淺談容積效率

這是以前寫過的舊文~po在這給大家參考:

"容積效率"可能比較少人談,事實上它卻是所有改裝方法的最後目的:"增加容積效率"。

以一般的引擎來看,一具2.0的引擎,汽缸容積有2000cc上下的容積,
但是油氣進入到汽缸中燃燒的量,卻不可能達到2000cc(怠速時就只有80%上下吧?),
而隨著轉速的提高,容積效率一路降低,
當油氣的流速跟不上汽門開啟與關閉的速度時,這時容積效率最慘...
這也就是馬力曲線圖,當馬力昇到最高點後,會突然急速下降的原因.....
同樣是2.0的引擎,為何一具只有120匹馬力,一具卻能達到200匹?
可以簡單的說這就是容積效率的好壞所造成的.
這裡我們不討論市售車實用的角度,來談談如何增加"容積效率"的方法.

"當油氣能夠更多更快的進入汽缸,就能得到更好的容積效率",
所有汽車引擎科技,大概都以這麼基本的教義,求取更多的扭力與馬力~
從這個角度可以引伸出許多方法:

1.進排氣拋光:將進氣歧管內壁拋光,減少空氣流動的阻力.
這要注意別影響油氣的均勻混合...

2.加大進氣:香菇頭、畚箕、高流量濾芯、等等減少進氣阻力的東東~

3.排氣管:市售車的排氣管,為了環保與噪音的緣故,加裝了消音器與觸媒,
造成排氣的阻力,也就是我們常說的"回壓",
加大排氣管、直通尾段及拆除觸媒都是為了減少回壓,讓排氣更順更快~
不過當排氣回壓降低後,卻也常發現:低速扭力變差了?
這是因為原廠引擎的汽門重疊角已考慮到回壓的存在而設計,
回壓一降低,原本低轉速利用回壓"擋住進排氣門都開啟時"的缸內油氣就漏掉了.
造成低速較無力~但高速卻相當有利~
這點細節等下與換裝高角度凸輪軸與可變汽門正時一起討論~~

4.加大汽門或增加汽門:這也就是引擎汽門一直增加的原因,
當汽門加大時,可以進入的油氣量當然就會增多,但汽門加大,
重量增加卻又不利於高速運轉,所以改為多汽門設計.
以較多但較輕的汽門增加油氣的量.

這裡順便聊聊:為何我們常說8汽門引擎低速扭力佳,高速不行~
而16汽門引擎剛好相反?這與空氣的單位流量與流速有關~
假設有兩條大小水溝,裡面的水流都一樣多,當水流較少時,
小水溝的水流得很快,大水溝卻是慢慢流動...
但當水流增大時,小水溝一時間卻來不及疏通這些水,大水溝卻是輕鬆自在~~
所以8汽門四缸引擎低速可以得到較好的扭力表現...
從這裡又可發展出另一項改裝:可變進氣歧管.
新一代的引擎利用低轉速與高轉速時可變換長度的進氣岐管,
讓油氣保持最好的流速,尤其對改善多汽門引擎低速扭力有效~~

本田的REV汽門則是低速只開一個進氣門排氣門~以流速加快優先考量~
高速再切換雙進雙出~目前運用在新一代機車用的VTEC(與汽車不同)上.

5.換裝高角度凸輪軸與可變汽門正時:
這裡先談談進氣汽門與排氣汽門的重疊角(時),進氣門開啟將油氣送入汽缸後閉鎖,
待活塞壓縮爆炸後,排氣門開啟將油氣排出,理論上它們是一開一閉,
事實上引擎轉速提高時,進排汽門動作速度之快,
如果一開一閉根本趕不上油氣流速,所以它們要配合油氣流速而"提早動作",
因此進排氣門有部份時間是同時開啟的,這就是汽門重疊角~~
而為了更精確的控制進排汽門,凸輪軸也由一根分開為獨立兩根~
進步為雙凸輪軸.

細心的車友可以發現,汽門重疊角本身就有很大的問題:
低轉速與高轉速的重疊角時間差不可能一樣~
重疊角過大,低轉速會造成漏氣,太小時高轉速又跟不上....
原廠引擎為了符合市售車輛低轉行車的特性,只好犧牲高轉速而以低轉速為主了~~
所以就出現以高轉速馬力為目標的高角度凸輪軸改裝~
換裝後低速由於汽門重疊角加大,低轉速造成部份油氣漏失~
所以常會有怠速不穩的情形.....這點與剛剛直通排氣管低轉速無力的狀況相似~

車廠當然不可能就讓這問題繼續下去,於是最有名的"VTEC"可變汽門正時凸輪就誕生了~~
VTEC以兩種不同角度的凸輪軸合而為一,低速用低速角,中高速切換至高角度,
兼顧低高轉速時,汽門重疊角分別的需求~~目前各車廠都有類似的機構設計,
且已進步至無段切換了.....不再贅述~~

6.增壓引擎:為了增加油氣量,如果我把油氣硬擠進汽缸,不是更有效嗎?
這就是最有效增加容積效率的方法--增壓引擎.
增壓引擎可以說是增加容積效率最有效的方法~
以前F1用1500CC的雙渦輪增壓引擎,可以榨出5~600匹馬力,
可見其效益之驚人~至於渦輪增壓與機械增壓大家應該熟得不能再熟了~略過....

還有其他沒提到的改裝...或是轉子引擎等~一時沒想到也寫不完,
不過大家看完這一點~對容積效率這東東也應該了解了....
個人覺得懂得容積效率,自然能懂為何而改~效益為何~
不過可能也會發現:改裝牽一髮而動全身,還是原廠就好…XD