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喷射家族 重要成员
第一重要的当然是此系统的大脑:计算机控制盒 ( Electric Control Unit ) 简称为 ECU。它是汇整所有传送讯号,进而发号施令的主控单位。当车上的各式感应器以不同的方式传送信息 ( 如:电压、电阻、频率 ) 到 ECU 时,微处理器 ( ROM ) 会依据原先已内建好的程序加以分析,找出此时最佳的工作方式,使引擎处于最理想的运转,以达到不论在能耗、废气排放、动力输出等方面均能适切如意的结果。而且在现今许多原厂的 ECU 上,有着某一程度的学习能力,意思就是您的爱车会随着车主的操驾习惯,生成不同于原始出厂设置的表现,所以同一类型车辆在不同车主手上,会有着截然不同的表现。如果车主还不满意的话,现今还有很多其他跨接或替换式的可程序计算机 ( 如:HKS F-Con 系列、Apexi Power FC 等等 ) ,或更换芯片 ( 如:Superchips、Wetterauer Chip 等等 ) ,以满足车主求好心切的需求。
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但是 ECU 再聪明,也没有辨法像李麦克一样,只要叫一声「伙计」,车子的引擎就会启动了。事实上,当车主将点火开关转到 IG-on 时,此时 ECU 会接收到一个 Key-on 十二伏特的正电,此时 ECU 会检测一次所有的讯号输入;包括此时的水温、气温及大气压力等,并会指示汽油泵做一个蓄压的动作,让引擎作好一切的准备,但此时火星塞不会点火,喷油嘴也不会作动,除非 ECU 收到一个讯号;由曲轴位置感知器 ( 或飞轮位置感知器 ) 送来一个摇转讯号,得知曲轴角度位置与工作转速,并告知ECU 此时引擎进入运转的工作状态。所以大多数车辆若是其曲轴位置感知器故障的话,引擎将无法发动。
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故对喷射引擎来说,若失去了曲轴位置感知器讯号时,不论您的爱车性能再好,它一样是不会动。此感知器通常的工作模式有三种,第一种为电磁式,其是由磁通量的变化而生成一个感应电压。第二为霍尔式,当转盘离开霍尔电块时,永久磁铁的磁力线通过霍尔电块,因而生成了一个霍尔电压。第三为光电式,当发光二极体彼此之间的隔板导通时,而生成一个光感电压。此三种为现今各车厂所采用的通用工作模式,不过此一感知器的检测必须辅以较专业的仪器,不是一般的车主可以DIY的,更也因为如此,轻量化飞轮并不是可以装的上就可行,这些都是必须注意的地方。
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空气流量计 类型及原理
决定喷射量与点火时间通常是依据空气量检测方式、节气门位置感知器、车速讯号、含氧感知器、爆震感知器及水温感知器等几个大项。而在这些感知器中,则是以空气量检测方式为主要判决,而其他则是辅助判断以及修正误差用的。
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而空气量的检测方式又分为两种,第一种为质量流量法 ( Mass Air Flow,简称MAF ) ,亦即使用空气流量计去计测引擎的进气量,其设计类型又分为以下不同的类形。在较早期的车辆,如:1989 的 Toyota 3S-FE,BMW E28、E30 等式样引擎,其将空气流量计设计为翼板式,其内部的构造包含了计测翼板、补偿板、缓冲室、回动弹簧、进气温度感知器与电位计。其作动方式是在翼板的回转轴上装有螺旋状的回动弹簧,当引擎运转时,翼板会停止在吸入空气后开启的力量与回弹簧力相互平衡的位置,而同轴转动电位计则将翼板打开的角度转换成电压比例送给 ECU,即可知道此时的空气流量。此外,附带一提的是:在 Toyota 的系统中,甚至将燃油泵开关内建于流量计之内,所以一般在流量计流用方面,必须注意原车所配的类型,否则将会有发不动的情形发生( 或者另接回路将此讯号 By-Pass 掉亦可 ) 。
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但是翼板式的缺点:容易生成振动误差及机械磨损,且电位计是采接触式的设计,使用过久,常有接触不良的问题,且体积也较大,非常占空间。所以后来改采热线式的空气流量计,而且热线式是计算空气的质量,而不是翼板式的空气体积,不须考量进气温度及海拔高度的补偿,加上热线式的构造比较简单、体积小、反应速度快,其计量也较精准,所以现今的车辆较多采用此类的设计,而热线式空气流量计的种类又可分为二种,一为热线式;另一种为热膜式。而热线式的设计又分为主流计测式,为现今大多数引擎所采用;另一种则为分流计测式 ( 于管壁上旁接通路分流,进行计测 ) ,通常用于较大排气量的引擎,而作用原理是在流量计内设有入口温度感知器 ( 冷线温度 ) 、一条 70μm 的细白金线 ( 热线温度 ) 及转换器等。而为了保持吸入空气温度 ( 冷线 ) 与细白金线 ( 热线 ) 间的温度差一样,所以当进气少时,通往热线的电流亦较小;而在高速运转时,通过热线的电流则较大,之后再经由转换器将电流改变量转换成电压差,送入计算机,让计算机得知此时的进气量为多少;至于热膜式的设计只是将热线的白金丝改成金属薄膜,其作用方式都一样,只是热膜式的流量计会比较耐用不易烧毁罢了。
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另外,更新的空气流量计设计则为卡门旋涡式,其设计是在空气通道中放置一个物体,当空气流动时,则会在物体的后方生成一个或多个的漩涡,因为漩涡生成率会与进气量成正比,可以藉由光电式 ( 光电晶体 ) 或超音波式信号接收器来测量漩涡生成的频率,即可得知进气量为何。只不过卡门漩涡式空气流量计的成本较高,所以使用的厂家并不多,不过由于它的进气阻力更小,并且可直接输出数位信号,无须转换,因此将会是未来的设计趋势。
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MAP感知器 计测方式
为什么在我的车上看不见空气流量计呢?笔者相信很多 Honda 或 Toyota 车主都有此一疑惑。不用紧张,只是您的车辆是采用速度密度法,也就是检测进气歧管内的绝对压力,此感应器称为 MAP ( Manifold Absolute Pressure ) ,而此型的喷射引擎又通称为 D-Jetronic,其中 D 是由德文 Druck ( 压力 ) 得来的。
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因为在NA的引擎上,当车辆发动后,此时进气歧管内因为引擎的进气行程作用,所以此时歧管内是处于一个负压状态 ( 因为文氏定律:流速快、压力小 ) ,亦即修车师傅所称的「真空」。不过请不要小看此一力量,您爱车如果此一真空值不见了,那么您的煞车马上就会变的相当沉重,因为您车上的煞车倍力器 ( 俗称Air筒 ) 就会毫无作用了。
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而当引擎在怠速运转时,此时进气歧管内的真空度是约略在 -380~-550 厘米,水银柱高 ( mm-Hg ) ,此真空度会随着引擎负载状况 ( 开冷气 ) 或引擎磨损状况而有所不同,其真空感知器内半导体式压电电阻效果的硅膜片,会因感应器内两侧的压力差不同而生成位移,再经由转换器将信号由电阻值转换成电压值输出,不过因为其信号不强,还需经由IC放大器放大后输入计算机,再配合上其他的感知器,来决定您爱车上的喷射量。现今的引擎发展,已有许多的厂家将空气流量计 ( MAF ) 逐渐改为歧管压力感知器 ( MAP ) ,因为空气流量计占据了许多空间,而在许多车辆要往迷你化发展时,它就成了一个空间杀手,虽然MAP的计测方式,看似不如流量计精准,不过若再加上许多辅助装置,亦可施以更精准的控制 ( 如:日系知名的改装计算机F-Con V Pro,甚至可在重度涡轮改装之下,采用范围较大对应正压MAP的计测类型 ) ,所以在NA引擎的未来发展,可能会有更多车厂采用MAP的设计。
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T.P.S.感知器 爆震感知器
在以往的自动变速箱上,都会附有一条强迫降档线 ( Kick-Down Wire ) ,但因其在油门拉索处较为复杂,而且调校与控制亦较不理想,所以在较近期的自动变速箱设计中,强迫降档的控制组件则改为由节气门位置感知器来替换,所以自排车有时换档及油耗的问题也会与 T.P.S 有着相当程度的关联。
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顾名思义,节气门位置感知器是将节气门开度转换成电子讯号再送入计算机,它是计算机判断引擎工作状态非常重要的装置,各位车主可以仔细的观察您爱车上节气门位置感知器上的固定螺丝,通常原厂都会在上面点油漆,其意思就是告诉车主不要去动它,但如果您已将爱车上的节气门加大的话,此时调整的步骤就非常重要了。因为只要差 0.10mm 就会生成极大的差异,所以加大节气门不只要考虑真圆度 ( 气密的问题 ) ,及节流板材质的问题 ( 热胀冷缩的因素 ) ,还要确实的调整 T.P.S 位置,否则您的计算机会生成误判,造成加速无力的后果,如果爱车又配电子自排变速箱的话,也会因此生成换档不顺的后果,所以节气门并不是一昧的加大即可。
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而T.P.S的设计又分为接点式与可变电阻式二种,不过现今车辆多配置可变电阻式,因为它可以随着节气门开启度的不同而生成不同数值的电压,故较能精密地控制引擎状态。而不像接点式只有全闭或全开二种判断模式,所以在环保意识日益高涨的今天,可变电阻式就成了现今的趋势了。
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油门一拜! 加速不顺?
有时车辆平顺的行驶时一切都好,但油门一拜时反而加速不顺,还会钝钝的。那么可能是爆震感知器有一些问题。现今的电子喷射引擎其点火系统亦由 ECU 所控制,在许多系统上点火正时是完全不可调的,其所有的点火时间是随着车辆的负载而改变,例如:此时真空值为 -550mmHg、节气门开度为0°、车速为 0 km/h 且转速 750rpm 时,代表您的爱车没开冷气、大灯,处于怠速运转状态,则此时您的点火正时可能只有上死点前 ( B.T.D.C ) 70°。但若您引擎的真空值为 -60mmHg、节气门为 42° 且车速为 100km/hr,那意谓着您在 100km/hr 时,重踩油门再加速,那此时您爱车的转速可能在 4000 ~ 5000r.p.m,而此时点火正时就可能提前到 B.T.D.C 23°~28°,但是点火提前过多时,引擎可能就会生成爆震的现象,若过多则会对引擎生成严重的伤害,因此爆震感知器测得了此一状况,就会通知计算机将点火时间延后一点,使爆震状况删除后再将点火角度恢复提前。其实此种工作状况会周而复始的发生,但是当爆震感知器故障时,车主重踩油门,而点火正时提前太多时,此时引擎就会发生敲缸的现象。由于计算机在此种情况下,无法做出修正的动作,因此往往会使敲击声更趋明显,如果放任不理的话,之后所必须付出的代价就会相当大了!
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既然原厂动力未改的情况下,爆震对引擎的伤害就已非常显着,然而在加大涡轮、提高 Boost 值或是NA高压缩比等重度改装之下,更是变本加厉,因此爆震的监控则尤其重要,其将是点火调校的重要依据,无论原车是否有配置爆震感知器,站在 Tuner 力求完美的立场之下,除空燃比计、排温表及马力机等之外,爆震监听器必为一项不可或缺的调校利器。
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直接点火类型 电压值需注意
很多车主牵到新车的第一的动作可能就是奔向大卖场,二话不说,马上将车上的原厂硅导线拆下,立刻换上粗到不行的硅导线,让自己爱车的点火性能更上一层楼。但是原厂导线为了耐用度及对音响干扰的问题,所以通常都会有着一定程度的电阻值 ( 约从 1KΩ~16KΩ ) ,每一个厂牌均不同,以旧式的分电盘设计而言,当点火系统作动时,因为导线及分电盘工作的因素,会有一定程度的能量损失,而且能量损失愈多,点火系统所需的能量就愈大,请注意,需要的能量大代表的是输出的效率低,若长时间处于此一状态,则车上的点火线圈就较容易故障。
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所以现今许多车厂为了更精确的控制点火时间及增强点火效率,多采用直接点火的设计,其将点火线圈直接放置于火星塞上方,并经由一导管直接与火星塞接触,但请注意,此一导管请勿任意的改装,因为有可能其规格与原厂不符,生成过度的电流导致计算机烧毁,此外,MSD 及高压线圈的加装,也都必须要视 ECU 发火晶体对电压值的承受度而定 ( 大多只以改变发火频率增进燃烧效率,为最保险的做法 ) ,所以请车主要特别注意这个状况。
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而计算机可以如此精确控制点火的因素,就是凸轮轴位置感知器,它能确实地告知计算机:此时是那一缸处于压缩上死点,该准备送出一个点火讯号给该发火线圈。所以如果您的爱车不是直接点火的仕样,但只要附有凸轮轴位置感知器的话,再加上一些附件,找一位精通原车系统的技师,花一些时间更改,也能变成直接点火的劲车了,不过所需花费较大,是当前市场较不多见的主因。
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含氧感知器 不可任意拆除
喷油系统与点火系统都依照着计算机的指示工作,但所获得的结果到底是如何呢?工作状况到底完善与否,则此时必须依赖最终的诊断工具:含氧感知器去作判断。
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引擎吸入新鲜空气,在进气歧管端添加雾状的汽油,压缩混合气后点火,但在燃烧后排气管内的废气成份中会有以下几种化学物质:HC、CO、CO2、O2 以及 NOX,含氧感知器就是利用其中微量的氧气去做判定的工作 ( 空燃比计亦是采用类似的方式抓取讯号 ) ,当引擎燃烧得愈完全,废气中 CO2 的比例便会趋向最高值。但因 CO2 是惰性气体,较难利用它去做一个判定,而 O2 氧体比例又为最低,但虽然低,可是由于活性大,所以可以利用它来做数值判定。而现今的含氧感应器又有单线式及加热型二种,其构造及反应方式大同小异,只是常规的单线式的安装位置会位于排气头段附近,而加热型含氧感知器的安装位置就可以有其他的选择,不一定要在头段,也可以在中段附近,但一定要在触媒转化器之前,甚至有些车厂在环保意识抬头之下,还在触媒前后设置了双 O2 Sensor,因此触媒段的改装,尤须注意。
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而触媒转化器的设计也有二种,一为二元触媒转化器;另一种为三元触媒转化器。二元与三元触媒可不是以价钱来分的,而是二元触媒的设计,只能将 CO 及 HC 二种气体,加上外加的空气系统,而让它们转化成 CO2 及 H2O。而三元触媒转化器则不须外来的空气供应,直接利用化学反应将 NOX、CO 及 HC 转化成 N2、CO2 以及 H2O。但不论二元或三元触媒转化器内部的构造都为蜂巢式,因为如此,反应面积才得以增大,但相对的,也会生成一定程度的阻力,所以许多车主才会将其拆除,以炮管式的代触媒替换它。不过大部分的欧系车,若任意将触媒拆除,有时则会因流速过快,造成计算机进行修正动作而生成问题,再经过一段的时间累积,则会使计算机出现「Engine Check」的现象,较理想的方式是取下原厂的触媒,改用专业大厂所制作的赛车级高流量触媒,就不会生成此等的问题了。
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控制系统的再进化 软、硬件的完美组合
原车的计算机控制系统在收集上述的众多感知器讯号之后,经由内建好的程序,再进行喷油及点火的工作,而使引擎进行运转,但是因为原厂的程序设置必须考虑到能耗及废气等环保法规的限制,所以不论这个ECU有多强的学习功能,终究还是会有一定的范围限制,不能随着车主的要求起舞,所以坊间就生成了如:HKS F-Con V Pro、Apexi Power-FC、Superchips 或 e-manage 等可程序计算机。它们可以完全替换原厂的计算机控制系统,或是用外挂的方式来增强车辆在某一些特定速度或状态下的反应,以符合车主的需求。
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以 HKS F-Con V Pro 为例,其最大的特色是将原车的空气流量计 ( MAF ) 改成绝对压力感应器 ( MAP ) ,因为在某一些原厂式样的流量计会受到感应范围的限制,而较难有后续改装的空间,除了流用他款流量计之外,利用 HKS 特制的全区域式 ( 压力感应由 -760mmHg~+3kg/cm ) 的 MAP Sensor,并对应原车的线组,设计出一连接线组 → 原厂插头 → F-Con V Pro → 原厂计算机的作动模式,而其所替换的MAP就连接在 F-CON V Pro上,再外接一进气温度感应器后,就可以基本对应NA及Turbo引擎的系统,并可因车主的不同需求,以笔记型计算机上的特殊程序加以调整供油及点火曲线,来使引擎全面性动力输出的提升,皆能够符合车主的「兽欲」。其空燃比值可由 14.57 到 11.56,在如此大的范围内均可应付自如,不再有那些许的遗憾,这也就是日系诸多超大马力劲车,多会采用 F-Con V Pro 的原因。
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不论是芯片植入或是外挂控制系统,也只能依据原车大部分的感应器去作分析与判断 ( 有些高档计算机,则会因精密度及检测范围的要求,必须替换或加装所须之感应器 ) ,以更广阔的操作区间去让车主得到异于原厂设置的激情演出,但并不是电控方面的改装就一定能使您的爱车脱胎换骨,还要在硬件上全面性的搭配 ( 引擎本体各组件的强化 ) ,方能使电子系统有能够发挥的空间,如此「封印」的删除也才有意义。
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