汽车发动机进气系统的原理及改装

汽车发动机进气系统的原理及改装
汽车发动机进气系统的原理及改装
五岳盟主/编辑
进气系统的工作原理
进气系统包含了空气滤清器、进气歧管、进气门机构。

空气经空气滤清器过滤掉杂质后，流过空气流量计，经由进气道进入进气歧管，与喷油嘴喷出的汽油混合后形成适当比例的油气（混合气），由进气门送入气缸内点火燃烧，产生动力。

一、容积效率
引擎运转时，每一循环所能获得的空气量多少，是决定引擎动力大小的基本因素，而引擎的进气能力乃是藉由引擎的『容积效率』及『充填效率』来衡量。

『容积效率』的定义是每一个进气行程中，汽缸所吸入的空气在大气压力下所占的体积和汽缸活塞行程容积的比值。

之所以要用在所吸入空气在大气压力下所占的体积为标准，是因为空气进入汽缸时，汽缸内的压力比外在的大气压力为低，而且压力值会有所变化，所以采用一大气压的状态下的体积作为共通的标准。

并且由於在进行吸气行程时，会遭受各种的进气阻力，加上汽缸内的高温作用，因此将吸入汽缸内的空气体积换算成一大气压下的状态时，一定小於汽缸的体积，也就是说自然吸气引擎的容积效率一定小於１。

进气阻力的降低、汽缸内压力的提高、温度降低、排气回压降低、进汽门面积加大都可提高引擎的容积效率，而引擎在高转速运转时则会降低容积效率。

二、充填效率
由于空气的密度是因进气系统入口的大气状态（温度、压力）而有所不同，因此容积效率并不能表现实际上进入汽缸内空气的质量，於是我们必须靠"充填效率"来说明。

"充填效率"的定义是每一个进气行程中所吸入的空气质量与标准状态下（1大气压、20℃、密度：1.187Kg/cm2）占有汽缸活塞行程容积的干燥空气质量的比值。

在大气压力高、温度低、密度高时，引擎的充填效率也将随之提高。

由此也可看出，容积效率所表现的是引擎构造及运转状态所造成引擎性能的差异，充填效率表现的则是运转当时大气状态所引起引擎性能的变化。

进气岐管与容积效率
另一项影响容积效率的重要因素是进气歧管的长度，由此也引发了与容积效率有关的『脉动』及『惯性』两种效应。

一、脉动效应：引擎除了在极低的转速外，进汽门前的压力在进汽期间会不断的产生变动，这是由於进汽阀门的开、闭动作，使得进气歧管内产生一股压缩波以音速的大小前后波动。

假如进汽歧管的长度设计正确，能让压缩波将在适当的时间到达进汽阀门，则油气可藉由本身的波动进入汽缸，提高引擎的容积效率，反之则会导致容积效率下降，此现象称为进气歧管的脉动效应，又称『共震效应』。

二、惯性效应：进汽阀门打开，空气流入气缸内时，由于惯性的作用，即使活塞已经到达下死点，空气仍将继续流入汽缸内，若在气缸内压力达最大时，关闭进汽阀门的话，容积效率将成最大，此效应称为惯性效应。

若想得到最佳的容积效率必须同时考律脉动效应及惯性效应，也就是说在气缸压力达到最大，关闭进气阀门的同时，前方进气歧管内的压缩波也同时达到最高的位置（波峰）。

较长的进气歧管在引擎低转速时的容积效率较高，最大扭力值会较高，但随转速的提高，容积效率及扭力都会急剧降低，不利高速运转。

较短的进气歧管则可提高引擎高转速运转时的容积效率，但会降低引擎的最大扭力及其出现时机。

因此若要兼顾引擎高低转速的动力输出，维持任何转速下的容积效率，唯有采用可变长度的进气歧管。

进气系统的改装
进气系统的改装基础就是要提高引擎『容积效率』，要达到此一目的通常可由以下的方式着手：
一、空气滤清器进气系统改装的入门工作就是换用高效率、高流量的空气滤清器滤。

换装高流量的空气滤芯可降低引擎进气的阻力，同时提高引擎运转时单位时间的进气量及容积效率，而由供油系统中的空气流量计量测出进气量的增加，将讯号送至供油电脑（ECU），ECU便会控制喷油嘴喷出较多的汽油与之配合，让较多的油气（并不是较浓）进入汽缸，达成增大马力输出的目的。

若换了滤芯仍不能满足你的需求，可将整个空气滤清器总承换成俗称″香菇头″的滤芯外露式滤清器，进一步的降低进气阻碍，增强引擎的″肺活量″。

二、进气道进气道的改装可分成形状及材质两方面来谈。

改变进气道的形状目的在於进气蓄压（以供急加速时节气阀突然全开之需）及增加进气的流速，但这类产品通常有特殊性的限制，也就是说Ａ型车所用的若装在Ｂ型车上并不一定能发挥其最大的效果，改变进气道材质乃是着眼於不吸热及重量轻，目前最常用的就是碳纤维的材质，其不吸热的特性，能让进气的温度完不受引擎室的高温所影响，让进气的密度较高，即单位体积的含氧量增加，提高引擎出力，唯一缺点是价格高不可攀。

进气道的改装常是形状及材质同时改变以收最大效果，同时将空气滤清器一并拆除，并将进气口延伸至车外，直接对准前方，以便随车速提高增加进气压力，提高进气量。

三、直喷式歧管在赛车引擎上所需要的是高转速的动力表现，可牺牲低转速时的马力输出，因此都将进气歧管尽量缩短并取消空气滤清器，充分消除进气阻力，以求得最佳的高速表现。

传统式后方进气前方排气的引擎型式，在换装直喷式进气歧管后，所面临的最大问题是如何由车外导入足够的新鲜空气。

直喷式的进气歧管与经过空气动力学设计的碳纤维进气道是最佳的组合，也是目前比赛厂车的不二选择。

尤其在将引擎降低后，利用引擎上方所空出的空间，安装一大型进气导管，开口并与车头水箱护罩充份密合，让空气能有效的送达后方的进气歧管。

四、二次进气目前市面上有许多利用二次进气原理所制成的产品，使用的人不少，价格也都不便宜。

之所以称它为"二次进气"乃是因为除了原有从空气滤清器吸入的空气外，另外再利用进气歧管的真空压力差，从引擎PCV（曲轴箱强制通风）管路外接另一进气装置，导入适量的新鲜空气来达到提高容积效率的目的。

二次进气所能得到的动力提升效果最主要的是在前段（低转速），因为在节气阀全开，空气大量进入真空度降低时，二次进气装置所能导入的空气量相形就变得微不足道了。

进行大幅度的进气系统改装时，必须考虑与供油系统的配合问题。

若只是大幅的增强进气能力，而供油系统无法提供足够的供油量与之配合，则势必无法达到提高马力的目的，因为引擎所需的是比例适当的油气而不只是大量的空气。

此外在实用上必须考虑噪音的问题。

以往谈到噪音大家通常只想到排气管所产生的声浪，而忽略了进气也会产生噪音.
名词：进气歧管
在谈到进气歧管之前，我们先来想想空气是怎样进入引擎的。

在引擎概论中我们曾提到活塞在汽缸内的运作，当引擎处于进气行程时，活塞往下运动使汽缸内产生真空(也就是压力变小)，好与外界空气产生压力差，让空气能进入汽缸内。

举例来说，大家都应该有被打过针，也看过护士小姐如何将药水吸入针桶内吧！假想针桶就是引擎，那么当针桶内的活塞向外抽出时，药水就会被吸入针桶内，而引擎就是这样把空气吸到汽缸内的。

由于进气端的温度较低，复合材料开始成为热门的进气歧管材质，其质轻则内部光滑，能有效减少阻力，增加进气的效率。

好了，回到主题，进气歧管位于节气门与引擎进气门之间，之所以称为「歧管」，是因为空气进入节气门后，经过歧管缓冲统后，空气流道就在此「分歧」了，对应引擎气缸的数量，如四缸引擎就有四道，五缸引擎则有五道，将空气分别导入各汽缸中。

以自然进气引擎
来说，由于进气歧管位于节气门之后，所以当引擎油门开度小时，汽缸内无法吸到足量的空气，就会造成歧管真空度高；而当引擎油门开度大时，进气歧管内的真空度就会变小。

因此，喷射供油引擎都会在进气歧管上装设一个压力计，供给ECU判定引擎负荷，而给予适量的喷油。

歧管真空不只可用来供给判定引擎负荷的压力讯号，还有许多用处呢！如煞车也需要利用引擎的真空来辅助，所以当引擎发动后煞车踏板会轻盈许多，就是因为有真空辅助的缘故。

还有某些形式的定速控制机构也会利用到歧管真空。

而这些真空管一旦有泄漏或者不当改装，会造成引擎控制失调，也会影响煞车的作动，所以奉劝读者尽量不要于真空管上作不当的改装，以维护行车的安全。

进气歧管的设计也是大有学问的，为了引擎每一汽缸的燃烧状况相同，每一缸的歧管长度和弯曲度都要尽可能的相同。

由于引擎是由四个行程来完成运转程序，所以引擎每一缸会以脉冲方式进气，依据经验，较长的歧管适合低转速运转，而较短的歧管则适合高转速运转。

所以有些车型会采用可变长度进气歧管，或连续可变长度进气歧管，使引擎在各转速域都能发挥较佳的性能。