冷卻強化大哉問(下) 夏日愛車不發燒

/OPTION編輯部
 
問題七:近幾年改裝車上常看到「水噴射」這個裝置,裝它有何功用?
可降低進氣溫度


所謂的「水噴射」系統,顧名思義就是將水以噴頭噴射進入引擎內部,不過很多人都會有個疑問,把水噴進引擎內到底有什麼好處呢?其實水噴射系統最大的目的就是在「降溫」。由於進氣溫度是決定引擎輸出效能的重要因素之一,尤其在增壓車輛上更為重要,而水分子氣化所需能量為汽油的六倍,同樣環境下水的降溫效能遠遠大於汽油,因此可以帶走大量的溫度,水噴射將霧化的水霧噴入汽缸內後,就能夠有效的降低汽缸內溫度,一但溫度降低後,便能有效的增進引擎效能。
 
水噴射系統除了降低引擎工作溫度、有效控制進氣溫度外,還有著許多好處,安裝之後不但能夠吸收汽缸內大量熱能,如此一來也能有效減少引擎爆震發生的可能性,且對於改裝車輛來說,溫度與爆震情況降低後就可以將點火更為提前或將增壓值增大,對於性能上的輸出還能更為直接。而燃燒室內的溫度降低後,排汽溫度自然也就會下降,相對的對渦輪車而言排壓與渦輪排氣側的壓力也會減少,此外水分子也是清潔積碳的好幫手,利用引擎運作時高溫水蒸氣的帶動下將進氣歧管、氣門與汽缸內積碳進行清除工作,這點也是安裝水噴射後所帶來的好處之一。
 

透過加壓泵浦的推送,使得水得以相當細小分子的方式,進入汽缸內與汽油一同燃燒,由於水比汽油重,因此噴入汽缸內的水分子便會被汽油包住,不但增加汽油的燃燒面積,汽化後的水分子還能帶走高熱,並增加壓縮比,好處多多。
 

不論是渦輪或機械增壓引擎,想要進一步降低進氣溫度、減少引擎爆震,並穩定引擎動力輸出,透過水噴射系統的幫助,可獲得立竿見影的功效。

問題八:有了水噴射後,要噴什麼「水」會比較有效果?
純水:酒精=1:1比例


一般來說多都是純水與工業酒精的混合液體,比例則是因人而異,通常都是各自一半,也有人主張純酒精的比熱比純水還高,並具有高揮發的可燃性,因此除了降低溫度效果比水還好外,並有提昇辛烷值的效果,所以提高壓縮比、提高增壓值、降低爆震、點火提前的幅度能夠更大,扭力、馬力的提昇也就更高了。
 
不過以筆者的角度來看,使用純工業酒精的代價不低,且酒精本身具有一定程度的腐蝕性,對橡膠油封與O型環的壽命有負面影響,因此實在不建議使用純酒精的液體,來噴入氣缸內。而如果要添加水的話,也要使用純水,例如家裡的RO逆滲透水,如此才不會造成噴嘴上細小的噴孔,因水垢增生而阻塞,這點是許多過去經常遇到的問題。
 
在供油程式調校部分,由於加裝了水噴射系統之後進氣溫度會隨之降低,A/F空燃比自然也會不同,且水霧的體積會將壓縮比略為提高(幅度相當些微),如果使用的液體內含酒精,也會影響辛烷值的高低,所以水噴射開啟後的供油曲線必須加以修正,而減少爆震後並搭配將點火正時提前,甚至可以將渦輪增壓值提高,如此一來更能增加動力輸出的效果。
 

填充的液體建議使用純水+工業酒精各一半的比例,除可節省購買工業酒精的費用外,使用純酒精的成分,較容易對橡膠油封造成慢性傷害。如果使用純水的話,要記得添加RO逆滲透水,才不會長水垢阻塞噴孔。
 

如果車上已有改裝電腦的話,原則上就不需額外加裝控制器,使用改裝電腦上的12V電壓輸出功能就能對應。

問題九:有沒有甚麼方法可以降低改裝排氣頭段後,所造成的引擎室高溫問題?
包覆管路或加裝隔熱板


位於引擎室內原廠排氣頭段,由於模組化設計的關係,其上都會設有隔熱板,減少排氣頭段內的高熱溫度散發到引擎室內,不過一旦換裝改裝排氣頭段或外掛渦輪時,排氣頭段管路就會在沒有任何隔熱板協助下,將高熱的溫度散發到引擎室內,使得引擎室的溫度比改裝前還要高,尤其動輒8、9百度的渦輪頭段溫度,就像一個大火爐一樣,不斷烘烤加熱引擎室內的溫度,不只會提高進氣溫度,長久下來對引擎室內的橡膠管路、電瓶與行車電腦等怕熱的元件也會產生不良影響,為此許多日本改裝品牌才會推出不銹鋼隔熱板的套件,覆蓋於渦輪頭段上方,減少高溫的散發,不過該套件多數採專車專用,因此市面上還有另外推出隔熱披覆帶的產品,可直接將排氣頭段包覆起來,把熱隔絕在排氣管內。
 
此外,該項產品其實也可使用在冷媒的低壓管路上,將冰涼的低壓管內冷媒溫度保留到壓縮機內,以幫助冷氣壓縮機散熱,對於運作正常的冷氣系統來說,大太陽底下的冷房速度會快一些,並且減輕冷氣壓縮機的運作負擔。
 

許多渦輪車由於工作溫度高的緣故,原廠就會將靠近渦輪本體與頭段附近的管路包覆起來,並且透過隔熱板的設計,把渦輪的熱隔絕起來,減少高溫對引擎室內的影響,這些設計我們自己也可透過改裝品的協助來完成相同效果。

問題十:許多改裝車上都會加裝水溫與油溫錶,這兩顆錶要如何判讀才是正確的方法呢?
水溫108度、油溫120度是上限


先以水溫來說,街車建議不要超過108度,賽車則最高不可超過115度,雖然因為冷卻水加了水箱精,加上水箱蓋的加壓效果會使水的沸點上升,可是只要超過115℃引擎應該會縮缸掛點,因此水溫因此最好盡可能維持在100℃以下,部分歐系車款的原廠水溫會高達105℃,例如BMW引擎,不過只要水箱風扇啟動後,水溫就立即下降沒有繼續上升,原則上還在可容許範圍內。另外,水溫錶的感應Sensor最佳的安裝地點在水箱上水管處,原因是這個地方是冷卻水從引擎出來的出口,也是水溫最高的地方,因此裝在這裡會比較準確。
 
若是油溫的話,最好能保持在105℃以下,有些歐系渦輪車進入賽車場行駛時,油溫常會突破120℃,因此建議比完賽後就要把機油換掉。至於油溫錶感應器的安裝位置,通常都是裝在油底殼或機油濾芯附近,若在油底殼的話,顯示的溫度會較實際溫度來得低上5~10度,因此建議最好能安裝在機油芯轉接座上,油溫會比較準。
 

有了水溫與油溫錶後,也要懂得判讀才能發揮作用,正確的水溫是在95度上下,有些歐系車105度是工作溫度,建議最高不可超過110度,油溫則維持在105度以下最好,超過120度就太高了。
 

水溫錶的感應Sensor最佳的安裝地點在水箱上水管處,原因是這個地方是冷卻水從引擎出來的出口,也是水溫最高的地方,因此裝在這裡會比較準確。

問題十一:面對即將到來的炎熱夏季,對於煞車系統部分有哪些需要檢查或更換,才能確保煞車系統的效能?
厚度與油質是關鍵


由於夏天開車時煞車系統的散熱也比較不良,容易有過熱、制動力衰退的情形,尤其當來令片厚度不足的話,情況會更嚴重,因此建議有空可以自行進行煞車來令片厚度的檢查,只要從鋁圈縫隙中,觀察來令片厚度即可確認,如果厚度不足於0.5公分的話,可以考慮換新品,甚至是摩擦力較高的高檔來令片,來確保人車安全。
 
此外,煞車油的品質也要注意是否已劣化,由於煞車油容易吸收水氣,使得煞車油的耐高溫性能慢慢衰退,容易在極高溫時出現氣化現象,使煞車油管出現氣體,進而影響煞車踏板的準確度(會踩空),最後便會發生煞車失靈的危險狀況,所以確保煞車油的品質良好,是維持制動系統是否正常運作的基本條件。檢查的方法為打開靠近擋火牆上的煞車油壺,觀察油壺內的煞車油,有無發生變黑、變黃的現象,若有則代表油品已經變質需更換,若無則在每2萬公里或一年半內,也需更新一次的。另外,油量的檢查也是不可少的,觀察油量是否落於油壺上所標示的高低標間,若過低則添加DOT 4號的煞車油至高標即可。
 

煞車系統在夏天散熱不易的情況下,也需提早檢查其來令片厚度與煞車油的品質,來令片的厚度建議不要低於0.5公分,煞車油則觀察其油量與顏色,如果變黑則已變質建議換新,才能確保行車安全。
 

坊間有廠商開發加裝於煞車卡鉗上的導風板,可將車頭冷空氣導引至煞車碟盤上,幫助煞車系統散熱,行駛速度愈快效果愈明顯。

 

冷卻強化大哉問(上) 夏日愛車不發燒

夏天愈來愈熱的情況下,愛車在路上開也是一種考驗,如何讓車輛在炎炎夏日行駛時,也能正常運作,是許多用路人都需要關心的問題,為此OPTION編輯部企劃一個強化冷卻系統的百問專題,讓大家一次就能掌握關於冷卻系統強化的各種技巧,是愛車的您不可錯過的知識。​

/OPTION編輯部
 
問題一:愛車跑山路時發現油溫常破120度,聽說加裝機油冷卻器有用?
可讓機油直接散熱


機油冷卻器的功能,顧名思義就是降低機油的工作溫度,而且是直接讓機油進行冷卻,雖然有些車原廠在機油芯安裝座上設有水冷式熱交換器,但散熱效果有限,而機油冷卻器則可直接撞風,讓通過冷卻器的機油快速降溫,效果超越原廠冷卻器甚多。另外為何要控制機油的溫度呢?重點就在於延長機油壽命,並確保油膜於引擎重負荷時,不會因高溫而降低其保護性,因此對於喜愛高轉速域奔馳的車主,或機油同時要負責冷卻高熱渦輪軸心的渦輪車來說,機油冷卻器是無法省略的改裝套件。
 
而挑選機油冷卻器的要項,除注意本體內部管路設計是否精良、有無阻塞的問題外,周邊管路的強度、抗繞性與耐溫性也是重點,最好是使用「內層」包有鐵網或鐵弗龍網的多層式管路較為妥當。另外,安裝的位置最好能在不阻擋到水箱到的情況下,找到撞風處來安裝,例如前保桿下方左右處,也就是前輪前方,不過這位置並不是所有車款都能安裝。至於排數,如果不是重度改裝車的話,可選擇英式14排或日式11排的產品,即可應付散熱所需,正常情況下加裝機油冷卻器後,大約可降低油溫達10度以上,減緩機油衰退速度。
 

高性能引擎上都會配置機油冷卻器,目的在維持機油溫度的恆定,並且避免油溫過高導致油膜破裂,造成引擎機件異常磨損,至於改裝品的選擇則以排數來決定大小,一般改裝車大約選擇13排到19排即可。
 

機油冷卻器的安裝位置與方式可是一大學問,能不能完全發揮冷卻器該有的散熱效能就要看安裝者的巧思,有些品牌還特別設計集風罩,以提昇散熱效率,另外如果對油溫恆定要求高的車主,不妨選擇有油龜的產品來安裝。

問題二:市面上有一種「風扇控制器」的產品,對降低水溫真有幫助嗎?
提早風扇運轉時機


引擎水溫的散熱,無論如何都是要透過水箱散熱鰭片接觸空氣來進行,因此如果想要快速降低水溫,除加厚水箱外,有效利用水箱後方的風扇強制散熱,例如提早風扇啟動時機,也是加強冷卻的不錯辦法,原廠水箱風扇啟動的時機大約在87~92度左右,有些歐系車甚至到105度風扇才會運轉。
 
而控制風扇啟動的元件,在老車上是單靠水溫風扇開關來進行,新車則是車輛ECU電腦來負責,想要提早風扇啟動,就需在控制迴路上加裝介入系統來調整啟動時機,具有此功能的產品,除了過去常見的低溫風扇開關外,也可以使用電子控制系統來調整風扇啟動的時機。
 
前者比較適合10年以上的老車來使用,安裝上難度不高,不過需先確認風扇起動的線路是正或負極,才能決定線路如何連接。此外,若無法在引擎本體上找到適合安裝水溫Sensor的位置,就需購買水三通並剪斷下水管來安裝才能使用,如果再加上油溫Sensor的加裝,就能隨時提供引擎水溫、油溫與電壓的訊息,並且在70~100度間,隨意控制風扇啟動時機。
 
後者則是對應新型車款的產品,水溫資訊可以從OBD-2診斷插頭中獲得,並且透過專用線組與原廠風扇系統做連結,安裝時不用剪線,快速方便許多。安裝上述產品後,通常可將水溫控制在90度以下,減輕熱負載、改善馬力熱衰竭,使引擎與冷氣維持在最佳狀態。
 


透過電子式風扇控制器的加裝,可提早水箱風扇啟動時機,讓水溫維持在較合理的範圍,改善馬力熱衰竭,而且又可同時監控水溫、電壓等多種行車資訊,非常值得安裝。

問題三:聽說老車很容易爆水管,建議多久把水管換掉比較好?換什麼材質會比較好?
可選擇矽膠強化水管


組成車輛冷卻系統的元件,除了主要的水箱與冷卻水外,輸送冷卻水管路的維護與升級之重要性,並不亞於其他改裝。原廠水管多由橡膠製成,日復一日的高低溫循環,大約10年的車齡之後,大家就能用手感覺出彈性不再,這就是橡膠已經到達彈性疲乏的時機,若不加以理會,將會因為持續高溫導致表面龜裂,一旦遇到高氣溫且長時間爬坡的路段,冷卻水管便可能會因為高水溫產生的高壓力而爆裂,使得冷卻水開始洩漏,如果爆大水管或許還會知道要停車,如果是爆小水管而未察繼續開車的話,一旦冷卻水漏光引擎就有極高的機會因過熱而縮缸,屆時就得「開大條」拆引擎修理。
 
改善的方法就是多花一些錢更換耐壓程度更高、變形量小且更加美觀的「矽膠水管」,不僅僅壽命更長,也能依照車種來量身訂作,尤其改裝幅度大的車輛,鮮藍色的矽膠水管幾乎成為了標準配備,就是在於所能承受的壓力更高,若經濟能力不許可,則最務實之道就是勤檢查水管的狀態與水箱水的液面變化,才能確實掌握水管有無滲漏之情事發生。
 

許多改裝車都會將水管換成矽膠材質的部品,目地在強化水管耐壓的能力,以減少高溫行駛下,水管發生爆裂的情況,且隨著市場普及,目前矽膠水管的顏色也愈來愈多樣,價格也降到一般車主能接受的範圍。

問題四:有沒有甚麼簡單的方法,就能提高引擎散熱效率?
加壓水箱蓋+高濃度水箱精

 
若以筆者多年來的經驗來看,換裝加壓水箱蓋,加上使用高品質的水箱精是一個不錯又快速的冷卻強化方法。
 
水能夠做為冷卻的介質,主因便是它為容易大量取得的液體中,屬於比熱最高的一種(純水1.03),比熱高的優點是吸熱快、放熱也快,很快將熱能吸收並很快的降溫,可是相對於引擎發出的高熱,其先天的100℃沸點則很容易到達,進而因汽化沸騰失去原有能力,故水箱頂部必有一加壓蓋存在,利用密閉空間內溫度與壓力成正比的關係提高沸點,且水箱精中亦會加入提昇沸點的物質。所以加強散熱性的第一步,便是更換附硬式彈簧的高壓水箱蓋、使用性能佳的水箱精,藉此讓冷卻水有更恆定的表現。
 
關於水箱蓋的部分,原廠製的水箱蓋壓力多為0.9~1.1kg/cm2,街道強化用的在1.3-1.5kg/cm2之間,建議讀者最好是選擇1.3kg/cm2左右的型式,以免因壓力過大發生水箱龜裂、爆水管的情形(特別是上水櫃/上水管處)。如果使用的水箱蓋壓力高達1.5kg/cm2以上,應該要將上、下水管換成包覆金屬網眼或三層含矽橡皮的式樣,來避免突然發生爆裂的問題,同時這類製品不會膨脹的性質,對水溫恆定性亦有一定的幫助。
 

換裝加壓水箱蓋並添加水箱精,是所有強化冷卻效率招術中,最容易實現的方式,建議選擇壓力達1.3kg/cm2左右的高壓水箱蓋比較不會增加水管負擔,至於水箱精則確保濃度正確即可。

問題五:渦輪車如果發現夏天進氣溫度過高,引擎容易出現爆震情況時,該怎麼強化才能解決此問題?
可先確認中冷器效率


建議可能要先檢查一下您愛車上的中冷器尺寸與管路設計,是否足以應付目前的增壓值與出風量設定,進氣溫度過高通常是因為中冷器散熱不足所導致,建議可以選擇管徑較粗但管壁極薄的式樣,以粗管徑來增加空氣流通的順暢度,並利用管壁薄的特點提高散熱性。其次則是選擇管路內額外設置「內網」的部品,增加熱空氣散熱面積,以提高熱傳達量,換裝時可多看看內部Tube管路內,有無額外加裝散熱鰭片,如果有相信散熱效果應該會好上許多才是。
 
接下來是散熱鰭片部分,一般型中冷器的散熱鰭片,其形狀通常為直條狀無任何開口,且中冷器的厚度多厚,鰭片就有多長,不過既然鰭片扮演散熱的主要角色,只要增加其接觸冷空氣的面積,就能提高熱交換功率,因此許多中冷器的鰭片,後來都改用「波浪狀」或是俗稱「百葉窗」設計的鰭片最為流行。至於尺寸部分,建議可換裝迎風面積更大,或厚度更厚的中冷器,以提高散熱能力,或是流用同廠牌性能更強車款的中冷器,例如WRX換STI、GTI換S3等。
 

中冷器之所以會有這麼多尺寸,主要目的在依據不同引擎排氣量與渦輪出風量,來使用適合的大小,以求在冷卻效率與渦輪遲滯間取得一個平衡點。
 

這組中冷器管路內還設有散熱網,可增加其散熱效率,對於穩定引擎動力輸出有絕佳幫助,非常適合調高增壓值的車款使用。
 

一般中冷器的散熱鰭片都是呈現直條狀,可減少高速行駛的風阻,不過如果比較散熱效率的話,會是呈現波浪狀的鰭片效果較佳。

問題六:自然進氣引擎有沒有甚麼方法可以提高進氣冷卻?
管路隔熱+吸冷空氣


降低進氣溫度確實有助於提高引擎效能,但該如何做才能達到此效果呢?首先是注意進氣管路本身的材質是否具有「隔熱效果」,最好的材質是碳纖維或塑膠製品,應該避免採用金屬製管路(渦輪引擎高壓進氣條件不得已可使用),因為金屬管路很容易吸收引擎室內的高溫,尤其是夏季動輒35、36度以上的溫度,如果又剛好開在市區環境的話,進氣溫度可是會高得離譜的,一旦超過70度,空氣內過度膨脹的氧分子,將會減少可用來燃燒的條件,引擎出力自然就會下降。
 
此外,注意吸氣口的位置需朝向能吸到車頭冷空氣的方向,以避免吸到引擎室內的高熱氣體,這也是改裝進氣套件時須注意的地方,最好是選擇有集氣箱設計的進氣套件,而非整顆香菇頭裸露在外的設計,多數有集氣箱設計的套件都會盡量讓吸氣口朝車頭前方,或吸得到冷空氣的引擎室角落。
 

知名品牌的進氣套件都會想辦法讓吸氣口遠離引擎室高溫,如此才能降低進氣溫度,讓空氣含氧量提高,引擎效能才能發揮。
 

有些做工細膩的店家,還會替香菇頭手工打造放置的碳纖維集氣箱,目地也是在隔絕引擎熱氣,並且將車頭較冷的新鮮空氣導引至集氣箱內,如此改法會比香菇頭直接裸露在引擎室內吸熱氣來得有效許多。