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汽車系統百科

汽車各系統、零件功能說明,讓車主更了解愛車的運作與健康。

HOT引擎進氣系統

發佈日期:2020-01-20
圖片
空氣淨器管道

 一般車用使用的空氣淨器是乾式空氣淨器,其工作原理是通過一個乾式濾芯,

(如紙濾芯)將空氣中的雜質分離出來的濾清器。

空氣淨器總成包括進氣管道外殼、濾芯以及出氣管道(指的是外殼與發動機相連部分)。

它的形狀有扁圓或橢圓及平板式。
 
OiCar汽車百科-進氣系統零件(一)

*空氣淨器的作用和功能 

 發動機有空氣、機油、燃油三種濾清器,一般稱作「三濾」。

它們分別擔負發動機進氣系統、潤滑系統和燃燒系統中介質的過濾。 

現今市售的汽油車款多採用自然進氣引擎。

自然進氣引擎(英語:naturally aspirated engine)為最基本的動力形式,

在進入引擎汽缸前,以外界空氣(1大氣壓)直接與噴油針噴岀之汽油混合而成汽油霧,

最後進入燃燒室點燃。

有別於裝備增壓器的引擎,沒有如渦輪增壓器與機械增壓器等過給裝置,

有增壓器的引擎以強制加壓空氣的方法,輸進燃燒室,可使產生較大馬力,

但也較容易產生爆震,加入的汽油辛烷值必須較高,種類也較挑剔,

同時汽缸的壓縮比也不宜過高,而採用渦輪增壓的引擎更會有渦輪延遲的缺點,

但自然進氣引擎皆不會有這些問題,整體成本都偏低,適合給平價無高性能需求的載具,

不過自然進氣引擎也可採用高轉速化達到高性能化。
 
空氣淨器位於發動機進氣系統中,它是由一個或幾個清潔空氣的過濾器部件組成的總成。

其主要作用是濾除將要進入氣缸的空氣中有害雜質,

以減少氣缸、活塞、活塞環、氣門及氣門座的早期磨損。

它的形狀有扁圓或橢圓及平板式,過濾材料為濾紙或非織造布。

濾芯端蓋有金屬或聚氨脂的,外殼材料為金屬或塑料。

在額定空氣體積流量下,濾芯的原始濾清效率應不低於百分之99.5。
 
一般乘用車使用的空氣淨器是乾式空氣淨器,起工作原理是通過一個乾式濾芯,

比如紙質乾式空氣淨器的濾芯採用經過樹脂處理的微孔濾紙製成,疏鬆、濾紙多孔、摺疊,

有一定的機械強度和抗水性,具有濾清效率高、重量輕、結構簡單、成本低、保養方便等特點。

輕型車如家用小轎車所用的空氣淨器一般為單級。

主濾芯之後還有一個安全濾芯,其作用是在安裝和更換主濾芯時,

或在主濾芯偶然損壞時防止灰塵進入發動機。

安全芯的材料多為非織造布,也有使用濾紙的。 

發動機在工作過程中要吸進大量的空氣,如果空氣不經過濾清,

空氣中懸浮的塵埃被吸入氣缸中,就會加速活塞組及氣缸的磨損,

較大的顆粒進入活塞與氣缸之間,會造成嚴重的「拉缸」現象,

這在乾燥多沙的工作環境中尤為嚴重。空氣淨器裝在化油器或進氣管的前方,

起到濾除空氣中灰塵、砂粒的作用,保證氣缸中進入足量、清潔的空氣。
 
空氣淨器總成包括空氣淨器外殼和濾芯。

也是整套進氣系統,包括進氣管道外殼、濾芯以及出氣管道(指的是外殼與發動機相連部分),

平時維護保養只需要更換濾芯即可。 
 
專有名詞: 

 增壓器是一種用於往復式引擎(或稱活塞式引擎)的輔助裝置。

引擎產生動力的條件是空氣中 的氧與燃料的燃燒,由於一定大氣壓力下一單位的含氧量是固定的,

同時一般的自然進氣引擎是依靠活塞運動產生的壓力差將空氣或空氣與燃油的混合氣吸進汽缸,

壓力差有其上限,使得自然進氣引擎的動力被大氣壓力侷限,因此有了增壓器的使用,

裝設增壓器提高引擎進氣的壓 力以增加其中氧氣的含量,

通常可以使同排氣量的引擎增加 20%-50%甚至更高的輸出馬力;最新的增壓器技術,能降低油耗。
 
渦輪增壓器是一種利用內燃機運作所產生的廢氣,

通過由定子和轉子組成的結構驅動之空氣壓縮機 Air-compressor。

與機械增壓器功能相若,兩者都可增加進入內燃機或鍋爐的空氣流量, 從而令機器效率提昇。

常見用於汽車引擎中,透過利用排出廢氣的熱量及流量,渦輪增壓器能提昇內燃機的馬力輸出,

部分車輛在設計時採用渦輪增壓器並非為了增加發動機功率,

而是透過渦輪增壓器搭配較小汽缸容積的發動機,

在不犧牲引擎輸出性能的前提下(與自然進氣發動 機相比)來提升燃油的經濟性與環保性。
 
機械增壓器又稱超級增壓器(supercharger),是一種用於內燃機的強制進氣裝置。

爆震(英語:knocking)的術語為爆燃,俗稱敲缸,是發動機不正常工作方式的一種,

是指點 燃式發動機(一般即為汽油機)中混合氣體自燃而不遵循正常的火焰傳播過程,

從而導致燃燒 過程不可控,發動機發出高頻率的金屬敲擊聲。

爆震會導致發動機工作情況變差,嚴重時會損 壞發動機零件。 
 
壓縮比為發動機混合氣體被壓縮的程度。

評斷內燃機性能的數值,一般來說愈高愈好。

壓縮比 的定義是:活塞位於下止點時氣缸的總容積除以活塞位於上止點時燃燒室的容積。

通常提高壓縮比可以使內燃機的馬力提高,也可以產生節省燃料、提高機械效率的效果。

提高壓縮比的同時也必須考量:會不會產生爆震(knock),內燃機的精密度要高,材料更要耐磨。

通常,汽油引擎壓縮比介於7~13之間,柴油引擎壓縮比介於16~24之間。

某些特別設計的發動機,如馬自達的創馳藍天技術(SkyActiv),

汽油發動機可以達到14:1壓縮比,甚至更高;柴油引擎發動機可以降低到 14:1 壓縮比,甚至更低。

可變壓縮比是一種應用在內燃機的技術,用來提高燃料效率。 
 
*進氣系統的作用和功能 

 進氣系統包含了空氣淨器、進氣歧管、進汽門機構。空氣經空氣淨器過濾掉雜質後,

流過空氣流量計,經由進氣道進入進氣歧管,與噴油嘴噴出的汽油混合後形成市適當比例的油氣,

由進汽門送入汽缸內點火燃燒,產生動力。 
 
一、容積效率

引擎運轉時,每一循環所能獲得的空氣量多寡,是決定引擎動力大小的基本因素,

而引擎的進氣能力乃是藉由引擎的『容積效率』及『充填效率』來衡量。

『容積效率』的定義是每一個進氣行程中,

汽缸所吸入的空氣在大氣壓力下所佔的體積和汽缸活塞行程容積的比值。

之所以要用在所吸入空氣在大氣壓力下所佔的體積為標準,是因為空氣進入汽缸時,

汽缸內的壓力比外在的大氣壓力為低,而且壓力值會有所變化,

所以採用一大氣壓的狀態下的體積作為共通的標準。

並且由於在進行吸氣行程時,會遭受各種的進氣阻力,加上汽缸內的高溫作用,

因此將吸入汽缸內的空氣體積換算成一大氣壓下的狀態時,一定小於汽缸的體積,

也就是說自然吸氣引擎的容積效率一定小於1。

進氣阻力的降低、汽缸內壓力的提高、溫度降低、排氣回壓降低、

進汽門面積加大都可提高引擎的容積效率,而引擎在高轉速運轉時則會降低容積效率。
 
二、充填效率

由於空氣的密度是因進氣系統入口的大氣狀態(溫度、壓力)而有所不同,

因此容積效率並不能表現實際上進入汽缸內空氣的質量,於是我們必須靠〞充填效率〞來說明。

〞充填效率〞的定義是每一個進氣行程中所吸入的空氣質量與標準狀態下

(1 大氣壓、20℃、密度:1.187Kg/㎡)佔有汽缸活塞行程容積的乾燥空氣質量的比值。

在大氣壓力高、溫度低、密度高時,引擎的充填效率也將隨之提高。

由此也可看出,容積效率所表現的是引擎構造及運轉狀態所造成引擎性能的差異,

充填效率表現的則是運轉當時大氣狀態所引起引擎性能的變化。
 
進氣岐管與容積效率 
 
 另一項影響容積效率的重要因素是進氣歧管的長度,

由此也引發了與容積效率有關的『脈動』及『慣性』兩種效應。 

一、脈動效應:

 引擎除了在極低的轉速外,進汽門前的壓力在進汽期間會不斷的產生變動,

這是由於進汽閥門的開、閉動作,使得進氣歧管內產生一股壓縮波(Compression Wave)

以音速的大小前後波動。

假如進汽歧管的長度設計正確,能讓壓縮波將在適當的時間到達進汽閥門,

則油氣可藉由本身的波動進入汽缸,提高引擎的容積效率,反之則會導致容積效率下降,

此現象稱為進氣歧管的脈動效應,又稱『共震效應』。
 
二、慣性效應:

 進汽閥門打開,空氣流入汽缸內時,由於慣性的作用,

即使活塞已經到達下死點,空氣仍將繼續流入汽缸內,若在汽缸內壓力達最大時,

關閉進汽閥門的話,容積效率將成最大,此效應稱為慣性效應。

若想得到最佳的容積效率必須同時考律脈動效應及慣性效應,也就是說在汽缸壓力達到最大,

關閉進汽閥門的同時,前方進氣歧管內的壓縮波也同時達到最高的位置(波峰)。

較長的進氣歧管在引擎低轉速時的容積效率較高,最大扭力值會較高,但隨轉速的提高,

容積效率及扭力都會急劇降低,不利高速運轉。

較短的進氣歧管則可提高引擎高轉速運轉時的容積效率,但會降低引擎的最大扭力及其出現時機。

因此若要兼顧引擎高低轉速的動力輸出,維持任何轉速下的容積效率,

唯有採用可變長度的進氣歧管。 

進氣系統的改裝
 
 進氣系統的改裝基礎就是要提高引擎『容積效率』,要達到此一目的通常可由以下的方式著手:
 
一、空氣淨器

 進氣系統改裝的入門工作就是換用高效率、高流量的空氣淨器濾芯,

市場上常見的品牌有 K&N、HKS、ARC、SIMOTA 等。

換裝高流量的空氣濾芯可降低引擎進氣的阻力,同時提高引擎運轉時單位時間的進氣量及容積效率,

而由供油系統中的空氣流量計量測出進氣量的增加,將訊號送至供油電腦(ECU),

ECU便會控制噴油嘴噴出較多的汽油與之配合,讓較多的油氣(並不是較濃)進入汽缸,

達成增大馬力輸出的目的。

若換了濾芯仍不能滿足你的需求,

可將整個空氣淨器總承換成俗稱〞香菇頭〞的濾芯外露式濾清器,進一步的降低進氣阻礙,

增強引擎的〞肺活量〞。 

二、進氣道

 進氣道的改裝可分成形狀及材質兩方面來談。

改變進氣道的形狀目的在於進氣蓄壓(以供急加速時節氣閥突然全開之需)及增加進氣的流速,

但這類產品通常有特殊性的限制,

也就是說A型車所用的若裝在B型車上並不一定能發揮其最大的效果,

如前一陣子所流行的『進氣肥腸』,形狀便是仿造MUGEN廠車上所用的,也就是喜美專用,

裝在其它車種則效果可能會打折扣。

改變進氣道材質乃是著眼於不吸熱及重量輕,目前最常用的就是碳纖維的材質,其不吸熱的特性,

能讓進氣的溫度完不受引擎室的高溫所影響,讓進氣的密度較高,即單位體積的含氧量增加,

提高引擎出力,唯一缺點是價格高不可攀。 進氣道的改裝常是形狀及材質同時改變以收最大效果,

同時將空氣淨器一併拆除,並將進氣口延伸至車外,直接對準前方,

以便隨車速提高增加進氣壓力,提高進氣量。

K8300-1142-0001A4 進氣管亦是秉持此設計將一頭接在車頭迎風口,另一頭銜接空濾本體外殼上。 

OiCar汽車百科-進氣系統零件(二)


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