2015年12月14日 星期一

小排氣大馬力? 渦輪車保養該注意的兩三事



在正式開始進入本文前,筆者想先就渦輪增壓器的工作原理說明一次,以幫助一些不常或未接觸過渦輪車的讀者,較易明白接下來所要談到的各項問題。



渦輪增壓引擎作動的順序,首先是由燃燒後的廢氣流入排氣側渦輪的外殼內,然後一邊碰撞排氣葉片一邊繞行壓縮輪自中央出口排出,流向Front Pipe到中尾段排氣管。在驅動輪開始動作的同時,位於相反側的進氣壓縮輪也會跟著轉動,將空氣從中間的進氣口吸至渦捲室中,而經壓縮的空氣則會再通過中冷器散熱,最後才會被壓送至汽缸內燃燒爆發。在空氣從濾清器吸入到引擎的過程中,相關的控制部分主要是設在濾芯後方的流量計,會告知ECU所測得的空氣流量,下令噴油嘴噴出適當的燃料,接著加速時增壓電磁閥將感知歧管的壓力,在過壓狀態使Actuator(排氣洩壓閥)排出多餘廢氣,以維持Boost的最大上限;而回油時Blow-off(進氣洩壓閥)閥門會被引擎負壓吸開,將正壓空氣導回Flow Meter之後或直接洩放大氣,來確保增壓氣體不致逆衝回渦輪,以上就是Turbo引擎的簡單作動流程。

也就因為渦輪本體各零件間的關係是如此的緊密,加上要維持渦輪正常工作最重要的條件就是各機件的平衡,因此一旦某一機件失去其運轉的平衡性,其他機件也會因此失去協調,慢慢的整個渦輪本體的問題就會愈來愈嚴重。舉個例子:由於渦輪上的進氣、排氣葉片與串聯起這兩部分的軸心是一體的,因此當某一側的葉片受損,失去運轉平衡時,整個軸心及另一端的葉片,也會相對的失去平衡,渦輪的效率與壽命就會大大降低。有了這些觀念後,我們再來談渦輪的相關問題。


如何正確使用渦輪

愛乾淨不怕麻煩




一般人都認為渦輪車比較難養,事實上也是如此,主要原因在於渦輪車因為周邊、控制器增多的關係,加上工作溫度較自然進氣車要來的高,因此在維修保養上會較繁瑣是一定的事,可是開Turbo車的人絕對不能只有延遲熄火、勤加換油這兩項觀念而已,到底還有什麼觀念能幫助車主保養自己的渦輪車呢?

首先必須保持空氣濾芯的清潔。因為空氣濾芯一旦過髒而阻塞,在低速時會因吸氣阻力變大的緣故,導致怠速勢必會有忽高忽低的不平衡現象,雖然會有怠速馬達做自動提速的動作,但由於一主動一被動的相互切入,其效果還是有限;另外空氣濾芯太髒,對高轉馬力的表現也不好,甚至會對進氣葉片造成嚴重傷害,因為阻塞的空氣濾芯容易使進氣管路內的空氣飽和度不夠,造成管路真空值上升,此時一旦有微量的空氣吸入,就很容易因空氣的衝擊,造成進氣葉片上緣羽狀化,失去葉片平衡及減低進氣量,導致渦輪壽命縮短。

還有很多原廠渦輪車都會配置的熱線或熱膜式空氣流量計,由於它是接續在濾芯的後方,如果濾芯髒污也會連帶使這些流量計附著污垢,如此一來傳給ECU錯誤的訊息,將會影響到正確的燃調對應,如此怠速不穩甚至引擎無力都會發生,不過流量計最好不要隨便清理,因為其內的熱線芯非常脆弱,弄不好是會完全搞壞的。

再來就是須將搖臂»上的廢油氣管路By Pass掉,最好是安裝廢油回收筒(環保)。因為渦輪轉子的吸力相當強,倘若繼續將廢油氣導回引擎燃燒,渦輪將會把大量的油氣吸入進氣葉片中,再經過中冷器,最後才導入引擎中。如此一來將會使進氣葉片與中冷器管路上附著一層油垢,久了就會失去進氣葉片旋轉平衡並阻塞中冷器的管路,自然就會縮短渦輪的壽命。

另外就是養成定期更換機油濾芯的習慣。機油濾芯內有一過壓閥門,平常是不會作動,一旦濾芯久未更換阻塞時,此閥門就會因油壓過高而打開,此時機油就會在未過濾的情況下,再流回引擎內循環,請各位讀者試想,這些帶有鐵削的機油,流經渦輪軸心細小油道中時,是不是就很容易造成油道阻塞呢?油道一旦阻塞,軸心就無法透過機油冷卻、潤滑,如此一來將會造成軸心異常磨損,縮短軸心壽命。

還有一個壞習慣,也會導致軸心油道的阻塞,那就是沒有進行停車前引擎、渦輪本體冷卻的動作。因為渦輪軸心的工作溫度相當高,一旦車輛在高溫運轉後立即熄火,將會導致停滯在軸心附近的機油因高溫而變成油泥,次數一多油道口徑自然就會變小,造成軸心銅套散熱不良並受熱膨脹,最後就像引擎活塞縮缸一樣使軸心卡住,甚至出現軸心扭斷的嚴重問題。或許讀者會問:為什麼軸心會扭斷?關於這個問題,筆者將會在文後做闡述,請讀者繼續看下去(因為還有一個原因也會使軸心扭斷)。所以養成延遲熄火的習慣是必須的,其實也不必刻意去做原地停車延遲熄火的動作,只要在到達目的地的前三、四分鐘前,降低引擎轉速行駛一段路,就可以讓引擎及渦輪溫度降低至安全範圍,這樣一來不但可以免掉怠速燃油的消耗,還能節省寶貴的時間。

還有一項問題會造成渦輪故障,那就是機油清潔劑的使用(不是汽油清潔劑!)。許多人在更換機油前,都會倒一瓶機油清潔劑到引擎中循環,目的就是希望能藉此將引擎中的油道做一番清潔,但這些化學溶劑很容易使機油變稀(才能清潔油道),導致軸心中的油膜破裂,造成軸心磨損,因此能盡量不用就不用。


渦輪故障的原因

軟硬體設定有關




渦輪故障的原因其實在上面的論述已經有提到,但除了人為因素外,其實還有一些是車輛本身軟、硬體設計不良才會發生的故障,為使讀者徹底了解,筆者再做進一步說明。先就硬體層面來說:

吸氣不順:導致吸氣不順的原因,除了空氣濾芯髒污會造成外,進氣管徑過小或材質過軟,也會造成吸氣不順。Why?許多加大原廠渦輪號數或增壓值的車輛,在進行渦輪號數/增壓值提昇的同時,倘若未將進氣管路口徑一併加大,很容易在高轉速或急加速時,因管徑的單位時間空氣流量,不敷增加後的渦輪吸氣量,形成吸氣不順的問題,特別是在重負荷的狀況下(例如五檔全增壓),有甚於者,如果此時管徑的材質偏軟,就有可能發生整個進氣管路被吸扁,導致渦輪吸不到氣的窘境,如此一來將會使軸心向進氣側推擠(真空效應),造成油封受損,甚至還會將軸心內的機油吸出,造成進氣葉片與中冷器,都是機油的有趣畫面。(中冷器還可以倒出機油!),所以國外在進行Hi-boost的改裝時,都會建議換裝大口徑的吸氣導管,也更容易發揮出高速的增壓性能。

異物吸入:這一點要分成進氣端與排氣端兩部分。進氣端會有異物吸入,對讀者來說較易理解,通常都是沒有裝設空氣濾芯或過濾效果不良,才會導致進氣端將異物吸入,那排氣端呢?原因有兩個,一個是排氣頭段焊接不良,另一個則是火星塞電極熔毀。先說前者,大部分的渦輪車排氣頭段,為因應不同種類的渦輪都是採用手工焊接而成,可是如果在焊接後未將管徑內部進行充分研磨拋光,而將焊接時的金屬突出接點繼續附著在管壁上時,在車輛高轉高溫運作時,此金屬接點就很容易因高溫熔化而脫離管徑表面,並直接敲擊排氣葉片,造成排氣葉片受損,導致氣密性失效與廢氣亂撞的情形。至於火星塞電極的熔毀,常出現在使用過熱值的型號,或是混合氣自燃、機油帶進燃燒室的異常爆炸所造成,一旦電極熔毀脫離火星塞也會發生上述的問題。

進氣洩壓閥故障或洩壓不及:進氣洩壓閥的功能在於,將節氣門關閉後留存在進氣管路的壓縮氣體洩放掉,可是此時如果出現進氣洩壓閥故障或洩壓不及時,就很容易造成壓縮氣體回衝至進氣葉片端,造成進氣葉片變形,甚至出現逆轉的現象,這時又要請讀者試想,一顆運轉已達全負荷8、9萬轉的渦輪軸心,倘若軸心的一邊突然逆轉,另一邊還因排氣的推動而繼續轉動時,會出現什麼問題呢?那就是軸心的扭斷!此情況最容易出現在小號但作高增壓設定的渦輪上,因為軸心較細,但轉速卻很高。這也正好說明了為什麼軸心卡住,也會造成扭斷的情況發生,因為中心不轉,兩邊繼續轉。



(排氣側已龜裂,就是高溫的結果...)

排溫排壓很重要

稍有不慎問題多




接下來是軟體調校的問題。

排溫過高:一般Turbo車正常排溫大約在900℃左右,但是有些供油程式設計不良,造成空燃比過稀的車輛,其排溫通常會超過1000℃,其實這樣就渦輪壽命來說是不好的,因過高的排溫,容易將熱量累積在排氣外殼的壓縮輪匯集點上,形成類似乙炔的高熱點,並且將排氣葉片的掃氣角熔毀,降低渦輪排氣效益,使得渦輪轉速變慢,增壓值自然就上不來。且過高的排溫還會降低排氣側油封壽命,導致軸心內的機油吸出排氣端,如此一來排氣管就會出現排放藍煙的現象。

排壓過高:排壓過高除了排氣管效率不彰、觸媒阻塞會導致外,過高的增壓值也會使渦輪無法消化過多的廢氣,導致廢氣積存在渦輪排氣外殼內,排壓自然就會增加。排壓一旦增加,首當其衝的就是排溫升高,因為高熱的廢氣經過壓縮後溫度會再增加,一旦無法順利排出,熱量就開始累積。再來就是持續增壓值會慢慢往下掉,因為過高的排壓會使排氣葉片旋轉速度變慢,相對的進氣葉片速度也就變慢,自然增壓值就上不去。事實上排壓過高,還有一項相當嚴重的問題,那就是過高的排氣端壓力,會使軸心兩端的壓力落差太大,使排氣葉片向進氣側擠壓,造成進氣葉片上緣與進氣外殼相互磨擦,導致進氣葉片受損裂開,接下來不但會出現嗡嗡的低頻聲,渦輪壽命也會跟著縮短。



渦輪車自我檢測

預防問題擴大




有了上述這些基礎知識後,我們就可以針對自己的愛車進行相關的自我檢測工作,並發現車輛異常,以防止進一步的傷害發生。既然要檢測就要準備工具,才監控或檢查車輛的工作狀況是否正常,而最簡單也最基本的檢測工具,就是各式的賽車儀錶。基本上筆者建議渦輪車上至少要安裝四顆錶:增壓、油壓、油溫、排溫等四種儀錶,至於排壓與水溫則較不需要(有錢想裝也可以),主要原因在於前者只要排溫不要高於900度,加上排氣管直通化,排壓通常都在容許的範圍內。至於水溫錶由於原廠已有安裝,加上油溫表的輔助,因此預算有限的車主倒是可以不用安裝。接下來筆者針對渦輪車常遇到的兩個問題-怠速不穩及增壓異常進行說明,希望能幫助渦輪車主,了解如何自我檢測愛車狀況,以預防問題擴大。



怠速不穩怎麼辦

先從查管路漏氣



當你的渦輪車常出現的怠速不穩的狀況時,你可以從下列的地方查起:

真空管路:渦輪車因為真空管路多的關係,會發生怠速不穩的機會遠比NA車多的多,就好像你加裝增壓錶、洩壓閥、增壓值控制器時,會使用連接進氣歧管的三通或四通管,如果此三通管接合的地方因龜裂出現洩漏,那麼就會漏真空導致負壓變低,或者使引擎從這裡吸入多餘的空氣,那麼怠速不安定就在所難免了。相同的道理,進氣管路有稍稍漏氣的情形時,也會致使怠速和負壓低下,且在全油門的狀態下,還會有無法達到正常壓力、排放黑煙的情事,很容易即可察覺到異狀,所以為什麼很多人都會換裝耐溫、耐壓又可撓的Silicon真空管。至於要檢查有無漏氣,最簡單的方式便是裝置增壓錶。

空氣濾芯或流量計髒污:就像筆者在上述所提到的,空氣濾清器一旦過髒而阻塞,那麼因吸氣阻力變大的緣故,怠速一定會隨之降低,雖然此刻會有怠速馬達做自動提速的動作,但只要由於一主動一被動的相互切入,怠速勢必會有忽高忽低的不平衡現象。再過來空氣流量計如果過髒的話,則會傳給ECU錯誤的訊息,進而影響到正確的燃調對應,如此怠速不穩甚至引擎無力都會發生。

改裝洩壓閥所引起:許多渦輪車都會改裝的大氣洩放式進氣洩壓閥,最常遇到的問題便是剛換裝上去時,會有怠速變低、回油熄火的情形,此乃是因它的閥門過軟使得增壓空氣釋放太多,導致流量計已傳給電腦正確的訊號,但實際引擎吸入的流量卻沒那麼多,結果就是油氣偏濃致使轉速低下甚至熄火。此時就要請店家使用特殊的工具檢測,並設定進氣洩壓閥正確的鬆緊度。

檢查提速馬達:如果你徹底清理過空氣芯和流量計,整個進氣管路也沒裂損卻仍是有怠速不穩的情況,那麼就有可能是提速馬達已積碳嚴重,需要拆開徹底清理了。事實上,很多渦輪增壓車的提速馬達都很容易積碳,因此最好是在車輛大保養時都請店家做一次清潔。

增壓異常不穩定

小心大修引擎




接下來就是許多人在提高增壓值後,常出現的增壓異常現象。

進氣管或電磁閥漏氣:進氣管路出現洩漏,會使得增壓打不上去突然沒有馬力,尤其是在前置中冷器的進出入口端;另一方面進氣洩壓閥卡住、磨損或彈簧不夠力,也會造成洩漏增壓空氣的情形,所以定期檢查、清理亦是有必要的。再過來當你有增壓過度的問題時,可能是控制增壓的電磁閥,其連接負壓的管子有裂痕漏氣,因而產生增壓值過高的狀況產生;相反的如果是接續正壓的管子破損,則壓力就會提高不起來,這方面故障若不趁早處理,因增壓值不穩定很容易損傷到渦輪與引擎。

渦輪本體損壞:發生增壓的原動力是在於排氣側葉片作動,假使你所有的管路、控制器都正常但還是有Boost異常問題,那麼原因一定是出在渦輪身上,以完全不會增壓的狀況來說,絕大部分都是渦輪內部的隔板破裂所致(經常Hi-boost持續操駕),此碎片在旋轉時還會通過排氣管發出金屬碰撞的聲響,所以在還尚未轉為正壓時很容易就可判斷出故障來源。一般渦輪在掛點前都會有預兆產生,那就是它會發出敲擊的聲音,以及進氣管路內有機油滲出,這便是葉片軸承已經鬆動,因而發生機油被吸出、氣密性失效與廢氣亂撞的情形。渦輪軸承的平衡性破壞掉之後,除了因震動帶來異音與油封洩漏的情形以外,葉片也會因此裂開出現「咻!咻!」的不正常風壓聲,如不趕快修理、更換新品的話,什麼時候會掛在路上都不知道!





原文出處:
如何使渦輪車跑的快又久 淺談渦輪故障與排除 (173期)
資料提供:一手車訊、改裝車訊、車訊網