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摩托车进气系统的工作原理及改装


  摩托车的进气系统包含了空气滤清器、进气歧管、进汽门机构。空气经空气滤清器过滤掉杂质後,空气流过化油器与汽油混合,经由进气道进入进气歧管,通过进汽门进入汽缸内点火燃烧,产生动力(四冲程发动机)。

  一、容积效率

  发动机运转时,每一循环所能获得的空气量多寡及压缩比大小,是决定发动机动力大小的基本因素,而发动机的进气能力乃是藉由发动机的『容积效率』及『充填效率』来衡量。『容积效率』的定义是每一个进气行程中,汽缸所吸入的空气在大气压力下所占的体积和汽缸活塞行程容积的比值。之所以要用在所吸入空气在大气压力下所占的体积为标准,是因为空气进入汽缸时,进汽门闭合时汽缸内的压力比外在的大气压力为低,而且压力值会有所变化,所以采用一大气压的状态下的体积作为共通的标准。并且由於在进行吸气行程时,会遭受各种的进气阻力,加上进汽导管和汽缸内的高温作用,因此将吸入汽缸内的空气体积换算成一大气压下的状态时,一定小於汽缸的体积,也就是说自然吸气发动机的容积效率一定小於1。进气阻力的降低、汽缸内压力的提高、温度降低、排气回压降低、进汽门面积加大都可提高引擎的容积效率,而发动机在高转速运转时则会降低容积效率。

  二、充填效率

  由於空气的密度是因进气系统入口的大气状态(温度、压力)而有所不同,因此容积效率并不能表现实际上进入汽缸内空气的质量,於是我们必须靠″充填效率″来说明。″充填效率″的定义是每一个进气行程中所吸入的空气质量与标准状态下(1大气压、20℃、密度:1.187Kg/ )占有汽缸活塞行程容积的乾燥空气质量的比值。在大气压力高、温度低、密度高时,发动机的充填效率也将随之提高。由此也可看出,容积效率所表现的是发动机构造及运转状态所造成发动机性能的差异,充填效率表现的则是运转当时大气状态所引起发动机性能的变化。

  进气系统的改装基础就是要提高发动机『容积效率』,要达到此一目的通常可由以下的方面着手:

  一、空气滤清器和化油器

  进气系统改装的入门工作就是换用高效率、高流量的空气滤清器滤芯和更大口径的化油器,在赛车场上更多的是完全拆除空气滤清器,当然,长期在街道走行是无法和赛道相比的。

  换装高流量的空气滤芯和大口径化油器可降低发动机进气的阻力,同时提高发动机运转时单位时间的进气量及容积效率,而由化油器中空气流量进气量的增加,让较多的油气(并非较浓)进入汽缸,达成增大马力输出的目的。 若换了滤芯仍不能满足你的需求,可将整个空气滤清器总承换成俗称″冬菇头″的滤芯外露式滤清器,进一步的降低进气阻碍,增强发动机的″肺活量″。

  国外很多著名的品牌都有此类产品,如:K&N、Daytona、Kijima等等。与之相应的,就是化油器里面的主量孔、油销、副喷嘴也必须进行调校;而电子燃油喷注的车型,则需要修改ECU内的数据。

  二、进气管

  进气管道的改装可分成形状及材质两方面。

  改变进气道形状的目的在於进气蓄压(以供急加速时节气阀突然全开之需)及增加进气的流速,很多欧、日的运动型摩托车在出厂时,已经有优良的设计,例如ZX-6R、YZF-R6等,若在普通街道的使用,形状的改装基本可以说是并不需要。改变进气道材质乃是着眼於不吸热及重量轻,目前最常用的就是碳纤维的材质,其不吸热的特性,能让进气的温度完全不受发动机室的高温所影响,让进气的密度较高,即单位体积的含氧量增加,提高发动机输出力。进气道的改装常是形状及材质同时改变以收最大效果,同时将空气滤清器滤芯一并拆除,并将进气口延伸至车头,直接对准前方,以便随车速提高增加进气压力,提高进气量,而碳纤维唯一缺点是价格高不可攀。就以日本产品为例,碳纤维制的蓄气鼓,针对车型主要是RS125,Ducati-998R,VTR-SP2,TZ-250等运动型车,著名的品牌有Jha、MotoBum、SP Tadao等。

  三、直式歧管

  在赛车发动机上所需要的是高转速的动力表现,可牺牲低转速时的马力输出,因此都将进气歧管设计尽量跟汽门口垂直和更短并取消空气滤清器,充份消除进气阻力,以求得最佳的高转速表现。另外是如何导入足够的新鲜空气。经过空气动力学设计的碳纤维进气道和蓄气鼓是最佳组合,也是目前比赛厂车的不二选择。尤其在将发动机降低後,利用发动机上方所空出的空间,安装大型蓄气鼓,让空气能有效的送达汽缸。

  进行大幅度的进气系统改装时,必须考虑与供油方面的配合问题。若只是大幅的增强进气能力,而供油方面无法提供足够的供油量与之配合,则势必无法达到提高马力的目的,因为发动机所需的是比例适当的油气而不只是大量的空气。 此外在实用上必须考虑噪音的问题。以往谈到噪音大家通常只想到排气管所产生的声浪,而忽略了进气也会产生噪音。

  另一项影响容积效率的重要因素进气歧管的长度,由此也引发了与容积效率有关的『脉动』及『惯性』两种效应。

  一、脉动效应

  发动机除了在极低的转速外,进汽门前的压力在进汽期间会不断的产生变动,这是由於进汽阀门的开、闭动作,使得进气歧管内产生一股压缩波(Compression Wave)以音速的大小前後波动。假如进汽歧管的长度设计正确,能让压缩波将在适当的时间到达进汽阀门,则油气可藉由本身的波动进入汽缸,提高发动机的容积效率,反之则会导致容积效率下降,此现象称为进气歧管的脉动效应,又称『共震效应』。

  二、惯性效应

  进汽阀门打开,空气流入汽缸内时,由於惯性的作用,即使活塞已经到达下死点,空气仍将继续流入汽缸内,若在汽缸内压力达最大时,关闭进汽阀门的话,容积效率将成最大,此效应称为惯性效应。若想得到最佳的容积效率必须同时考律脉动效应及惯性效应,也就是说在汽缸压力达到最大,关闭进汽阀门的同时,前方进气歧管内的压缩波也同时达到最高的位置(波峰)。 较长的进气歧管在发动机低转速时的容积效率较高,最大扭力值会较高,但随转速的提高,容积效率及扭力都会急剧降低,不利高速运转。较短的进气歧管则可提高发动机高转速运转时的容积效率,但会降低发动机的最大扭力及其出现时机。因此若要兼顾发动机高低转速的动力输出,维持任何转速下的容积效率,唯有采用可变长度的进气歧管。

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