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“蜗牛”快跑——改装专家谈涡轮增压系统改装
菲亚特的Bravo(博悦)已经进入中国并且已经开始接受预定,该车最大的看点在于,它搭载了一台最大功率达到110kW的1.4T涡轮增压发动机,故有“小钢炮”之称。因为它装备了1.4T高功率发动机,使它的身价“倍增”。它的功率及扭矩达到了一般2.4L自然进气发动机的水平,而油耗却仅仅相当于1.6L自然进气发动机,再配合上6速手动变速器及优良的底盘系统,使这款车操控性能上了一个台阶。
这不得不说是采用涡轮增压(Turbo Charger)起到的作用,这也是很多自然进气式的车主改装涡轮增压器的原因。特别是消费税的征收、油价的不断上涨,涡轮增压轿车受到越来越多车主的青睐,汽车厂商也纷纷开始推出小排量、高功率的涡轮增压轿车。
一些已经购买了自然进气式轿车的车主,把瞄头纷纷指向了“涡轮增压改装”。虽然改装涡轮增压器要花费不少,但总比换车来提高车辆性能实惠得多。前面的文章,已经对涡轮增压系统的相关基础知识作了介绍,这里就不再累赘,下面就涡轮增压在改装上的相关问题作些介绍。
怎样选择涡轮增压器
增强发动机动力的方法有许多种,但以相等功率来说,以纯NA(自然吸气)改装的花费绝对是使用增压系统的两倍,而且功率越大低速扭矩必定流失越多,转速也必定要向上拉高。此外,NA可达到的极限值也无法提高到Turbo(涡轮增压)那么高,所以增压系统可说是最佳功率提升方案。
那么,车主应该怎样选择适合自己车型的涡轮增压器呢?笔者就这个问题采访了台湾改装专家、Evil品牌总监谢宗桓先生。
由于时下市售车为了顾及运转精度、油耗、耐用性等多方面考量,在涡轮容量、增压值或者A/R值(A是Aera“区域”的简写,指的是涡轮排气侧入口处最窄的横切面积,R值是Radius“半径”的缩写,指的是入口处最窄的横切面积的中心点到涡轮本体中心点的距离,两者的比例就是A/R值。)方面通常都会采用较保守的设定,所以就改装的观点来看,原厂Turbo(涡轮增压器)当然还其有再升级的空间。而在进行Turbo加装或升级的时候,很多人都会感到困惑,到底是要选择能够发挥大功率的Turbo,还是要选择擅长反应低转速就能发挥的扭力型Turbo呢?
谢宗桓先说,事实上,内部容量大小,http://www.gzypkg.com/不过是配合各式涡轮有所不同的特性来设计的,而发动机当然也有自己的特性,单凸和双凸就各有长处。选择涡轮时也要考量其发动机的设计,此外排气量也非常重要。举例来说,大排量的发动机上装置扭力型的小容量涡轮,虽然它有低转反应佳的优点,Turbo非常快就出现效果,但容量也很快就塞满了,转眼间转速已达到最高点了,压力亦很难增加上去,因此到了排废气能量较大的高转区域,增压已经达到极限,无法进一步增加发动机空气进气量,这时要它再将功率随发动机转速向上提升实在非常勉强。当然也无法期待能够输出高功率,这便是小型涡轮的不利点。
相反地,若是想让涡轮到高转速产生大功率才开始发挥作用,则加大涡轮本体的体积是提升增压风量最快的方法。不过,涡轮的容量越大,虽能够将越多的空气送入汽缸内,但是驱动涡轮所需的动力也必须相对增大。也就是说,要驱动容量越大的涡轮并使其完全发挥增压效果,发动机本身也就必须具有越大的排量。而如果在小排量的车上使用大型涡轮的话,在发动机排放废气量较小时的低转速区域,涡轮本身的旋转速率相对地无法提高,增压值亦很难提升上去。所以只要叶片的转速降下去,便很难快速再加速上来,这也就形成涡轮最严重的缺点Turbo Leg(涡轮迟滞)。
所以如果是发动机在同样增压值的情况下,分别使用一大一小不同容量的涡轮时,就动力输出来看,使用大涡轮的发动机,在功率方面比较有利,但是在增压反应以及整体运转特性这边,大涡轮发动机必然无法和小涡轮发动机相抗衡。所以如果能同时拥有功率大,反应快是许多性能狂的梦想。因此,便有厂家推出采用进气侧大配合排气侧小的Hybrid混种型Turbine,十分受到欢迎。其优点在于具有反应极快,高转功率输出良好,可兼顾全转速域的表现。以HKS 2530为例,其便是由A/R80的驱动轮再组合A/R60的压缩轮。不过,这种搭配如果太过极端的话,很容易发生排气压力过大,甚至是熔毁叶片的情形。解决的方法除了使用运作灵敏的排气泄压阀、大口径FrontPipe之外,最彻底的还是运用高强度的钛合金排气叶片,当然,其轻量化的特质顺道对Turbine反应的增进也有不小助益。
另外,还可以根据Turbo的相关参数来选择,如A/R值、Trim(Trim值是指压气机叶片的进气端直径平方与出气端直径平方之比,再乘以100。若是涡轮Trim,则用排气端直径平方与出气端直径平方相比再乘以100,因此Trim值只能小于100。)、Compressor map(风量图)等来考量选择,一般地,A/R和Trim大的,高流量特性佳;A/R和trim小的,低转反应佳。
改装第一步
改装涡轮增压器,因其是会增加阻力的零件,造成排气管内的压力连带随之上升,如此将对活塞运动造成阻碍,故改装的第一步便需要从排气系统的顺畅性做起,基础的提升排气系统,是先把与Turbine出口相连的Front Pipe(涡轮排气前段管)换装成大口径以减低二次回压,同时中尾段管径也得跟着加粗,并直线化与渐次放大构造,这样因排气畅通增压速率亦会有所增加。
再则是将连接排气涡轮入口的支管长化以减低排气压力,而其优点就是可让各缸排废气节奏相同,使Turbine能够受到持续、定量的冲击。可以提高增压的效率,也会提高涡轮本身的寿命。但缺点就是由于等长及大径化必减少排气背压, 会使低速扭力减少,此外,支管长度亦为重要之处,总体长度长的话,涡轮的效果就会较为持续,但反应速度便不如较短的型式来得快,这也是改装时要考量的地方。
改装涡轮增压器可以达到什么效果
一般来说,一台普通的2.0L发动机一般能发出110~147kW功率,而加装涡轮增压器以后则可以发出220kW以上的动力。改装了涡轮增压器后,相比原来的自然进气发动机可提升30%~50%的功率。
另外,由于废气涡轮增压回收了部分能量,故增压后发动机经济性也有明显提高,再加上相对减小了机械损失和散热损失,提高了发动机的机械效率和热效率,使发动机涡轮增压后燃油消耗率可降低5%~10%。涡轮增压发动机对海拔高度变化有较强的适应能力,因此装有废气涡轮增压的汽车在高原地区具有明显的优势。
有一位伊兰特的车主,在改装涡轮增压时的要求就非常明确:提高车辆30%以上的动力,但百公里油耗的增加不能超过2 L。每款发动机都有各自的特点,改装过程中对涡轮增压值的设定和调校尤为重要,要在兼顾原车使用寿命和油耗、环保、安全的前提下进行。因此,在对车子作出综合考虑后,改装师最终将这辆1.8L伊兰特的增压值设定在0.3~0.4bar 之间。改装完毕后,再看发动机舱,由于伊兰特整车和发动机舱的空间都比较大,所以涡轮的安装和管路的排列比较整齐,并未过多破坏发动机舱的整体布局。
车主试车后对车子的整体表现比较满意,1档加速时,低速扭力表现很好,起步轻盈;换入2 档时,档位切换非常平顺,当转速拉到2000rpm时,涡轮开始工作,虽未出现很强的推背感,但加速力道十足;推入3档,加速感丝毫未减,操控灵活不呆滞,而速度表显示的车速已达到100km/h;再换入4 档加速,涡轮力量开始衰减,但较之以前的3档加速更为有力;升至5档后,以140km/h的速度行驶,油门只需踩下2~3cm,非常轻快。经过几箱油的测试,在城市道路行驶,油耗比以前增加1.5L左右,在长途行驶时,油耗甚至比以前还略有降低。车主经过三个月的行驶,发动机的水温、油温没有出现异常。
改装涡轮增压器其周边也要强化
对于发动机的增压改装,绝不仅仅是加装个涡轮增压器就完事的,许多相应的周边配套也要作相应的强化。
对于此点谢宗桓先生表示,改装汽油压力阀是动力改装最基本的一项,这是由于空气流量以及速率都会有所改变,因此汽油压力也必须提升或者拥有调较的功能,一般来说,改装了涡轮增压器,汽油压力阀就成为必备的改装品。
排气方面最好改为双口排气管(品牌有Super Sprint等),可以为发动机提供更顺畅的排气。改装增压以后,散热是个大问题,中冷器必须得到强化,要更换水温传感器或散热控制系统(如Evil风扇控制器),车头的散热扇会提前10℃启动,提供更好的散热。
另外,ECU的燃油分配系统也必须进行改动以匹配增加的动力,主要就是通过改变喷油时间以及喷油量,来避免出现稀薄燃烧导致的发动机过热。所以说改装涡轮增压器并不会就是这么简单就可以完成的,包括ECU重写、BOVs增压泄气阀、Boost controller增压值控制器、中冷器等等都是改装中必须考虑的因素。
并不是所有的车都适合加涡轮增压器
比如压缩比较高的车或者原厂制造工艺就不算很好的车,都不适合加装涡轮增压装置。此外,一些自动挡的车在出厂前已经做过了最完善的整车性能匹配,这些车也最好不改,因为自动变速器,很有可能会因为承受不了来自发动机的巨大扭矩而报废,所以不是所有车都适合改装涡轮增压器。
适合加涡轮增压器的车,除了轿车外,一些需要高负荷,长距离行驶的货车和牵引车,也很适合加装涡轮增压器。因为在长时间稳定负荷的状态下,正是涡轮增压发动机发挥其高性能的最佳应用之一,强大的扭矩有利于拖曳,高效率则减少了整体燃油的消耗。针对轿车而言,涡轮增压改装偏向于那些,喜爱大功率却买不起性能车的车主,或是喜欢想要与众不同的车主。
涡轮改装后常见的几个问题
改装涡轮后也会遇到一些问题,根据谢宗桓先的采访整理,笔者总结了几个比较常见的问题,并给出了相应的解决方法,以飨读者。
问题一:突然间转速无法上升
如遇到此种问题应该先检查流量计(Flow Meter)是否故障,如果刚好仪表板也亮起Check灯,可以更加肯定是流量计发生了问题。流量计会出现故障的原因,多是发动机加大涡轮后,其入风量超过原本可计测的电压值范围,致使流量计引线烧毁,再不就是换装直通空气滤芯时,没固定好或用了吸尘效果不佳或湿式的滤芯,以致计内的热线芯受到震动而断裂,尤其在Flow Meter敏感的日系车种,更要注意其脆弱的热线芯,清理时绝不能采用高压风枪,而是喷洒化清剂后自然风干,此外Flow Meter型式的涡轮车最好能改装Blow-off,以防快速收油时,增压空气不会回冲造成流量计而造成损坏。
问题二:增压值突然异常下降
当出现此问题,首先要想到进气管路可能出现泄漏,这常发生在增压值调高(Boost-up)或改装前置中冷器之后。如果又发现排气管会排放黑烟,http://www.gzypkg.com/就更加可以确定是中冷器的进出入口端的管路有脱落或爆管,需使用强力对夹束子、高高密度硅胶管(Silicon)确实锁紧;此外泄压阀卡死、磨损与弹簧磅数不够,也会形成漏气,必须要随时检查清理,以策安全。
问题三:发现完全无增压
如果发现完全没有增压的话,很容易就可判断出故障来源,就是涡轮内部的隔板因长时间高增压持续行驶,或吸入杂物而破裂所致,碎片在旋转时,还会透过排气管发出金属碰撞的声响。一般涡轮在故障前都会出现预兆,那就是它会发出敲击的声音(有些陶瓷叶片机械结构的设计声响)或进气管路内有机油渗漏引发排气管冒出白烟,此便是叶片轴承已经松动,因而产生机油外渗、失去气密性与废气乱窜等情况。当涡轮内部的轴承平衡性破坏掉后,除因晃动带来异音与油封泄漏以外,裂开的叶片在作动时也会有“咻”的风切声,如不尽快修复、换新的话,发动机机油存量就容易不足,伤到发动机内部结构的可能性极高。
问题四:涡轮车怠速持续不稳
许多涡轮车主都喜欢大气泄放式Blow-off的声响,但常遇到的问题便是一换装上去,便会使怠速变低、回油熄火的情况,此乃因Blow-off的阀门过软使得增压空气释放太多,导致流量计已传给电脑的讯号与实际发动机吸入的流量有所差异,结果就是油气偏浓致使转速低下甚至熄火。而要解决此问题方法有二,一是换成原厂导回Flow Meter之后的内循环方式,使其不要影响到电脑的供油计算,二是改装Map sensor(歧管压力感知器),再辅以供油电脑来调教。
以下是配图说明:
A1:涡轮系统在改装后燃烧室的油气多数会过浓,易行成燃烧不完全,最好可以改装点火放大系统,提高点火效率。
A2:为保护涡轮而开发出来的延迟熄火系统,是让车辆电门关闭后,继续发动3~5分钟,以使机油循环及防止涡轮内的传动力或轴承烧焦而开发。
A3:涡轮车的散热系统非常重要,所以改装水温风扇控制器,使风扇提早开启是重要的改装环节!
A4:改装涡轮后,最好可以安装精准度准确的监控仪表,来随时了解车辆状况。
A5:现今电子式压力控制阀http://car-xztg.com,都具有增压值显示功能,可根据档位作不同增压值得调整。
B1:如突然间转速无法上升应该先检查流量计(Flow Meter)是否故障。
B2:作高增压设定改装时,定要换装大口径的吸气导管。
B3:许多涡轮车主都喜欢大气泄放式Blow-off的声响,但须选择品质好的改装品来使用。