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关于改装涡轮你想知道的在这里

2016-12-16 10:52:36 Clauto酷乐汽车
  车友里非常流行的一句话是,你涡轮大听你的。真的是你大你就行了?你想的太简单了吧!很多小伙伴对原厂的涡轮不满意,也不明白压缩比和涡轮的大小的关系,更是不明白怎么样改大涡轮才能要到想要的马力涡轮其实并不神秘。京一有了偏时点火系统不是照样输了么?话说,【扩缸】又是什么鬼?太多专业知识你不懂了。不管你是本田玩转迷,还是高R大神,亦或者是RB26或者2JZ大玩家,关于今天的涡轮知识,你一定要懂。因为真的很有趣。别说小C教坏你。

  涡轮迟滞,是大涡轮大马力改装车要面对的永恒话题。全油等待涡轮压力逐渐提高的过程总是那么的无助,不过一旦到了全增压的转速,那爽快的加速感让人欲罢不能。不过在短暂的几秒钟,转速用尽,或者遇到需要刹车过弯等情况时,面对涡轮迟滞重新拉转速的过程又把你拉回了噩梦中………

  笔者也经常有这种经历,因此本文用来和大家分享一些技巧,用来消灭“涡轮迟滞”!

  涡轮的选择

  总有一款适合你


  重视排气设计

  涡轮增压的工作原理,简言之就是由引擎的排废气推动增压器的涡轮机(排气侧),让位在相反侧的压缩机(进气侧)可吸入并制造高密度的压缩空气,所谓的Turbo 迟滞(涡轮迟滞)指的是在引擎废气较少的低转区域,因涡轮本身的转速提高较慢,而无法达到负压转正压的无增压现象,此现象的延续时间长短,与涡轮的搭配、引擎的低速扭力,排气量等参数有关。

  要让负压上升至正压状态的时间缩短,在涡轮尺寸方面就要尽量选择容量小的型号,特别是在排气端的涡轮机侧,不过虽然小型涡轮有反应快的优点,可是在排废气能量大的高转速区域,它却会因无法吹送更多空气量进入燃烧室,而不能发挥高马力输出,因此对于马力增幅效果相当有限,如此相信没有多少人愿意花大钱改装一颗效果不大的小号涡轮。


  也就因为大马力与线性输出无法兼顾,所以各涡轮制造厂无不想尽办法设计更线性的涡轮增压器,所以才可见到许多专用制品,例如:以滚珠式轴承取代传统的铜套轴承(这在大涡轮时才有明显效果,一般型主要是减少高增压时的摩擦损耗),或取各部优点进气侧大/排气侧小配置的「混种」涡轮,其他像是斜流叶片、可变A/R值、缩小排气出口径等方法亦相当普遍,端看消费者的需求做适当搭配。

  值得一提,虽然用大压缩轮/小驱动轮组合成的混种涡轮,确实是兼顾各种转速表现的好方法,可是因为其比例并不能太过极端例如:驱动轮外壳、出口过小容易在高增压设定下,发生排压升高而熔毁叶片的问题,所以要有真正理想的低、高转性能,还是得从各个部分修改下手。

  基本上如果你要求反应力使用了差异很大的「混种」式样,那么最好是搭配气体释放量大的wastegate(排气泄压阀)来求取安全性;再过来若是这个混种为比例比较正常的搭配时,不妨选用斜流叶片、A/R值较小的排气侧,然后匹配进气端流道内有特殊涂层或充填树脂(缩减间隙防止逆流)、吸气口加大、叶片后方切平的高流量款式,在兼顾低转性能下发挥最高的出风量。


  在头尾差异过大的「超混种」涡轮场合时,因排压较高最好是搭配Wastegate式泄压阀,才不会有熔毁叶片的危险并能够增加Boost控制的线性程度。


  驱动轮的A/R值越小相对废气流速会越快,使得涡轮的低转反应可以获得提升;相反的A/R值加大则流量会增加,因此能带来较大的马力表现 。


  同样的涡轮轴心搭配不同的排气叶片也会有不同的马力输出,像左侧涡轮排气叶片角度较大,且上端的叶片间隙也较小,因此低速反应较好 ,而右侧涡轮则反之,因此高转速的延续性更棒。


  中冷器配管的长短、拐弯儿多少、管径粗细等,也会影响到整体增压的反应,因此许多大排气量涡轮增压引擎车型,才会使用左右两个中冷器,一方面增加散热效率、另一方面也可减少涡轮迟滞情况。


  考虑到进气管路长会影响增压性能的问题,Prodrive、Jun、Zero Sports在改装Impreza前置Cooler时,都会将节气门反置以大幅缩短路径。图为 JUN制作参加D1甩尾赛赛车引擎。

  管路流速决定反应


  这里顺道一提的是,一般我们判别涡轮增压启始的工作转速,是要固定在轮转速较接近引擎转速的四/五档,回油后再大脚油门,Boost 表上升至0(1个大气压力)的一点就算开始增压,大家千万不要被变速箱齿比、引擎扭力的假象所混淆。

  进排气搭配好,流速决定反应

  决定了涡轮的容量之后,影响增压反应的另一个关键,就是在于进气管路与涡轮头段的长短;以前者来说,流动距离长的前置中冷器会比上置式中冷器要差,如果其散热排体积增大、内管加多/变细的话,因压力损失多的缘故则更为不利,当然它的管径粗细、弯角多少也很重要,过粗且不够直线化的管子流速自然较慢,这主要还是要看涡轮的大小而定。


  EJ20引擎改了等长头段会有涡轮迟滞变重的现象,这就是短的那一边歧管加长使然,但如此因涡轮可受到定量且持续的冲击,高转马力相对也可被更加激发出来。

  接着靠排气歧管引入废气的涡轮机,缩短头段长度也能减少迟滞现象,但相对后续的流量就不如长歧管饱和,就像翼豹的水平对置引擎由于涡轮偏一边,使得原厂歧管被设计成一边长一边短的型式,换装等长头段就会有增压力道晚一些才出现的情况,这就是短的那一侧变长使然。

  可是等长化的高转速却有更强的性能,此即是各缸废气的质量相等,可让涡轮受到定量、顺畅而持续的冲击,这样增压的界限、效率、稳定度都会提高,尤其在大涡轮高增压压力时非常明显。

  这里要跟大家说明的一点是,在整个排气系统中,涡轮就好像是一个消音器,此处形成的阻力也会对活塞上下运动造成障碍,进而影响到整体进气的速率,为了要减少这种阻碍当然最好要从头段开始更换粗径的直通排气管,但回压减低往往会使得扭力变弱,很多人就会以为增加了涡轮迟滞,事实上这并不算是迟滞现象,而且增压开始后的速度、极限都会提高,假使你不想有低转变迟钝的情形,那只要头段这一截不要太粗就好。


  如果每部涡轮车都能像McLaren MP4-12C般,拥有大排气量加上短粗的排气管,将能兼顾低速扭力与高转速的马力极限,那该多好啊。


  有些高性能车款出厂便配有中冷器喷水降温系统,此装置对于车辆在夏季激烈驾驶时,有助于马力输出的稳定,间接也能减少进气高温所造成的动力迟滞问题。


  进气管路的布置,应力求越短越好,至于口径则需根据涡轮与节气门的大小来决定,多半都是采用比节气门小5mm的管路更能兼顾中低速扭力 。

  通过一大一小串联式的双涡轮设计,低转速就可让小涡轮产生些许的增压反应,待引擎高转废气量足以以推动大涡轮排气叶片时,又能接续小涡轮的不足,可说是兼顾扭力与马力的好办法,但需注意小涡轮叶片超转的问题。

  机件叶片剖析


  从引擎内部下手提高爆发力与肺活量

  涡轮和引擎主体可说是两个相互利用、相互依赖的东西,涡轮要有好的效率,引擎也需有充沛的爆发力和肺活量,要尽量降低迟滞的前提除了要按照排气量慎选对应的涡轮以外,从引擎内部的改造着手亦是不错的办法。关于这方面你可以用增加压缩比和排气量的方法,但前者因总和压缩压力极大,相对必须强化所有惯性机构的材质与精确调校,否则会有爆引擎的危险,故增加的幅度并不能太大。

  目前宝马的涡轮增压引擎采用了这种方法来减少涡轮迟滞,与之搭配的是不高的涡轮压力,效果不错,不过如果想玩高增压的车友,还是建议将压缩比降低至安全界限以内;而后者因为是用排气量来提升扭力,所以算是较正确且恰当的方式,但建议大家最好是采增加行程的做法,一来低转速出力增进明显之外,吸气时间充足还会更加激发出中高转马力,这对总体性能才会有正面的帮助。


  正确的提升低转扭力的方法之一,是增加引擎排气量(俗称扩缸),并且主要是以加长行程为主,因吸气时间的增长而有更好的整体表现,请注意加大活塞有重量上的缺点,对高转速会比较不利

  不管是使用提高压缩比或排气量的方式,为确保引擎可「消化」此高压缩压力,不致造成过热的现象,增加进排气的重叠时间也是有必要的改装,并且因肺活量提升还能彻底导引出高转的潜力

  相同的道理,在单单利用大涡轮来加强出风量的状态下,假设气门的重叠角没变,压入汽缸内的空气量仍是会受到限制,所以Turbo车想获得爆炸性的马力,一样是要靠大角度凸轮轴甚至加大气门来辅助的。

  或许很多人会问到,改了高角度凸轮轴不是应该更容易迟滞吗?其实涡轮车的改装凸轮轴角度、扬程并不用很大就有明显的效果,这方面是不用太担心的,尤其在打通任督二脉的进排气强化后,最大增压也会很快的达到,Boost开始后的性能是非常惊人的。另外,Turbo引擎在进行高角度凸轮轴的改造时,还可以将排气侧凸轮设计的比进气侧大一些,使排气门的开度、时间增加以提高废气流量,如此涡轮的效率、反应也会提升。


  以高角度凸轮轴增加气门重叠角的改装,对涡轮车来说也相当有效果,一来引擎可消化掉所有的增压空气,二来涡轮也能得到更强的废气冲击,这样加乘的结果就是最大增压值可以很快达到,进而能够将马力带到更强的境界。


  新一代的引擎科技中,可变汽门正时已相当常见,若能妥善利用,在低转速时减少汽门重叠时间,用以提升中低转速扭力,待高转速的充填效率变差时,再增加进排汽门的重叠时间,延长汽缸内扫气时间,来获得更大的高转马力。


  很多人过于迷信加大中冷器作用,总以为越大越效果好,这句话只说对了一半,对冷却进气温度确实很好,但相对增加的填充空间却也会延长涡轮迟滞的时间,对加速线性化是不利的。


  同样大小的涡轮也可通过进气叶片的更换与进气外壳的修改,获得更大面积的进气叶片,当然外挂涡轮时,也不妨选择比原本设计的还要大的涡轮,可为后续改装保留些潜力。


  高效调校攻略


  有效调校方法

  涡轮虽然是一个物理性的送风机构,可是通过引擎本身的调校,还是可以改变它的出力特性,就以凸轮轴角度、节气门口径来说,原厂涡轮车为求得低转扭力的发挥,都会将它们做的比NA车小一些,气门正时也一样会设定的较为提前,以抑制迟滞与降低排温。谈到气门正时这一点,相信研究过的人都知道,那就是减少气门重叠时间,会增强低转动力但高转变差,相反增加重叠时间则会牺牲扭力而提高马力。

  同理当改装大型涡轮时,亦可以用可调凸轮轴 皮带轮稍微增加一点气门重叠时间借此减轻迟滞的现象,高转马力因大涡轮的充填效率好还是可以获得明显的提升,这是用变化气门正时改善扭力的好方法。

  除了气门正时以外,在改装电脑的情况下,减少低转速的喷油量与提前点火,因燃烧的爆发力提高也能让涡轮的力量早一点出来,当然你还可以用直通排气管、浓供油、延迟点火、泄压阀导通组合的人称「偏时点火系统」,运用混合气燃烧不完全在头段内爆发的力量,使涡轮转速提升而随时都有增压力道,但这对涡轮本身、离合器、变速箱等都不太好,其实并不建议街车改装。


  运用改装电脑将低转速的供油修薄、点火提前,由于爆发力增加的关系也可减低迟滞现象,但高转速则喷油量、点火还是需足够与适度延后,这样才会具备应有的马力,不过别忘了注意冷却系统同步改装。

  值得一提,正当我跟大家讨论这些减少涡轮迟滞的技巧时,全球车厂也同时不断研发各种新引擎科技来达成同样的目的,例如:缸内直喷技术就是令人相当赞赏的科技,通过此技术的运用,涡轮引擎的压缩比竟可达9.5以上,甚是到10.5(Porsche Panamera Turbo),这在过去是很难想象得到的情况,通过高压缩比的设计,将可获得平台式的扭力输出特性,从低速开始扭力就很充沛。

  另外,像可变几何涡轮、8AT变速箱、可变汽门正时、大小串联式涡轮系统与机械/涡轮双增压系统等,所有的最新汽车科技都是为了获得更顺畅,并兼具高效率低油耗的动力输出特性,此目标从过去到现在都不断被追求着,不过在原厂ECU运算速度飞快的今天,很多科技早已非改装界所能跟上,因此才会出现越来越多的改装程序都是直接在原厂ECU中进行,决胜的关键在于改写电脑程序的技术。

  最后,还有一个观点要与大家分享,那就是开涡轮车多少要有一些迟滞,才会有马力与增压乐趣可言,我们能做的只是要将此现象减少一些,以求得加速时的实用性。另外,从增压开始到全增压状态的速度也很重要,掌握住这一段的转速,并能将引擎的转速始终保持在这个范围内,你就能将涡轮车的魔力发挥到淋漓尽致。


  以燃烧不完全的混合气流入头段爆发,进而将涡轮转速提高的「偏时点火系统」,因为容易造成零件的损坏与驾驶危险,所以并不适合在街道上使用。


  为了让引擎随时有最佳的增压表现,使用根据车速、转速、档位进行修正的压力控制器也有必要,如此驾驶的线性感也会随之提高,而能将车辆的最大性能发挥出来。


  McLaren MP4-12C所搭载的3.8L双涡轮增压引擎,在诸多尖端引擎科技加持下,使得引擎动力可达600ps/8500rpm、61.2kgm/2200~5500rpm,峰值扭力在低转速时已开始发挥,一直持续到5500转,可说是相当全面化的高性能引擎。


  Porsche Panamera Turbo所搭载的双涡轮增压引擎,原厂所设定的压缩比高达10.5,许多自然进气车的压缩比都没这么高,可见涡轮增压车的发展已慢慢推翻过去所认知的概念。


  缸内直喷技术几乎已成高性能引擎的标准配备,不论是终极NA或高增压车款,都可见到此项科技的充分应用。

  怎么样,读完了今天的涡轮百科书,是不是那些让你迷惑的涡轮的神秘感就迅速消失了?

  (文章来源:Clauto酷乐汽车)

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