為什麼要改空氣濾芯(上)---自然進氣篇

▲就連可以輕鬆攀上8-9000rpm的VTEC引擎,MUGEN無限推給街車使用的套件,依舊會保持集氣箱,及原廠進氣管路的設計,這就是為了確保中低速扭力不喪失所做的考量。

提昇進氣系統效率其實跟提昇排氣系統效率有著差不多的目的,那就是高轉速區域的延伸力道會更好上些許,但也跟排氣系統相同,進氣系統的提昇需要考量到節氣門或是凸輪軸進氣效率,或是渦輪車上渦輪機的工作效率等問題,其實並非只是覺得香菇頭很帥,或是整套進氣系統很美就去購入。
 
自然進氣系統  低高轉兼顧困難

建議維持集氣箱設計,低速回壓確保!!!

自然進氣與渦輪增壓或機械增壓等,這類利用增壓器來壓縮空氣的手法不同,單純靠引擎本體的條件來左右動力表現,除了Natural Aspiration說法之外,還有另一種Normal Aspiration的形容詞,也就是無增壓的意思,因此引擎的效率就成了相當重要的一環,許多可變系統也都是為了輔助自然進氣出力所誕生。
 
而自然進氣引擎沒有強制壓縮吸氣的輔助下,相同的「吸」、「壓」、「爆」、「排」動作效率自然就沒有增壓車來的高,因此注重引擎運轉的順暢度,也就是利用更快速的運轉速度加速,將燃燒室內塞滿油氣,也就是強化所謂的填充效率,自然性能表現就會跟著提昇。
 
如同上述這類的引擎並沒有強制吸氣的關係,填充效率自然就會影響到低速扭力,因此可以看到就連本田高出力性的VTEC系列引擎,御用改裝廠MUGEN無限推出的套件,也還是會有一個集氣箱設計,與並且保留原廠設計的進氣管路,為的就是確保低速扭力不至於太差。
 
而如果並非如此高效率引擎的車款,小編覺得除非引擎部分有變更到凸輪軸,或是節氣門等進氣機構,一般來說原廠集氣箱與高流量空氣濾芯,就已經是非常足夠了,當然您還是可以換上大顆香菇頭及亮晶晶的強化管路,讓高速吸氣無壓差,享受高轉速時的快感及聲浪,至於低速扭力喪失的部分,或許可以透過齒比做彌補囉!!
 
自然進氣系統作動原理:
 

雖然說氣門開得愈深、開得愈久相對的進氣量也就更多,不過這樣一來低速時引擎運轉還不夠快,要填滿燃燒室則是需要更多時間,容易造成低速反應不佳,所以就算是簡單空氣芯換裝也是需要一點機械常識。


加大節氣門提昇燃燒室內空燃比例是自然進氣車不錯的選擇,再搭配一組適合的進氣系統絕對是事半功倍。

 
空氣中的氧氣會因為天氣又或進氣溫度而改變濃度,而這些氧氣更是影響內燃機出力的關鍵之一。


 

為什麼要改空氣濾芯(中)---機械增壓篇

跟著引擎轉速驅動  放大扭力的使者

依照增壓器對應風量選擇,絕對考驗施工者經驗!!!

與渦輪增壓相同有著「壓縮」空氣的動作,因此也是屬於強制增壓的一種,機械增壓(Super Charger),出現時間比渦輪增壓更早,利用曲軸的轉速來帶動增壓器,因為是利用引擎轉速來增壓,運轉效率則是較渦輪低,約每分鐘5-6萬轉(渦輪約10-20萬轉)工作環境相對的熱能問題也較低,並且更加線性的表現,依舊是有大批擁護者熱愛。
 
機械增壓優點為體積小、不需修改引擎本體、安裝容易,且由皮帶驅動,動力並不會有遲滯現象,因此早期許多原廠性能車還是會以機械增壓為主,再來機械增壓的熱源較渦輪增壓相比,更是有著絕對上的優勢,也就是機械增壓引擎的熱衰竭,並不會有渦輪來的嚴重,持續穩定的輸出更是機械增壓的優勢。
 
而機械增壓引擎最大的特色就是那股類似放大排氣量的增幅魔力,每個轉速區域的動力都是相對安定的成長,引擎的吸氣效率自然會大幅提昇,而如果是原本自然進氣外掛機械增壓的引擎,由於原廠集氣箱本身就是自然進氣取向,因此就算空間上允許,實際上的吸氣壓差可能會大到誇張,無法發揮出機械增壓的性能,這一點需要特別注意,或許可以考慮更換吸氣較為直接的小型香菇頭,或是高流量濾芯,確保高轉速時的吸氣壓力。
 
機械增壓系統作動原理:

 
雖說氣門開得愈深、開得愈久相對的進氣量也就更多,不過這樣一來低速時引擎轉速還不夠快,要填滿燃燒室則需要更多時間,容易造成低速反應不佳,所以就算是簡單的空氣芯換裝也是需要一點機械常識。
 

為什麼要改空氣濾芯(下)---渦輪增壓篇

強制壓縮空氣吞入  吸氣壓力差有跡可循

最怕就是高速壓差,阻力過大出力下降!!! 

屬於強制進氣的一種,渦輪增壓(Turbo Charger),小小一顆渦輪機可擁有高達20萬轉以上的工作效率,並且將大量的空氣吸入後一口氣導入燃燒室內,讓空氣中的含氧量是一般自然進氣的倍數以上,藉此換取更可觀的出力。

渦輪增壓系統作動原理:
 
很多人一定覺得渦輪增壓引擎就一定要來一顆肥美香菇頭才帥,說真的渦輪增壓因為是快速的強制壓縮空氣,相對的需求量本來就較大,不過其實也並非一定要換到香菇頭才有辦法達到需求。
 
拜目前市售車輛以渦輪車居多情況下,渦輪製造商-Borg Warner為了讓購買旗下商品的技師們,更了解目前手邊那顆渦輪的特性,官網內就有一個數據模擬器,輸入排氣量等基本數據後,就可透過Air Filter Restriction(空氣濾芯吸氣壓差)來看到吸氣順暢與否帶來的動力改變。
 
而一直提到的吸氣壓力差,指的就是渦輪機與進氣芯之間進氣量的壓力差,比如渦輪需要一個大氣壓,但進氣芯太過阻塞時就無法達到一大氣壓,自然的在高轉酸素需求最大的同時,無法適時提供給引擎,導致動力的銜接及出力下滑,當然相反的如吸氣太過直接,渦輪車也會有低速扭力下降的時候。
 
最後還有一個案例就是台灣最多見的EJ系列渦輪增壓引擎,由於EJ的空氣流量計位置就在進氣芯後方,過去常會有換了香菇頭後加速超有感的情況,正是因為在改變進氣流量後,流量計最多會有10-15%的誤差,一旦空氣變多、燃料不變的情況下,使得空燃比變薄就會有加速變好猛的感覺出現。
 
吸氣順暢&阻塞差異圖
引擎基準:2500cc
渦輪基準:Borg Warner 6758(約TD05-20G)
基準參數:Air Filter Restriction變更
模擬基準:0psi完全無阻礙&1.5psi阻塞,來模擬進氣順暢與阻塞對於出力上的差異。
判讀重點:每圈年輪上方的0.74-0.6(渦輪效率百分比)是該渦輪輸出的效率值,舉例超過0.74上方的年輪,其效率就會下降到0.72以此類推。
Y軸數據:壓力比(MAP渦輪壓值+管路損耗壓力+大氣壓力/大氣壓力-吸氣壓力)
X軸數據:引擎的吞吐量
參考官網:www.turbos.bwauto.com

 Air Filter Restriction參數:0psi(完全無阻塞)
可以看到伴隨著渦輪轉速的攀升,在吸氣完全順暢的情況下,抵達渦輪工作效率時紅點4、5、6的轉速開始,渦輪的出力皆可維持在最佳的0.74內,直到渦輪轉速抵達上限,這就表示空氣芯與渦輪吸氣間沒有任何壓力差,不會導致渦輪呼吸困難。

 Air Filter Restriction參數:1.5psi(阻塞)
可以看到當吸氣側阻塞時,雖然紅點1、2與0psi相比較高(回壓較高),但到了應該抵達最大出力時的紅點4、5,卻是因為壓差導致出力往(0.72)部分下滑,甚至到了紅點6,渦輪轉速抵達最大區域時,空氣量不足導致無效動力產生。
 

增壓車需要改裝進氣芯的時候就是吸氣壓差產生時(愈高轉愈明顯),但這個情況在一般原廠渦輪打高增壓值,又或渦輪提昇幅度不大時,建議換個高流量濾芯就很充足了(帥度不足而已)。


有時候還是可以看到比頭還大的渦輪,搭配2.0bar甚至更高增壓的設定下,為了進氣量的關係就連空氣芯都不裝了,直接把周遭空氣完全吸乾才有辦法提供0壓差的吸氣效率。