淺析發動機動力升級技術 Analysis on the Engine Power Upgrading Technology

陳寧 CHEN Ning

摘要：隨著現在汽車的普及，大部分家庭都配備汽車作為代步工具。作為汽車四大組成部分之一的發動機，它技術狀況的好壞將直接影響整車性能。本文指出發動機常見動力減弱故障和排除，列舉出發動機常見動力升級的方式，并結合一個案例說明發動機動力升級過程。

Abstract： With the popularity of cars now， most families are equipped with cars as a means of transportation. As one of the four components of the car， the engine， its technical condition will directly affect the performance of the vehicle.This paper points out the common engine power weakening faults and troubleshooting， lists the common engine power upgrading methods， and illustrates the engine power upgrading process with a case.

關鍵詞：發動機;動力升級;動力檢測

Key words： engine;power upgrade;power detection

中圖分類號：U463.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）22-0049-03

0? 引言

發動機被稱為汽車的心臟，是汽車動力的來源，是汽車結構最重要的組成部分之一。發動機性能的好壞可以從很多方面來評定，例如，動力性、燃油經濟性、通過性、使用方便性、維修性、耐久性等。動力性能往往被認為是最重要的一方面，發動機動力減弱會導致行車不穩定。具有良好性能的發動機應該在工作狀態下能更省油，更安靜，更舒適，能擁有更好的動力性。

現代發動機可以通過多種方法來提升發動機動力。汽車廠為了保證發動機的最大壽命，會將程序設計較為保守，所以才會給發動機升級留有很大的余地，讓發動機功率能更好發揮出來?，F代發動機因為工藝的提升以及電控的融入可以使發動機更加耐用。影響發動機動力的因素有進氣、排氣、點火、渦輪壓力、壓縮比等等。但發動機動力提升也不能太過離譜，我們需要在保證發動機壽命以及耐用性的前提下，尋求提升發動機動力的方法。

1? 發動機常見動力減弱故障和排除

1.1 節氣門故障

發動機的動力是由空氣和汽油霧化后形成的混合氣進入氣缸，經過點火做功后轉化為曲軸的動力輸出。如果進氣系統出現了問題，將會使發動機的動力輸出不穩定，甚至熄火。如果你體驗過駕車到海拔高的西部地區，那里的空氣氧含量很低，車輛會出現明顯的動力不足。正是因為海拔高，空氣稀疏，氣壓低，氧氣少，導致進氣量變小，所以進氣系統一般出現故障體現非常明顯，像空氣濾清器和節氣門堵塞都會帶來明顯的感覺。

節氣門的故障主要分為：①節氣門開閉不正常。②節氣門堵塞。

節氣門故障一般會導致：①冷車不易啟動。②怠速抖動，怠速高，加速不順暢。③油耗增多，排氣管冒黑煙。

應該先檢查節氣門好壞再進行清洗，以及節氣門前的空氣濾清也可能導致發動機的進氣不順暢。

1.2 油路故障

油路故障就是燃油沒有通過輸油管輸送到燃燒室，從而使發動機沒有正常運行，如果汽油進入發動機燃燒室的量沒達到標準的話，燃燒室沒有足夠的燃料點燃爆破，這會導致汽車的動力越來小。

故障的主要原因有噴油嘴堵塞、汽油泵功率降低以及汽油濾清器堵塞。

故障排除應該檢查油路是否正常，清洗油路。

2? 發動機常見的動力升級方式

2.1 汽車發動機ECU的提升

ECU（Electronic Control Unit）電子控制單元，又稱“行車電腦”、“車載電腦”等。它控制車輛發動機的各種工作狀態參數，例如噴油、溫度、進排氣門早開遲閉角等等。

ECU配置的升級主要是針對發動機的點火、噴油、空燃比等參數進行更改來提升發動機的輸出功率和扭矩。一般來說，最直接的體驗就是刷過ECU后汽車的油門反應會變得更加靈敏了，對點火、噴油和氣門正時的控制等都會更加精確，從而動力也得到了提升。ECU的刷寫是目前市面上最方便最安全最成熟的動力改裝方式，絕大部分車型無需拆卸任何原車硬件，僅僅通過每臺車自帶的OBD-II車載診斷接口即可讀寫ECU程序。

ECU的刷寫也分為不同的階段，比如一階、二階、三階段等。不同階段對發動機的硬件也有不同的要求，比如從二階開始就需要更換進排氣、中冷器等，三階就要做發動機的缸體強化等。

2.2 增加渦輪

裝有渦輪增壓器（如圖1）的發動機有許多優點：①渦輪增壓器的最大優勢在于能在不增加發動機排量的前提下，大幅提高發動機扭力與功率，一般來說，裝置增壓器的發動機，其扭矩與功率要比一般發動機增加至 20%～30%[1];②渦輪增壓發動機比自然吸氣發動機的噪音會小很多，因為渦輪增壓器可作為額外的消音器，消除產生的噪音，減少噪音污染;③高原性能表現更好，在一些高海拔的地區，因為空氣稀薄空氣壓力較低，所以普通發動機的功率會因為進氣效率低的原因使得發動機的功率降低很多，渦輪增壓器增加進入發動機的空氣密度從而提高進氣效率以產生更多動力。

加裝渦輪增壓器或者更換大尺寸渦輪增壓器是最快速高效的方法，而在原自然吸氣式發動機上加裝增壓器比較復雜，需要改變很多東西?，F代發動機缸體大部分是鋁合金材質，通常需要進行缸體強化，或者更換中缸，對水道進行封閉以及對缸體進行焊接加強筋等等。有的甚至需要對發動機艙進行改造。因為渦輪本體很大還要增大水箱，增加中冷器等。渦輪增壓對于排氣也需要進行改進，使排氣更容易讓渦輪產生壓力。改裝渦輪增壓是發動機動力提升當中最快速高效，同時也是最復雜的一種。

2.3 進排氣系統的升級

2.3.1 進氣系統的升級

進氣系統的功能是盡可能多且均勻地向燃燒室提供可燃新鮮充量，保持發動機高效工作[2]。進氣系統的升級主要就是更換更高效率、更高流量的空氣濾清器濾芯。換裝高流量的空氣濾芯就能有效降低進氣時的空氣阻力，從而提高發動機運轉時的進氣量。在供油系統中的空氣流量傳感器能通過電信號測出進氣量的增加，將信號提供給控制供油的發動機電腦（ECU），ECU便會調整噴油器的噴油量，從而噴出更多的汽油與空氣進行配合，讓更多的霧化油氣（并不是較濃）進入到汽缸中，達到增大發動機輸出功率的目的。

原廠的空氣濾清器濾芯大多數出于成本的考慮而使用紙質的濾網，紙質濾網的表面有無數的小孔用來阻隔空氣中的灰塵、沙子或者其他異物，紙質濾網表面累積的贓物會阻塞小孔，進氣量就會減少。因此，需要經常清理或者更換原廠濾芯。而高流量濾芯都是采用成本較高的棉和海綿制作，還配合專用的濾芯油來阻隔灰塵的堆積。因為棉是三維立體的過濾介質，所以灰塵在通過時會被縱橫交錯的多層纖維阻隔，再由濾芯油使其浮離于濾芯表面，不會像紙質濾芯那樣，在小孔被灰塵堵塞后便失效。因此，高流量濾芯進氣效率更高而且持久。海綿濾芯比棉質濾芯有更高的容塵量，有更長的清潔周期，能夠長時間保持良好的透氣性，有不怕潮濕和不容易被異物打穿的特性，而且高流量的空氣濾芯可以終身免更換。

如果換了高流量的濾芯依舊不能滿足車輛的進氣需求，就可以使用高性能的空氣濾清器。將整個空氣濾清器總成換成俗稱“香菇頭”的濾芯外露式空氣濾清器（如圖2（c）），這種進氣可以更進一步的降低空氣進入的阻力，增加發動機的進氣量。“香菇頭”濾芯就是直通式空氣濾芯。外露式“香菇頭”的濾芯材料使用海綿和紗布，還有一些更高等級的使用不銹鋼網或是纖維型的濾網。材料不同，會導致過濾空氣的效果也有所不同。

2.3.2 排氣系統的升級

汽車排氣系統是主要排放發動機工作時所產生的廢氣，同時減少排出的廢氣污染和噪音[3]。一個高性能的排氣管可以給發動機帶來很多好處，比如不同工作狀態下發動機要求的排氣壓力不同，好的排氣應該控制排氣量，使得發動機內的工作壓力得到保證，不會讓發動機的怠速轉數過高甚至不穩定，也能保證發動機在高轉數時廢氣可以快速排出。廢氣最后通過一條筆直大口徑的排氣管，再經過高流量的三元催化器轉化有害氣體后經過高性能的消聲器將噪聲降低或者隔絕以后，再以高速排出車外。

因為需求的不同，所以在選擇改裝排氣系統時，要配合駕駛習慣以及車輛的特性來進行選擇。例如，盲目更換了高流量的系統，會令發動機低轉時不能產生“合理”回壓就會導致慢速駕駛困難。一套好的排氣系統是通過減少發動機的功率損失來提升發動機的動力輸出。在改裝排氣管前，應當確認自己希望車輛達到的特性，以及自己的需求。比如自動變速器車就不能更換太通暢的排氣管，否則會喪失低轉速下的扭矩，甚至會影響高速時的功率發揮。

2.4 其他參數或部件升級

發動機壓縮比的改裝。發動機壓縮比越大，動力性越高。減小燃燒室容積可以提高發動機的壓縮比。可以通過磨削氣缸蓋、更換連桿來增加連桿小端與大端之間的長度、在燃燒室內側增加固定物、改裝活塞等方法來實現壓縮比的提高。但是壓縮比的提高就要求發動機機體強度的相應提高，所以也不能為了提升動力而將壓縮比提高太多，同時也會導致發動機內混合氣的異常燃燒。

增大發動機排量。排量大發動機功率也大，就好比3.0的發動機就會有比2.0更大的動力輸出?？梢酝ㄟ^更換缸套來增加大氣缸的直徑，或者通過鏜缸來實現發動機缸體的擴大。

火花塞的更換。發動機是汽車的心臟，而火花塞就是發動機的心臟。通過改裝火花塞可以實現車輛性能的提高?；鸹ㄈ奶嵘饕峭ㄟ^更換火花塞的材料。如普通鎳合金火花塞更換成鉑金火花塞，或者更換成更好的銥金火花塞。

發動機的動力提升有很多的方法。但發動機是一個完整的系統，是影響汽車運轉時性能發揮的最重要的總成，牽一發而動全身，因此改變發動機應當謹慎行事。發動機出廠前都經過反復的設計和測試，在性能、壽命和成本幾方面進行綜合考慮。所以改變發動機一定要有成熟的方案以及合理的方法。

3? 寶馬n55發動機動力提升案例

3.1 動力減弱檢修

一臺12年寶馬335i發動機故障燈亮（如圖3）。行車電腦顯示不再提供全部功率（如圖4）。發動機8萬到9萬公里以后，發動機的所有橡膠墊圈墊圈容易老化，比如像氣缸墊，氣門室蓋墊以及油底殼墊。這些橡膠墊圈的老化容易導致發動機漏機油（如圖5），機油量不足影響發動機潤滑，就會導致零部件磨損嚴重。如果是輕微磨損，更換橡膠墊圈即可。

通過對電腦的讀取以及對發動機艙的觀察，得出發動機功率下降是因為發動機艙漏機油。但更進一步的檢測還需要發動機拆下，對零部件的檢測（如圖6）。

因為車主想要提升發動機動力，所以我們采用拆下發動機整機的形式對發動機進行維修。更換完發動機各類膠墊以后發動機就不會再漏油，發動機正常運轉了。因為發動機需要提升動力，所以我們拆解發動機對部分部件進行改變。

3.2 動力提升

3.2.1 強化缸體

寶馬的n55發動機屬于單渦輪雙渦管發動機，本身不需要對發動機進行大范圍的改動，但因為后期可能會增加大尺寸渦輪，所以考慮先強化缸體。強化缸體的方法有很多，但這臺發動機選擇的是進行缸套更換。因為n55發動機屬于開放式水道。開放式水道的好處就是散熱會更好。結構也更簡單，加工更方便，重量也更輕。但會導致發動機的缸體強度不足。如果功率過大則會導致爆缸。更換發動機的缸套后，變成封閉式水道，這臺n55發動機的缸體強度變好了。

3.2.2 更換中冷器

中冷器的作用是降低增壓后的高溫空氣溫度。發動機的進氣溫度直接影響了發動機的燃燒過程，是影響發動機功率的因素之一。

3.2.3 刷寫ECU

ECU刷寫是最快速的一種方法。車主采用了外掛式ECU，就是直接使用一塊電腦板代替原本的電腦。這種程序更加方便，靈活性也更好。車主刷寫了一套APR，它擁有好幾套不同的壓力曲線及兩套自定義曲線，對應不同情況下的的馬力需求，還可以通過中控臺上面的控制按鈕來切換需要的對應馬力，也就是說任何時候，只要按下兩個控制按鍵之一就可以隨意切換馬力。比如日常出行就可以使用正常發動機的功率進行代步，而按下切換鍵后便可以變成大馬力的功率。

4? 結論

發動機動力的提升，受到使用情況、部件本身等諸多因素的影響，是一個復雜的系統工程。發動機也有它自身特性，只要掌握了這些特性，就可以很好的升級發動機，使發動機擁有更大的使用空間、更好的燃油經濟性以及更好的動力曲線。

參考文獻：

[1]宋海洋.現代汽車渦輪增壓器的原理及使用研究[J].南方農機，2020，51（20）：95-96.

[2]張小青.淺析汽車發動機進排氣系統維護[J].汽車維修，2021（02）：25.

[3]康永.汽車排放控制系統的檢修[J].重型汽車，2018（06）：45-47.

[4]左適夠.汽車發動機構造與維修[M].北京：人民交通出版社，2020.