節氣閥突然全開之需)及增加進氣的流速,但這類產品通常有特殊性的限制,也就是說A型車所用的若裝在B型車上並不一定能發揮其最大的效果,如前一陣子所流行的『進氣肥腸』,形狀便是仿造MUGEN廠車上所用的,也就是喜美專用,裝在其它車種則效果可能會打折扣。 改變進氣道材質乃是著眼於不吸熱及重量輕,目前最常用的就是碳纖維的材質,其不吸熱的特性,能讓進氣的溫度完不受引擎室的高溫所影響,讓進氣的密度較高,即單位體積的含氧量增加,提高引擎出力,唯一缺點是價格高不可攀。 進氣道的改裝常是形狀及材質同時改變以收最大效果,同時將空氣濾清器一併拆除,並將進氣口延伸至車外,直接對準前方,以便隨車速提高增加進氣壓力,提高進氣量。

三、直噴式歧管
在賽車引擎上所需要的是高轉速的動力表現,可犧牲低轉速時的馬力輸出,因此都將進氣歧管盡量縮短並取消空氣濾清器,充份消除進氣阻力,以求得最佳的高速表現。 傳統式後方進氣前方排氣的引擎型式,在換裝直噴式進氣歧管後,所面臨的最大問題是如何由車外導入足夠的新鮮空氣。直噴式的進氣歧管與經過空氣動力學設計的碳纖維進氣道是最佳的組合,也是目前比賽廠車的不二選擇。尤其在將引擎降低後,利用引擎上方所空出的空間,安裝一大型進氣導管,開口並與車頭水箱護罩充份密合,讓空氣能有效的送達後方的進氣歧管。 目前的CLASS-Π廠車則直接將汽缸頭反置(Reverse-Head),如此一來進氣歧管便直接對準車頭,進氣又變得更直接了。

四、二次進氣
目前市面上有許多利用二次進氣原理所製成的產品,使用的人不少,價格也都不便宜。之所以稱它為〞二次進氣〞乃是因為除了原有從空氣濾清器吸入的空氣外,另外再利用進氣歧管的真空壓力差,從引擎PCV(曲軸箱強制通風)管路外接另一進氣裝置,導入適量的新鮮空氣來達到提高容積效率的目的。二次進氣所能得到的動力提升效果最主要的是在前段(低轉速),因為在節氣閥全開,空氣大量進入真空度降低時,二次進氣裝置所能導入的空氣量相形就變得微不足道了。 二次進氣裝置最重要的就是要維持『適量』的進氣,目前市面上產品的差異,就在於控制導入空氣的進氣量的方法各家不同。若進氣的量太少,則效果不佳,太多則會降低真空度,影響煞車真空動力輔助器(Air-Tank)的輔助力,使煞車所需力道變得較重,而所謂的『適量』則是廠家研究、實驗所得的結果。 進行大幅度的進氣系統改裝時,必須考慮與供油系統的配合問題。若只是大幅的增強進氣能力,而供油系統無法提供足夠的供油量與之配合,則勢必無法達到提高馬力的目的,因為引擎所需的是比例適當的油氣而不只是大量的空氣。 此外在實用上必須考慮噪音的問題。以往談到噪音大家通常只想到排氣管所產生的聲浪,而忽略了進氣也會產生噪音。您也許不知道,在裝了觸媒轉化器的ITC賽車,進氣的噪音幾乎大過排氣的聲浪。因此若您是『實用性能型』的車主,換個高流量的濾芯或許就能符合您的需求,是否再往上換可能需要再三思。