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进气系统的改装进气系统的改装 2011年05月06日 要知道车厂每年投入数以亿计的美金研发出来的车，其性能表现自有其道理。而且光追求马力是无法整车平衡的，大家想一想为什么日本gt300赛车只有300匹马力，dtm赛车四升发动机也只有460匹马力，而一些改装车却可以轻易超过这个数字呢? 这说明一味地大马力不一定是好事。话说回来，如果愿意牺牲一些耐用性和舒适性，提升自然吸气发动机约5%-8%和增压发动机约10-15%的马力，应该不会太难，也不会带来太多问题，但如果超过这个数字，事情便会复杂起来，因此上述的马力提升范围是我在“改装物语”的动力改装中的一项标准。 空气滤清器 影响发动机性能的一个很重要因素是单位时间内进入气缸内的空气重量（简称进气量）。进入气缸的空气越多，能使更多的燃油充分燃烧 (大部分行车电脑能侦察到空气的增多并实时提供更多燃油)，发动机就能产生更大的能量，即功率增大。从另一个角度来说，燃料和助燃的气体越多，对活塞的压力就越大，发动机也就能产生更大的扭力，所以对同一台发动机来说，进气量的多少与动力性能成正比。由此可见，提升车子动力表现的第一步便是改善发动机的进气量，而最方便和容易的方法便是更换一个高性能的空气滤清器（俗称风隔）。装在风箱内的空气滤清器是用来阻隔灰尘、异物，避免其进入发动机导致故障的，但同时它也对空气有轻量的阻碍作用(有些赛车队为求增大马力而冒险采用不装空气滤清器的方法，但我绝不提议使用)。一般原厂空气滤清器是利用纸质滤网表面的小孔来阻隔灰尘和异物，这设计会减低约8-10%的进气量(但会很宁静)，尤其是当滤网表面布满灰尘的时候，进气就变得更艰难了。高性能空气滤清器一般采用成本较高的棉质或海绵(foam)滤网并配合专用的滤网油来阻隔灰尘，由于绵是三维立体的过滤介质，灰尘在通过时会被它纵横交错的多层纤维阻隔，然后再由滤网油使其浮离于滤网表面，不会像纸质滤网般当小孔被灰尘堵塞后便失效，因此进气效率更高而持久。海绵滤网则有比绵质滤网更高的吸尘容量(dust retention capacity)，不容易穿孔且不怕潮湿，有更长的清洁周期 亦即能更长时间保持良好的透气性能，是一个低成本但非常有效的改装。市面上许多名牌高性能滤网都有配合国内流行车型原装风箱的型号供应，价钱大都在二、三百元之内。 进气管的改装 气体的膨胀率相比固体和液体大得多，因此温度对单位体积内的气体重量有很大影响。进入发动机的空气温度越低，气缸就可容纳更多的空气，以产生更大的燃烧效率。大家是否发现爱车在冬天时的动力表现比夏天好呢?就是这个道理。另一方面，如果能增加进气口的面积来提升发动机的进气量，亦可达到同样的效果。但在民用车的发动机舱内，风箱进风口大小和位置往往要顾及生产成本和迁就其它部件(如电瓶、冷却水箱等)的关系而做得不太理想，因此如果把原来的部件改装成高流量设计(如改用“冬菇头”形状的空气滤清器好处就是可较好地利用空间，加大透气面积)并把进气口改到远离高热部件的地方，便可改善发动机的动力表现。要达到这个目的有下列多种方法。要降低进气温度，首先就是要把进气口从发动机舱内（温度普遍达70以上）改到发动机舱外，从外界吸进较低温的空气。进风口可设置在车前端任何可用的位置，但应尽可能地高，避免吸入地面附近的热空气和泥土砂石，极端的改装甚至会在发动机舱盖或前大灯的位置上开孔。第二要防止发动机舱的热量传入进气管道内。方法包括用传热慢的材料（如碳纤维或玻璃纤维等，而铝合金虽然比碳纤维进气管的隔热效果差一些，但因为气流速度高，所以问题也不大，要紧的是进气口的设计和生产成本）制造进气管道、风箱并尽量密封它们。若有*近发动机排气歧管的进气管道，可考虑用绝热布包裹。市场上有一些现成的进气套装供选择，安装方便，性能也好，比如 pipercross、itg和k&n出产的套装，适合很多品牌的汽车安装。在选择时应留意以下几点：通常滤网面积越大、风箱轮廓越圆滑，风箱前进气管道越粗、越少弯曲、管壁越圆滑，整个系统的进气性能就越好。另外造风箱和管道外壳的材料越能隔热，保持低进气温度的效果也越好。 改装进气系统时要注意以下问题，尽量把风箱或“冬菇头”置在远离涡轮增压器或排气岐管等高热部件的地方，如无法避免则需加装隔热板来减低影响（如果只是随便找一个方便但接近热源或是空气流通不畅顺的位置，效果可能比原厂风箱还差）；小心滤网油的使用，如添加太多或方法不对会令空气流量计被溢出的滤网油污染而影响准确性，甚至会触动发动机警告灯并误导行车电脑进入自我保护模式(limp home mode)，严重影响正常行车表现；某些空气滤清器会有较大的气流噪音；风箱至节气门之间的管道不可随便修改，特别是其长度(因为这段管道的设计对发动机性能有较复杂的影响，要*测功机才能找到最合适的长度)；在进气系统基本不变的情况下，单单更换滤网不会使性能有很大提高；最后在着手改装的时候，经常会受到发动机舱内其它原厂部件性能的制约(如燃油供应系统和凸轮轴)，当达到现有条件内最理想的空燃比例后，最多的进气量也不会提升马力，实际的运用和效果便要看改装技师的心思和经验了。每台发动机都有它自身的最佳空燃比例，而这比例是受限于自身条件的，如凸轮轴的camlift高度，气门的数目和大小等等。在其它部件不变的情况下，光是进气量增大，超过一定程度后，其性能提升就不再显著了。如果需要注重低扭或高转功率等不同需求的改装，可用风箱至节气门之间的管道长度来调校，但这段管道的设计对发动机的性能有较复杂的影响，要*测功机反复测试才能找到最合适的长度。 总的来说，在多数街车上，改装风箱和风箱前的管道是性价比十分高的性能改装。如果肯花时间，还可手工制造，无需很特别的工具。选择进气套装或自己动手diy时要留意的是系统所搭配的滤网是否容易买到，不然这套系统以后将会带来更多的花费和麻烦。 第七章：排气系统的改装 在各种改善汽车动力表现的改装方法中，为车子更换高性能的进气和排气系统，令发动机“进得多，排得快”是最简单容易而效果最明显的方法。而在进气和排气系统改装中，尤以排 气系统更为受到欢迎，因为“它”不但看得见(小钢炮般的形状装在车后)，而且更听得到，是少数能直接给车主(和他周围的人)提供感官剌激的改装部件。现在让我们来看看这项能轻易地引人注意的改装。 排气系统基本原理 排气系统的主要功能是把发动机在燃烧过程中产生的废气从多个气缸内收集、清洁(经三元催化器)、灭声，然后引到车后排放。原厂的排气系统由于要顾及成本、宁静度和各地不同的排放标准等限制，在设计时都会非常保守，并在一定程度上因排气效率不高而限制了发动机的性能表现。有人曾问过：如果不考虑环保(噪音和废气等)问题，那么干脆不用任何排气管，让废气从发动机燃烧室的废气活瓣(废气门)直接排到空气中，这样是否就是追求最佳性能表现的终极选择? 答案是否定的。首先，没有灭音装置的发动机会发出极高的噪音(超过150分贝)，一般人根本无法忍受，赛车手也需用耳塞来保护耳朵。另外，位于车身前部的发动机如果不设排气管的话，车厢内的司机和乘客将最先遭受到发动机废气的“迫害”。曾经发生过这样的真实个案：一赛车排气管口设在驾驶室前，导致赛车手在比赛途中因吸入过量废气而晕倒。大家都能看到所有的赛车(包括f1)都配有排气管，因为排气系统在任何情形下都是必需的。而一套好的排气系统不但不会影响排气效率，反而可令发动机呼吸更畅顺，车子提速更快。 怎样才是一套好的高性能排气系统? 让我们先来了解一些关于排气系统的理论。要让排气系统有事半功倍的效率，就要充分利用系统在运作时产生的回压(back pressure)和吸啜(scavenging)效果。由于发动机在运作时，个别燃烧室的废气活瓣会不停地做开合动作以排出废气(为配合燃烧动作)，所以排气系统输送的废气并不是连续不断的，而是一波一波(pulse)的。因此，车子的气缸数目越多，或发动机的转速越高，废气波(exhaust pulse)便越密。在高压的废气波被高速排出气缸时，它后面产生的低气压便是回压。适量的回压可使排气系统内产生良好的吸啜效果。原理是：若排气管直径“适中”，第一波被排出气缸的废气在膨胀后便会逼着排气管内壁向下游快速排出，同时在上游部份产生一个低压区，吸啜发动机排出的第二波废气。而第二波废气在逼着排气管内壁向外跑时它后方产生的低压又在吸啜第三波的废气，依此类推，使发动机不费劲地完成排气动作之余，排气效率也比完全不用排气系统更高，残余在气缸内的废气更少，而气缸内可容纳供燃烧用的新鲜空气也更多 从上述的理论中，我们知道一套高性能排气系统需要有一个设计优良的排气歧管，把不同气缸排出的废气波不早不迟地、一个接着一个地(吸啜效果的最高境界)送到集气管，然后通过一条笔直且合理的大口径排气管(和当中的高流量三元催化器/高性能灭声鼓)把噪音和有害气体清除并高速排出车外。但由于发动机在不同的转速下会排出不同速率的废气波，产生不同的回压要求，因此在选择改装排气系统时，要小心配合自己的驾驶风格和车子的特性。例如换了高流量的系统，会令发动机低转时不能产生“合理”回压而令慢速驾驶困难。现在让我以改装费用来区分排气系统中的后(灭声鼓)，中“排气管”(含三元催化)，前(排气歧管)三个不同部份(阶段)的改装(具体请看本版中的各一分段)。其实一套好的改装排气系统并不能提升车子的动力输出，它只会减少发动机马力的流失，但相对原装或设计不好的甚至是赝品来说，车子的实用马力(输出马力)会有明显的增加。 排气歧管 排气歧管一般是改装排气系统中最昂贵的部份(可以上万元)，因为对长度、弯度和口径的严格要求，令开发和制作成本很高。但排气歧管的设计优良与否对整套排气系统的吸啜效果有着举足轻重的影响。以四气缸发动机为例，传统的概念是，四出一（四根排气歧管直接汇总成一条排气管的管路设计）的设计会较适合高转速时的废气波率，有助于提升马力，而四出二出一（两根排气歧管先汇总成一管，再与另两歧管汇总成的一管汇总成最终的一条排气管）的设计则有利于低转速时的扭力输出，较适合日常行车之用。但现在很多新设计的4-2-1排气歧管都能同时改善发动机的中、高转速表现，像我们比赛用的思域type r 赛车便是用4-2-1的排气歧管，在超过9000rpm时仍然不会“窒息”发动机的输出! 三元催化器 三元催化器是保证废气质素的重要配件，它主要净化发动机废气中的碳氢化合物(hc)，一氧化碳(co)和多氧化氮（nox）这些有害气体。新款的三元催化器并不会对排气流速产生多少阻碍，如果把它拆掉（这是许多改装商时下流行的做法），不但令排放超标，还可能令部份有自我诊断功能的汽车ecu发出错误讯号，影响正常行车。建议保留使用，如果考虑到环保等原因，可换一个改装专用的高性能三元催化器，但价钱很昂贵，近5000元。 排气管 光是换灭声鼓不会令车子增加多少马力，而如果把整段排气管更换成高性能型号，则会对马力提升有不少帮助(特别是发动机经过改装)。高性能排气管比原装的粗壮，内壁较光滑、弯曲度较小，这些设计令发动机在高转时产生的大量废气能畅顺地高速通过，明显地提升了排气效率。但要注意，直径过大的排气管会影响回压效果并使废气降温太快，减慢流速之余更减少了排气管的离地间隙，增加车子被“托底”的机会。一般说来，如果发动机没有经过大幅改装，那么排量在2升以下的自然进气发动机的排气管直径就不应超过50mm，而2升涡轮发动机的也应在70-80mm之内。中段排气管没有单独更换的必要，至少也要和灭声鼓一起换。中段排气管原是系统中最便宜的部份，但加上了三元催化器就不一样了。 灭声鼓 大部份的排气改装都是从灭声鼓（排气尾鼓、消声鼓）开始，不但因为它容易装配，而且因为高档的灭声鼓用不锈钢(甚至是钛合金)制造。改装灭声鼓除了比原装生铁造的来得轻、耐用外，更是整个系统中最吸引人的部份，因为它不仅可以从车外看到，而且还能发出慑人的音频和声响。灭声鼓大致可分成两类：第一种是利用交错隔板造成反射波的方式来减低音量，原厂灭声鼓几乎都是此种类型。优点是成本低而消音效果好，缺点是(排气)阻力大而笨重；第二种为高性能型号中常见的、用玻璃绵等吸音材料来消声的吸音式。优点是限流少、重量轻，缺点是灭声效果较低，因此一般都会