为何没改偏时点火车子还有放炮声
2022-12-12 08:40 艾森ECU升级(北京运营中心)
很多细心的车友都会注意到:许多超跑、改装车和赛车在换档、过弯甚至刹车时都会尾部喷火,同时发出爆裂的响声,非常帅气。有人不禁想问:车尾喷火的原理是什么?喷火对车子有伤害吗?最重要的是,我的家庭轿车能喷火吗?其实,跑车喷火的背后原理是一套叫做「偏时点火」的系统。
偏时点火其实是涡轮增压发动机为了争取更快的起步加速,而针对供油与点火进行的特别调校。偏时点火基本上是一种源自直线加速赛车的发动机设定方式,由于这是刻意使混合气在燃烧室外进行爆发,因此偏时点火其实也相当于一般所谓的〔Missfiring〕。偏点火系统,英文为"Anti-Lag System",简称ALS系统,是一种使用于拉力赛或直线加速赛的电子装置,基本的功能是减少涡轮迟缓的效果。这是适用于比赛及的一项改装。今天,我们来探讨下车放炮声的由来,以及与偏时点火的本质区别。
要想搞明白现在为何不使用偏时点火,咱们首先得知道偏时点火是干嘛用的。在上世纪80到90年代,人们发现涡轮增压器可以有效提高发动机的峰值马力,带来更加狂躁的动力爆发后,便将涡轮塞进了性能车的体内。可当时的手动变速箱,由于挡位较少,且人手换挡速度较慢的缘故,所以便让涡轮增压引擎暴露出了致命的问题--涡轮迟滞。涡轮迟滞之所以会产生,是因为车手在红线升挡时,由于手动挡的挡位数较少,每个挡位之间的转速落差过大所引发的。在升挡的过程中,为了能让发动机的转速尽量下降,从而匹配变速箱高一个挡位的较低转速,所以在整个升挡过程中,驾驶员是不会踩油门的,以此来减轻离合器盘片的结合压力。
此时,由于发动机转速的下降,以及松开油门导致节气门关闭,会引起发动机废气排量大幅减少,所以能提供额外动力的涡轮转速自然也会开始大幅下降。那么当车手升到下一个挡位准备继续加速时,发动机就需要有一个重新吹动涡轮的过程,严重的涡轮迟滞便出现了。可如果选择在升挡时,持续喷油让发动机维持排气量,从而保证涡轮转速的方案,又会导致发动机的转速过高,与下一个挡位较低转速匹配时,会大幅损耗离合器片。这时,聪明的人类就发明出了偏时点火系统。
偏时点火系统原理:
偏时点火系统的存在就是为了消除涡轮迟滞,偏时点火系统原理非常简单,在转弯或减速等松油门的情况下,ECU会命令汽车的供油系统射入大量的汽油进入引擎,但是不会点火,直接让这些雾状的汽油在未经燃烧的情况经过引擎直接进入温度极高(大约八百到九百摄氏度)的排气系统。当雾状的汽油进入之后会因为碰到高温自动引爆。利用产生出的压力推动涡轮叶片持续加速,让车子即使在减速的情况下也能维持涡轮叶片的转速(大约14000-20000rpm),从而消除涡轮迟滞的现象,让车子既拥有涡轮增压的马力又拥有自然吸气的顺畅。而且,强大的爆炸火焰也会顺著排气管一路冲向尾管,因此当偏时点火系统运作时就会有火花从排气管喷出!
汽车的涡轮增压的工作原理是,利用排气歧管中的压力,推动涡轮(也就是一种风扇)旋转,这个风扇就像鼓风机,可以增加进气歧管中的空气流量,从而提高引擎燃烧效率,进而增大汽车功率。当汽车收油或换挡时,哪怕以毫秒计算的换挡时间,也会因为引擎供油量减少导致转速下降,进而导致排气歧管压强降低,再进一步导致涡轮转速下降,最后的结果就是增压值降低,引擎功率下降。此时再给油,首先燃料要在引擎内燃烧,然后废气进入排气歧管,然后推动涡轮旋转,然后进气量增加,然后引擎才会恢复原有的动力,即所谓的涡轮迟滞。偏时点火的原理就是在收油时,ECU会强制喷射系统继续喷油,但是不进行燃烧冲程,这样大量油气混合器未经燃烧就进入高温的排气歧管,在排气歧管中爆燃并持续推动涡轮旋转,从而保证收油时排气歧管压力不下降,进而保证涡轮转速不下降,进而保证进气流量不下降,从而消除了涡轮迟滞。大量燃料在排气歧管中直接燃烧所产生的火焰会直接从排气口喷出,这就是我们经常看到的拉力赛车本随着“砰砰”的响声喷出的火焰。
偏时点火改装方法要点
基本上偏时点火系统是利用简单的二次进气机构、加上强大的电子制御系统搭配,让原本依ECU计算的配套点火正时时机能够有条件的变化。
正常引擎的点火时机是在活塞到达上死点时点火,现今的电子喷射引擎之点火系统多由ECU所控制,通常点火正时是完全不可调的,其点火时间只会随车辆的负载而改变,ECU更会随时侦测真空值、节气门开度、车速及转速等参数,进行B.T.D.C.(Before Top Dead Center、上死点前)度数的改变,由于点火提前过多时,引擎可能会产生爆震现象,对引擎产生伤害,因此爆震感知器测得此一状况,就会通知ECU将点火时间延后,使爆震状况解除后再将点火角度恢复提前,其实此工作状况是一直循环发生的,亦是一般车辆点火时机的标准反应。
但偏时点火系统则是利用改装的电脑,在收油的同时将点火时机退后,让应该在燃烧室内压缩、爆炸的混和气,在空气燃烧殆尽后、残留大量的油料排放至排气头段中,再藉由追加的进气管路再次形成混和气,由于涡轮本身的高温引燃混和气,利用燃烧室外之二次爆炸所形成的压力推动涡轮叶片,使涡轮增压值维持在持续增压的状态,如此在再次补下油门时就不需要等待涡轮蓄压,能够在短时间内使涡轮再度全开。
利用对应的电脑软件,有对口的的偏时点火机能,另外加上一组电磁阀使原本应由进气泄压阀泄放之空气,经由追加的二次进气管路回到排气头段,设定是偏时点火开关开启时,收油门即会触发电脑将点火时机退后,形成前文所述的偏时点火现象。
事实上各项参数的设定却是最困难的部分,先就B.T.D.C.度数来看,在偏时点火机能中提供正负70度的调整范围,由于点火正时过于提前引擎会爆震、退后太多放炮情形又很严重,理想的点火时机只能藉由反覆测试实验来取得,加上配合B.T.D.C.改变,供油、油门位置、节气门开度等各项参数都要再修改,电脑调校的功力不足非但无法达到偏时点火之真正效果,更会对引擎造成严重之伤害。
并且单靠电脑调校其实仍不足以真正完成偏时点火系统,包含二次进气的管路配置,排气系统等周边亦需有所更动,先就二次进气管路来说,一般市售车要改装都需自行设计进气管,其位置大致分为歧管端或头段处,前者需小心爆压对气门的伤害,后者则要注意较高的温度对电磁阀耐用度之影响。另外排气系统则是要选择全直通排气管,让爆压顺利释放,亦才能附带偏时点火系统最吸引人的强大爆音与熊熊火焰。
偏时点火系统的优缺点:
偏时点火系统还具有一个优点,即汽油本身具有高挥发性,能够吸收引擎的一部分热量,当高挥发性的汽油进入引擎及排气系统时能够有效降低引擎的温度。所以,涡轮增压的赛车需要燃烧很浓的混合气体,虽然造成耗油但却能够降低引擎的高温,从这个角度来说,可以增加引擎的耐用度。
但是与之相对的,缺点也不可避免。高浓度混合气在排气系统爆炸时产生的强大力量与高温,会使排气头段、涡轮排气端叶片与气门周围等部分之负荷加重,减短涡轮、排气系统以及引擎排气门的使用寿命。这些弱点虽能以各项参数的协调来减缓,但仍不可避免。另外,偏时点火系统运作时会大幅度减少引擎刹车效果,因为曲轴与活塞是呈现无点火无外力的惯性自转的状态,这就好比挂空挡踩刹车,发动机不能提供充足的制动力,所以车辆入弯时则必须完全依靠刹车系统来负担,搭配ALS的车辆对于刹车系统的设定是不可忽视的.。综合来讲,偏时点火系统对机械上所带来的损害仍是弊大于利,除了在分秒必争的赛车上使用之外,一般改装车仍不适合改装。
为何家用车也有放炮声?
既然偏时点火不能解决现代变速箱所面临的与发动机转速差过大问题,那如今在马路上经常能听见的放炮声又是从何而来的呢?这时就不得不介绍能够降低换挡转速差又不需要让驾驶员松开油门的发动机运转逻辑了。
不同于偏时点火诞生的拉线油门背景,现如今绝大部分汽车都使用上了电子节气门,从而达到优化尾气排放和增加驾驶模式的作用。因此,ECU(发动机控制单元)和TCU(变速箱控制单元)也拥有了控制节气门的权利。这就意味着,在自动变速箱换挡时,ECU和TCU是可以通过关闭节气门的方式,使发动机在换挡的间隙,通过不进气、不喷油,也就是不做功的方式来降低发动机的转速,从而减轻发动机与变速箱之间转速差的。要知道,这个操作在拉线油门时代可是想都不敢想的。
上述这种在升挡间隙不进气、不喷油的方法已经是如今很多自动挡车型的基本操作了。虽说这种方法可以在日常情况下,通过降低发动机转速来减少与变速箱升挡时的转速差,但在激烈驾驶时,如果还采用这套逻辑,也就是在升挡过程中关闭节气门的话,那现代变速箱换挡快的优势便成为了无用功。
这是因为就算变速箱能快速完成升挡动作,可如果节气门关闭的话,发动机进气道内的空气量是不足以让发动机在完成换挡的瞬间,就能以当前转速下的最大功率进行输出的。只有等待节气门打开后,空气才能沿着进气道、涡轮、中冷、进气歧管进入到气缸内参与燃烧。可如此“漫长”的路径,少说也得走0.3秒左右。这就导致变速箱在高效完成换挡后,还需要等待发动机峰值动力的重新回归才行,这肯定是不利于性能释放的。
于是,为了能够最大程度发挥出当代变速箱的换挡速度,降低换挡所带来的动力损耗问题,工程师便利用ECU超高的运算能力,设计出了全新的变速箱、发动机协同工作流程。
在这种性能优先的逻辑下,负责控制发动机进气量的节气门并不会关闭。但为了防止发动机转速上升,此时ECU会暂时停止发动机的供油和点火。也就是让空气在缸内过一遍,并直接从排气管离开,顺带利用没有参与做功的气体压力维持涡轮转速,降低涡轮迟滞。如此一来,当变速箱完成换挡的瞬间只需恢复喷油和点火,发动机就能直接输出峰值功率,省去了等待足量空气进入缸内的过程,将现代自动变速箱的换挡速度优势发挥到了极致。
这种发动机运转方案虽然可以发挥出变速箱的全部功力,但在换挡期间整台车的声浪显然是没有偏时点火那么酷的。于是,工程师便在换挡不关闭节气门的基础上又增加了喷油环节,最终在排气冲程中直接将油气混合物推至排气管中,通过排气温度来将油气混合物引燃,让排气在换挡时发出“砰砰”的声音,这样一来声音也就更酷了。
由此可见,如今性能车升挡时传来的放炮声,其实更多起的是氛围营造功能,与当年以缓解涡轮迟滞的功能性放炮声,已经不是一回事了。当年由火花塞主动点燃的偏时点火,声音往往更脆、更加响亮,音调也会更高,有点像是开枪。而现在由排气被动点燃的放炮声整体音色会更加低沉,同时音量也不如原来偏时点火那么响亮。
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