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無限量續杯!供油系統強化論


刊登時間: 2013/07/13

文、圖/Grand
協力/歐德利、日亞、聯結

當缸內直噴已成王道,主宰新世代引擎動力的大遍江山,可見「燃油」是提供引擎運作不可或缺的要素,尤其是重度改裝引擎,對於燃油系統的穩定更是要求,一旦供油量出現差異,可是有著爆引擎的危險,因此如何確保燃油系統足量且穩定的正確工作,決對是Tuner的首要課題,也是重改引擎的基礎工程。


圖為供油系統的簡略架構圖,可以發現供油系統主要是由:油箱、汽油泵浦、進油管、油軌、噴油嘴、汽油壓力調整器與回油管所組成。

燃油系統的心臟
汽油泵浦的強化

引擎供油系統構成元件,若以燃油走向為順序的話,是由油箱、汽油泵浦、進油管、油軌、噴油嘴、汽油壓力調整器與回油管所組成,最後用剩的汽油則回到油箱,之所以要配置這麼多環節來組成供油系統,最大的目的就是希望能提供足量且穩定的燃油,而這也是供油系統改裝時,首要達成的重要目的。

汽油泵浦就像供油系統的心臟一樣,負責將油箱內的汽油加壓泵入油管內,並且保持油管內的壓力不會在高轉速高負載時下降,其等級差異在於每小時能泵出的汽油量為幾公升,L/H數值愈高代表能對應的馬力愈高,相對體積也會比較大。

若將汽油比做人體的血液的話,汽油泵浦的功能就向心臟,負責將油桶內之汽油,加壓輸送至供油管路內,以待噴油嘴噴出,如果噴油嘴沒有將所有泵出的汽油用完的話,剩下的汽油就會回到油箱中,不過如果引擎經過大幅度改裝,並加大噴油嘴的話,原廠泵浦打出去的汽油可能會不夠用,反應在燃油壓力上,就是全負荷或全增壓時壓力不斷下降,嚴重時可能會因供油不足而爆引擎,此時就需透過更換吞吐量更大的泵浦來因應,泵浦大小對照的單位為每小時泵出幾公升的汽油,也就是L/H,原廠NA車的泵浦大約為100L/H,渦輪車則為180L/H,至於渦輪改裝車最常用到則為255L/H。

原廠汽油泵浦直接安裝在後座底下的油箱內,並且以托架固定著。

使用吞吐量不足的泵浦固然不對,但太大的也容易導致供油過濃,大腳油門時會噴黑煙,因此如何選擇適當的汽油泵浦,需針對整體的動力改裝幅度與噴油嘴的噴射量來決定,有些動力做到500多匹的Impreza,甚至需用到兩顆255L/H的泵浦,才能提供穩定的燃油供應量。另外,一旦換裝高吞吐量的汽油泵浦後,建議最好能養成油箱剩1/4的汽油時就去加油比較能保護泵浦,這是因為高流量汽油泵浦的轉速比較高,相對運轉溫度也高,因此需浸泡在汽油內才能快速散熱,如此泵浦才能用得長久。

汽油泵浦下方設有過濾網,建議更換汽油泵浦時,該濾網能留著使用,因為很多採用海綿材質的改裝品,使用一段時間後就會被汽油分解,並吸入油管內造成油管阻塞,另外使用高功率泵浦後,油量最好保持1/4以上,才能幫助泵浦散熱。

負責短暫儲存汽油
加大油軌穩定油壓
汽油泵浦打出來的汽油,經過車底下的金屬油管後,會先到油軌中,油軌的功能除安裝噴油嘴外,還像一個小型儲油管,透過汽油調壓閥的限制,可將少量汽油暫時儲存在其內,如此在引擎急加速,噴油嘴瞬間加大噴油量時,管內的汽油才不會因汽油泵浦來不及補充而一下子用完。因此適當的加大油軌,也是穩定燃油壓力的方法之一,多數改裝油軌都使用鋁合金材質,用意在於美觀好加工,且有些高檔的油軌還會採用左右進油,中央回油的設計,如此可使每隻噴油嘴都有相同的噴油壓力,汽缸燃燒狀況才會均等,引擎出力便能平衡、順暢。

汽油泵浦打出來的汽油經過進油管的導引後,接著會進入汽油軌內,並透過後方的汽油調壓閥,將汽油以一定容量與高壓狀態暫存於油軌內,如此在噴油嘴高速噴射的瞬間,不至於一下子就將汽油給噴完。

噴油動作的執行者
注意無效噴射時間

接下來是噴油嘴的部分,該元件為噴油動作的執行者,諸多改裝電腦調校供油量時,也會透過調整其噴射時間或開啟率來達成,因此其重要性可見一斑。判定噴油嘴是否須加大的方法,可以從空燃比機中看出端倪,在引擎高轉速重負荷時,如果改裝電腦對於噴油嘴的開啟率(Duty Cycle)已提高到80%,燃燒狀況依舊處於稀薄,就代表噴油嘴以不夠用了,需更換噴射量更大的部品才能確保供油量足夠。

有些重度改裝車會將汽油軌換成鋁合金加大部品,用意在使更多汽油儲存於其內,以應付瞬間增加的噴油量,讓燃油壓力不會往下掉,當然前提是汽油泵浦需夠力才能達成。

噴油嘴的大小是以每分鐘噴出多少c.c.的汽油來計算,一般高性能NA引擎的噴油嘴,大約為280c.c./m,2.0L渦輪引擎則為350~400c.c./m,再上去的改裝品常用的則有560c.c./m、800c.c/m,可對應到最高馬力分別為350hp與550hp,如果引擎出力不高,使用過大的噴油嘴,就像小水桶用大水管裝水一樣,水龍頭開一點水就滿了,反倒不利細微調校,且怠速也會不穩,因此噴油嘴的選擇適當及可,此外還需注意汽油泵浦夠不夠用。值得一提,換裝噴油嘴時,還要特別注意「高低電阻值」與「無效噴射時間」得設定,前者在於有些噴油嘴內部磁力圈的電阻較低,如果安裝在原廠為高電阻設定的系統上,就需額外加裝水泥電阻,提高電阻值以限制進入噴油嘴的電流量,才能確保低電阻噴油嘴能控制開啟時間,甚至避免其故障。

改裝油軌上通常會預留幾個螺絲孔,提供Tuner安裝燃壓錶感應器與汽油調壓閥之用。

至於所謂的無效噴射時間,指的是噴油嘴從接收到電力訊號,到真正開啟的時間差,由於噴油嘴啟閉的時間極為短暫,因此即使只是0.8毫秒(0.0008秒)的無效噴射時間,依舊須重視,如此才能讓噴油嘴在活塞抵達正確噴油位置前,就開始送電準備噴油,而由於不同噴油嘴對於無效噴射時間的設定皆不盡相同,因此許多高階改裝電腦的設定功能中,皆可設定該數值,使電腦自動調整噴油時間,

更換加大噴油嘴時,除注意噴射量、長度與接頭型式外,還須考量高低電阻對應問題,若原車為高電阻系統,使用低電阻改裝噴油嘴時,記得加裝水泥電阻來調整電流量,才不會讓噴油嘴掛點。

有些知名品牌的加大噴油嘴都會附上無效噴射時間的說明,目的在讓Tuner能將數據輸入進改裝電腦內,讓電腦自動調整噴射時間,如此供油量才會正常。

 

使用改裝電腦調校供油程式前,第一要務就是確定供油系統無論在何時都能穩定供應燃油,待燃油壓力表現穩定後,再來調整供油量,才能獲得穩定的空燃比值,否則燃壓忽高忽低,怎麼調都不會正確。
 
汽油壓力掌控者
調壓閥的設定秘訣
上述提到的所有元件,都是供油系統中不可或缺的重要零件,但要使噴油嘴提供正確的噴油量,有一個環節是需特別注意的,那就是「燃油壓力」的穩定與控制,此燃油壓力的建立非常的重要,如果壓力不足、噴油嘴的噴射油量相對減少,不只供油量會不足,連帶的是霧化效果變差,爆炸速度減緩,且容易有爆震之虞。但該燃油壓力卻非恆定,而是會隨著進氣歧管內的絕對壓力而變化,目的在使噴油嘴「內外壓力差」,不論引擎位於何種負載狀況下都能保持恆定,也就是如果噴油嘴出口的壓力為負壓狀態,燃油很容易就進入汽缸內,那燃壓就可少些,大約為2.6kg/cm2,如果出口壓力已達1.0bar,那燃油壓力相對就需提高到4 kg/cm2以上,才能使相同的噴油時間,噴出等量的汽油,如此才不會因噴油嘴內外壓力差過大,影響噴油嘴燃油噴出的順暢性,當然上述所有狀況都需在汽油泵浦效率夠的情況下,才能達成,否則最高燃壓到不了4.0kg/cm2以上的壓力。

 

至於調整燃油壓力的元件即為「汽油調壓閥」,該元件通常位於油軌上,長得很像一個小飛碟,且其上有一條接到進氣歧管的真空管,該管路就是用來調整燃油壓力用的,有些改裝車會將此調壓閥,改成可手動設定壓力值的改裝部品,目的在提高燃油壓力,強化燃油霧化效果,並增加低速時的供油量,使引擎低速扭力反應好些,但卻會有高速反應不佳、耗油的問題,因此建議使用該項產品時,最好能搭配改裝電腦,一併修整高低轉速的供油量,才能發揮其效果。值得一提,可調式汽油調壓閥並沒有分渦輪引擎或自然進氣引擎的差別,常見的單模雙膜的區分,只要在於內部控制油壓高低的膜片數量,雙膜比較能承受正負壓的吸推,壽命比單模要長而已,使用上並不需特別注意適用的車型為何。

這兩張圖是利用真空錶與燃壓錶,來說明彼此間的相對關係,當歧管壓力為-0.7bar的真空狀態時,燃油壓力只有2.6kg/cm2;當壓力轉為1.0bar的正壓時,燃油壓力則高達4.4kg/cm2以上,充份說明調壓閥確實會因進氣歧管壓力而調整。

另外,設定燃油壓力的技巧,應該先搞清楚原廠燃油壓力高低值為何,然後將真空管拔除後,再設定燃油壓力,通常比原廠高0.1~0.2kg/cm2即可,日系車大約為3.2~3.4kg/cm2,接著插回真空管時,燃油壓力應該會降低個0.5~0.6kg/cm2,這才是正確的設定方法,而不是裝著真空管來調整,這是很重要的觀念,請大家要注意。

 

廠車必備安全裝備
防爆油箱的重要性

供油系統的改裝除上述提到的這些元件外,還有一個在賽車場常見的重要部品需介紹,那就是防爆油箱。該部品的功能就如同其名般,主要是用來避免車輛發生碰撞時,油箱不會被撞破,導致汽油洩漏引發火災。為此防爆油箱是透過幾種設計來達成,第一安裝的位置須在車內,而非車底,尤其是拉力賽廠車,更須嚴格要求此項目,這樣一來除非車輛遭遇非常嚴重的撞擊,否則油箱應該不會受波及。

換裝可調式汽油調壓閥來調整汽油壓力時,設定的方法應在引擎怠速狀態下,將上方真空管拔除,再轉動上方螺絲進行調整壓力,最好不要超過原廠值的0.2kg/cm2以上,容易出現耗油情況。

第二,即使油箱被撞擊變形,內部特殊設計也能保護汽油不外洩,因防爆油箱雖外殼為一鐵箱,但汽油實際是容納在一軟性的橡膠袋內,且袋內還塞入大量海棉,如此一來即使鐵箱撞到變形,因橡膠袋是軟的會隨著鐵箱塑形,故汽油並不會洩漏出來,而內部的海綿則負責吸附汽油,避免汽油因車輛搖晃而產生大量油氣,減少油氣外洩的機會,第三,油箱外都設有自動斷電開關,只要車輛翻覆或撞擊瞬間,斷電開關馬上會將汽油泵浦的電源關閉,讓汽油不會因油管斷裂而噴出,如此才能確保人車安全。結語

防爆油箱之所以具有防爆功能,在於內部裝油的為一軟質橡膠袋,即使外鐵箱變形擠壓,橡膠袋依舊不會裂開導致汽油洩漏,且內部還裝有海綿,可吸附汽油,避免因車體搖晃,造成油氣過多的問題產生,

「供油系統」的強化是動力大幅度提升前的基礎工程,也是確保供油軟體調校得以發揮效果的關鍵,「地基打好蓋大樓」,因此如何使每個環節都能到位,是Tuner改裝前需思考的問題。另外,若預算許可的話,或許可以考慮裝個「燃壓錶」來監控供油系統的運作狀況,供油系統的問題幾乎都可從此錶來及早發現,減少引擎故障情況發生。 

 

有些重改或比賽車上都還會額外加裝副油箱,先利用一個汽油泵浦將汽油打入其中並且裝滿,再使用另外一顆汽油泵浦將燃油輸送到前方的油軌內,如此就可避免因車體搖晃,而導致泵浦瞬間吸不到油的問題發生。

重度改裝車或廠車,為提供足夠且穩定的汽油輸送量,並減經汽油泵浦的負擔,通常會並聯兩顆汽油泵浦,來供應前方噴油嘴所需的油料,且泵浦會使用可外掛的型式來幫助散熱,此方法可說是極重度的改法。

由於回油管內的汽油經過引擎室高溫加熱後,溫度通常不低,導回油箱後會使其內的汽油溫度提高許多,為降低汽油溫度,使燃燒狀況穩定,有些細心的店家還會在車底加裝「汽油冷卻器」。