在1970年代初期,有些發明家發明了一些裝置油進氣歧管輸入空氣,而宣稱有神奇的效益。大部份目前市場上的「省油裝置」都屬於這一類項。
通常這裝置是安裝一之進氣管在煞車伺服或曲軸箱通氣管上,讓大氣中的空氣不經過進氣閥、氣流計(如果有安裝)或化油器 (如果有安裝)直接的流入進氣歧管。還有別的方法需要鑽孔,但是效果都一樣圖2-5:
圖 2-5
這一類的省油裝置也宣稱能改良噴霧狀況或增加擾流,本節只討論對燃料/空氣混合氣體的影響。
在燃燒時,空氣與燃料的比例是非常關鍵的因素。燃燒時理論上最理想的空氣與燃料的混合比例是14.5比1。這是所謂的化學計量比例。化學計量比例的改變則用符號λ代表,當λ低於1時 我們稱燃料/空氣混合氣體爲富混合氣體(燃料多過空氣),而λ高於1時 我們稱燃料/空氣混合氣體爲稀混合氣體(空氣多過燃料)。
通常λ = 0.9 (10% 過量燃料)時,引擎的操作最平順。這時有最可靠的點火及最快的燃燒。但是過量的燃料通常都被浪費了;空氣污染物排放中的不完全燃燒碳水化合物(HC)及一氧化碳(CO)都很高,而且耗油量比一般高10%。但是直到1970早期,當然料很便宜及空氣污染物排放的限制不嚴謹時,這可以接受,因爲引擎很平順。
這就是開發由進氣歧管輸入空氣的省油裝置的背景。引擎管理系統用空氣流量計量測流入引擎的空氣質量流量,然後除以預設的空氣與燃料比例,調節燃料的輸入流量。(化油器是以機械方式執行類似的操作)。但是經由進氣歧管輸入的空氣則沒有被空氣流量計量測,因此不含在燃料計算裏面。如此,當進入引擎的空氣有10%是經過此省油裝置時,引擎的空氣量則多了10%。因此當引擎管理系統的設定爲λ = 0.9時,真正在引擎裏的空氣與燃料比例是λ = 1,這會降低耗油量及空氣污染物排放量。在1970年代時,這一類的省油裝置會有很好的效益(雖然簡單的調整化油器的混合控制螺絲也可以達到相同的效益)。
在是現在裝有觸媒轉換器的車輛,情況是完全的不同了,原因有二。
第一個原因是新型的觸媒轉換器車輛,都在排氣管裏裝有λ偵測器。爲了使觸媒轉換器的操作效率好,在所有狀況下,除了冷啟動及全載下(換句話說,99%引擎的操作狀況),引擎的設定值爲λ = 1。因爲噴嘴及空氣流量計的誤差可以達到5%,安裝λ偵測器在排氣管來監測混合比例。此偵測器很精確的量測λ;然後引擎管理系統增加或減少燃料的輸入流量來保持引擎精確的在λ = 1。所以,對這些新型的車種安裝由進氣歧管輸入空氣的省油裝置會輸入過多的空氣而使引擎成爲稀混合氣體,在這狀況下,λ偵測器會發現混合比例偏離1,而通知引擎管理系統輸入更多的燃料將比例回歸到λ = 1,如此,由進氣歧管輸入空氣的省油裝置根本沒有發生作用。
有些車種,電腦的燃料經濟效益指示計的計算並沒有加入因爲λ偵測器的訊號而增加的燃料輸入量。這些車種會顯示耗油量降低,但是實際上沒有真正的節省燃料。
而且,很多的新型車種並沒有使用空氣流量計,而使用進氣歧管壓力偵測計(如圖2-5所示)。特別是在沒有變動凸輪控制的引擎,進氣歧管壓力是空氣流量很好的顯示,所以可以取代空氣流量計的作用。有時候,由進氣歧管輸入空氣的省油裝置根本沒有發生任何作用,因爲進氣歧管壓力偵測計只量測進氣歧管的空氣流量。完全不能分辨空氣是來自進氣閥或由進氣歧管輸入的空氣。
第二個原因是觸媒轉換器的操作。近幾年來,這一個神奇的裝置顯著的改良都市的空氣品質,將 95%引擎排放的有毒污染物轉換成相對的無毒物質。這裏要說明一點的是,有些人的觀念起車必須開了7公里以上,觸媒轉換器開始有效。這是錯誤的觀念。在新型的車種,引擎啟動一分鐘內,觸媒轉換器就開始有效。
汽車引擎排放有三種管制的空氣污染物:不完全燃燒碳水化合物(HC)、一氧化碳(CO)及氮氧化物(NOx)。這三種對人體的健康都有嚴重的危害。Nox是加氧的氮氣、HC及CO則是代表不完全燃燒。觸媒的作用爲將NOx中的氧氣分離然後與HC及CO反應。及果得到的是一般的氮、二氧化碳及水,這些都是無害的。但是如果要達到效果,λ值必須要正好。如果混合的比例有過多的燃料,NOx裏的氧氣不足以與HC 及CO反應,他們會沒有反應而排放到大氣中。如果混合的比例有過多的空氣,則空氣中的氧氣與HC 及CO反應,而NOx則沒有反應而排放到大氣中。λ值對觸媒轉換器後的空氣污染物排放的整體影響如下圖2-6:
圖 2-6
在λ = 0.99與λ = 1.00之間有很窄的窗口,在這窗口內,三種空氣污染物都能很有效的清除乾淨。因爲新型的引擎必須在這視窗中操作,所以新型的引擎必須安裝λ偵測器。
在大部份的狀況下,λ偵測器可以修正省油裝置導致的燃料差異。但是λ偵測器只有有限的授權。只能增加10 - 15%的燃料,因爲要防止不良的偵測器導致輸入過多的燃料,而導致引情問題。如果差異超過這個極限,則λ偵測器無法調整燃料而形成空氣過多的狀況。所以這一類的的省油裝置會導致λ在1.05 - 1.10之間。耗油量會稍微的減少(約2 - 5%)而且,如圖2-6所示,也會降低HC及CO的排放。由進氣歧管輸入空氣的省油裝置的廠商通常會使用這些結果作爲證明 這一類的省油裝置能減少空氣污染物排放。但是,NOx的排放會大量的增加,約20倍,因爲觸媒轉換器不能清除它們了。因爲在驗車時通常都不良測NOx,就沒有顯示。整體的影響是大量的增加有毒空氣污染物的排放,與這些裝置所宣稱的「環保」不符。
如果車子沒有安裝觸媒轉換器,空氣過多會降低CO的排放,但是會大量的增加NOx的排放。HC也許增加也許減少,完全依據引擎及測試狀況而定。
嚴格的車裝診斷(On-Board Diagnostics,OBD)需求代表新型的引擎必須能偵測這一類的λ差異,而亮起錯誤指示燈(Malfunction Indicator Light,MIL)/檢查引擎登(Check 引擎 Light,CEL)。當安裝這一類的省油裝置時,MIL燈會常常的亮起。
有些說辭是,這一類的省油裝置在超越限度狀況下(就是,在高速下不踩油門)會將空氣加入而增加經意效益。但是新型的引擎在這狀況下會自動的切斷燃料輸送,所以在進氣歧管裏的空氣與燃料的使用完全沒有關係!
另外一些說辭是,這一類的省油裝置在通常是在瞬變狀況下有效。當你踩油門或放開油門時,今入引擎的空氣量會裏及的改變。假設是:引擎管理系統對這種狀況的反應過慢而噴入錯誤的燃料量,導致在汽缸裏的空氣/燃料比例不正確(而結果是浪費燃料、過量的空氣污染物排放、等)。 這一類省油裝置的廣告說辭是,由進氣歧管輸入空氣會改變空氣及/或燃料流量,來維持正確的空氣/燃料比例。
在一二十年前簡單的引擎管理系統,前一段的說辭也許是有道理。但是現在先進的引擎控制單元(引擎 Control Unit,ECU,汽車工業指出,先進的引擎控制單元的計算能力比阿波羅登月小艇還多)包含有非常複雜的空氣流量模式乎將這種影響完全的消除。經由監測進氣閥葉片的位置及移動速率,加上用空氣流量計或進氣歧管壓力偵測器量測主空氣流量,引擎控制單元可以預估引擎輸入空氣的流量改變而預先噴入正確的燃料量。最新的引擎控制單元甚至計算進氣閥葉片的目標位置,在真正位置幾微秒之前。
如此,即使在瞬變狀況下,可以將新型的汽車的空氣/燃料比例實質的維持在正確的比例。如果沒有維持在正確的比例,會導致無法不點火及/或空氣污染物排放量瞬間激增,不會通過現行的空氣污染物排放法規。更重要的是,引擎控制單元無法偵測到的空氣,例如此省油裝置輸入的空氣,只會使狀況便得更壞而不是更好。
這是不是說如果你的車子沒有安裝觸媒轉換器及λ偵測器,因爲車齡太老或你所在的地區的空氣污染物排放法規沒有要求,則可以使用由進氣歧管輸入空氣的省油裝置使車子操作更平順?這樣說好了,如果你引擎裏面的燃料比例過高,則由進氣歧管輸入空氣的省油裝置可以降低CO的空氣污染物排放量,而且也許會減低耗油量。但是100次中會有99次你可以簡單的調整化油器就可以達到相同的效應!而且,如果燃料比過高是因爲機械磨損或沒有調整好,正確的做法是把皆謝修好或調整好,而不是安裝一套設備而忽視真正的問題!遲早,你必須面對這個問題。
這一類的省油裝置經常也宣稱能增加引擎動力。這是完全不實的說辭,依據一個很簡單的物理原因:當加速踏板踩到底時,進氣閥是完全打開的,因此根本沒有進氣歧管真空。進氣歧管與大氣間的開口很大,因此進氣歧管裏的壓力等於大氣壓力。因此,就沒有空氣會進入這個裝置,結果是對引擎的操作完全沒有影響。
實際上,這一類的省油裝置在某一方面會明顯的使汽車感覺更好。將空氣泄漏到引擎裏,其作用與不要進氣閥完全關上很類似。這代表當鬆開加速踏板時,引擎的轉速降低會比較慢。例如在換文件時,當再踩加速踏板時,引擎加速會更快。如果你喜歡這一種特性(很多人不喜歡,因爲不容易控制引擎的加減速),則對你很好。但是這與增加引擎的動力完全不同,所以結論是由進氣歧管輸入空氣的省油裝置不會增加引擎動力。先進的引擎管理系統也會慢慢的將進氣閥葉片關上,而不是立即的關上。但是再慢慢的關上時還是會讓你能完全的控制引擎的加減速。
再另一方面,很多人擔心這一類的裝置在全載時會使引擎過熱而損壞。當λ = 1.1時燃燒溫度會最高,大部份的現代引擎的操作點是λ = 0.8 - 0.9,來保護引擎、排氣閥、及觸媒等。但是,由進氣歧管輸入空氣裝置通常是用進氣歧管的真空驅動,在全載時,因爲進氣歧管的壓力與大氣壓力一樣,輸入的空氣會自動的切斷。因此過熱損壞引擎的可能性幾乎是沒有。在不是全載時,雖然此裝置有動作,但是排氣溫度通常都在安全限制裏面。
真正的風險在於很多(但不是全部)的這些裝置輸入的空氣都沒有經過過濾。雖然空氣量很少,單是經年累月下來,會有足夠的灰塵及其它的小顆粒進入引擎而導致引擎的損壞。
最後也是最重要的是,這種裝置會使你的車跑的更快。一個建議的安裝位置是煞車伺服管(連結進氣歧管與煞車伺服來維持真空)。如果這裝置沒有裝好,或煞車在操作,這只管會開放到大氣。這時煞車伺服的功能就沒有了,你的煞車會有問題。要注意這一點!


沒有留言:
張貼留言