在很多年前我们看拉力赛的时候,总会发现拉力赛车的排气管时不时就会喷火,同时发出砰砰砰的声音。这实际上就是赛车上的偏时点火系统在发生作用,很多朋友可能对偏时点火没有明确的认知,那么请看下图赛车动漫头文字D中须藤京一的那辆三菱EVO3就配备了偏时点火系统。
偏时点火系统的作用是什么?当然不是为了炫酷,而是为了在发动机怠速状态下依然可以保持足够的排气压力来推动涡轮,使得再次给油时增压系统能最大程度的减少涡轮迟滞(注意不是消除)。因为每当驾驶者松开油门时,发动机都会进入怠速状态,此时喷油量大幅度减少(现在的车子在ECU控制下或停喷)、节气门接近于关闭。
所以怠速状态下所能产生的废气量很少,排气压力大幅度降低。要知道赛车与家用车完全是两个不同的概念,家用车往往行驶于日趋拥堵的公路,能用来提速的道路长度是很低的。所以对短距离内的爆发力有更大的需求,至于峰值功率几乎是用不到的。但赛车则不同,赛车完全是在争分夺秒中跑完赛事全程。发动机的功率、涡轮压力往往都需要全程保持峰值。
这就是为什么如本田的K20A、斯巴鲁的FA20发动机比01提速很一般,但在赛道上却能跑出很好成绩的原因。因为理想开阔的路况可以让发动机全程保持超高的转速,获得超高的后段功率从而获得理想的加速度。虽然扭矩不理想导致头段功率输出不足,但并不是在比拼01对吧?对于增压车也同样如此,松开油门必然导致排气压力下降,但对于家用车而言是无所谓的。
但对于赛车而言排气压力大幅度下降,等到重新需要增压系统工作时(起压状态),就需要有短暂的畜压阶段,这个阶段就是我们常说的涡轮迟滞。就目前而言随着小惯量涡轮、双涡管等技术的普及,家用型增压车的迟滞问题已经得到很大的改善,当然并不是指消除了迟滞,只是非大聪明驾驶者感受不到罢了。我们也能看出家用车对峰值功率要求很低,所以用不着大号涡轮去推。
偏时点火系统的产生
上文已经提到,峰值功率的高低对于家用车而言意义不大。家用车更需要能在最短时间内爆发出较高的功率,所以产生了扭矩决定加速度非标准概念。举一个例子来简单的说明一下,一台家用车与一台赛车,两车同样的发动机,只是增压器不同(改装)。家用车用峰值功率240匹,而赛车利用大号涡轮能拉出500匹峰值马力。
那么家用车对动力的需求与赛车对动力需求的差异是什么?家用车峰值马力虽然只有240匹,但节气门状态下可能只需2秒就能拉出约200匹马力。赛车峰值马力500匹,但因为大号涡轮的迟滞可能需要在3、4秒后才能拉出200匹马力,但后段500匹马力释放出来之后的加速度远比家用车快。所以我们能看出峰值功率对于家用车意义不大,头段输出功率反而更重要。
而赛车(场地)往往更在意峰值功率,头段输出功率的高低反而影响不了什么,道理很简单01快不等于04也快。始终保持高转速运行、始终保持增压系统的压力足够强才最为重要。但赛车的排量有限制,为了获得更强大的马力往往要配备大号的涡轮,而小排量机器推大涡轮必然造成严重的迟滞,尤其是在上世纪8、90年代,为了解决严重迟滞的问题就产生了偏时点火系统。
偏时点火系统的原理
严谨地说偏时点火系统有两类,其一是在上世纪8、90年代所广泛使用拉线油门车型上所配备的“节气门型偏时点火系统”。这种偏时点火系统的原理是在发动机怠速阶段,增大节气门开度配合超大的点火退角。发动机正常运行时,点火会发生在压缩冲程末端到上止点这一区间,点火越早动力越猛、燃油经济性越好,但过早发生膨胀到混合气体更容易导致爆震。
反之点火越晚动力越差、燃烧越差,发动机越趋近于不做功状态。偏时点火系统实际上就是松开油门后发动机的怠速状态下继续喷油,此时的节气门适度增大,但压缩冲程活塞上行到上止点前均不点火,而是在活塞进入做功冲程末端时才开始点火,之后夹杂着火花的混合气会被送入高温的排气歧管,会产生二次点燃,这就是砰砰砰的声音,所产生的大量废气就可以维持增压系统保持高压状态。
偏时点火的意义在延时、延后去点火,而不是直接将混合气排放到排气歧管上,原因在于含氧量较低的浓混合气直接用高温够呛能点着,火花塞跳火毕竟是明火。而第二种偏时点火系统也称之为气流重组式偏时点火系统,不用再在怠速时增大节气门开度,而是在怠速时进气系统通过另一条通道直接把空气送到排气歧管,这种情况下排气歧管内获得足够的空气,直接利用排气歧管的高温点燃混合气。
从而在怠速状态下同样可以获得充足的废气来保持增压系统的压力,这样在再次给油时增压系统就可以直接进入理想状态,为歧管增压了。涡轮迟滞可以理解为涡轮增压系统进入全增压状态下所需要的时间,赛车在入弯前必然要减速,减少了喷油量必然导致排气压力下降,从而导致涡轮转速下降。而偏时点火系统则是在车辆不需要动力时依然能保持足够排气量的一种方式。
至于家用车为什么不用,因为迟滞对家用车而言影响的只是驾驶感受,其次小惯量涡轮与双涡管单涡轮等技术的应用极大程度的改善了迟滞问题。另一方面偏时点火系统对涡轮、排气歧管、发动机的伤害很大,那些赛车往往每个赛段都要换新机器至少是换一颗涡轮,所以乘用车用这玩意完全是在浪费金钱。