鼓型增压器,让你的小摩托释放洪荒之力
小鱼儿 @ 2016.12.02 , 10:00 下午[-]
如何从有限的引擎容积里,榨取更多的能量和动力呢?比较简单的是给进气口增压。增压的空气有更多的质量,混进更多的燃料,每次爆燃的时候就有更多的能量释放。两种比较常用的是涡轮增压和机械增压,还有在一些赛车上面的靠速度的冲压。前两种大家都比较熟悉,都是用增压叶片去给空气做机械功。机械增压是通过曲轴直接从发动机里抽取一小部分动力,带动增压叶片进气。涡轮增压则不一样,不用从发动机输出功率里汲取动力,而是从排气口汲取本身就浪费的废气动力,再带动进气增压叶片加压。所以相比起来,涡轮增压的效率更高。
但是两种增压方法在四轮车上用的比较多,在摩托车上就用的很少了。第一是机械结构很复杂,所以制造起来很贵,不大适合本身价格相对低廉的摩托车。第二是需要的空间很多,在一些大的,旅行用摩托车上不是问题。可更多的摩托车本身体型就很小,发动机都暴露在外面,装增压叶片就很不合适。
所以到现在,上面上能买到的摩托车里,带有增压器的就只有引发尖叫无数的川崎H2。加了增压器肯定爽,当然价格也是蹭蹭往上涨。一辆川崎H2的价格是两部超级摩托赛车的价格。
因此,如何能给摩托车加增压器,还不会过度增加价格呢?
意大利的Alter Ego公司,发明了一个没有活动零件的,类似鼓面的增压器。因为没有活动零件,整个结构非常简单,容易维护,而且便宜。因为是鼓型,所以可以设计地很扁,非常容易装在摩托车这样小型机动车上。
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类似涡轮增压的原理,这个鼓型增压器借用了排气管的浪费能量,用来加压进气口气压。但和机械增压不一样的是,这里没有用到增压叶片,或者螺旋增压杆,而是只用一片金属薄膜。这个薄膜可不简单,因为它非常巧妙运用了摩托车引擎最讨人厌的一个特性:声浪。
发动机做功后,高压废气从汽缸里排出,如果没有消音器就是一串串声波往外冲,是脉冲形式的。声波是机械波,可以推动薄膜,比如耳膜的前后运动。缸数少的摩托车,比如一般单缸或者两缸的摩托车占大多数。缸数少了,每次排气中间的间隔就很大。间隔大了之后,如果低于人耳朵能分辨的最低频率,一般是20Hz左右,就会产生讨人嫌的“突突”声。这些摩托车开起来老远就能辨认出来,就是冲着这些突突声。四缸以上的汽车,在低转速的时候也会发出类似的突突声,不过等转速高了,或者缸数多了,类似的声音就可以通过排气管的扭曲设计重新分配,平摊到一个声音里。
这个鼓型增压器的原理就是利用这些突突声。类似涡轮增压器,这个鼓型增压器也有两边,一边是接排气,一边接进气。薄膜朝排气的一边是个锤形。当排气的声波冲到薄膜,锤形的薄膜向进气方向形变,挤压进气舱的空间,给进气舱里的空气加压。挤压进气舱后,鼓膜随着材料弹性回到原来锤形的结构,再把废气推到消音器或者催化器里。另一方面,经过加压的以高压的方式进入气缸,混合燃油,点燃,排气,推鼓膜,鼓膜形变,挤压进气舱,进气舱加压,进气。如此循环。这说的简单,可材料的弹性还有形状都会限制薄膜的共振频率和惯性,故做到现在这个阶段是一点点调试过来的。
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鼓膜原状,没有形变,排气声波专递过来
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排气声波鼓膜压缩,进气舱加压
看起来这个鼓膜没有多大的工作效率?其实单层鼓膜能把进气加压0.3个bar,差不多是4.35 Psi;双层鼓膜结构能加压0.6个 bar。相对的,扭力和马力都能提升差不多25%左右。想想川崎H2的涡轮增压鞥加压1.41个Bar,这0.6似乎不是很有可比性嘛。话又说回来,对于一个只有一片薄膜作为主要动作的增压器,价格只有最便宜的涡轮的1/10,再加上安装简单,维护方便,0.6Bar已经物超所值了好吗。
任何事情有利就有弊,鼓型增压器最大的一个问题,就是需要足够的排气声波去推动,但是不能过量。能装上的最小引擎是250cc的,用一个220mm的鼓膜。如果上升到400cc,就需要270mm的鼓膜。这样,增压器对于引擎就很挑,容量太高太低都不行。
另外一点,就是每个汽缸只能配一个鼓型增压器。单汽缸摩托车倒不介意,汽缸稍微多一点,就很麻烦了(满满一身圆形东西,和章鱼似的,还不好下脚)。道理很简单,声波和声波之间要有足够的空隙给薄膜弹回。而且挤压的时间要刚刚好和进气阀的打开时间相匹配,不然花力气加压的空气就从空气过滤器里跑外面了。两个汽缸就不会有足够的空隙,而且难保证加压和进气能匹配上。
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综上所述,目前鼓型增压器能做到最大的,是给800cc的V twin摩托车。在做测试的时候,用的是KTM RC390,单缸370cc。公司往这个摩托车上加了两个单薄膜增压器。在没有调教引擎和增压器的情况下,这辆车的马力和扭矩增加了15%,而且扭力输出更加平顺。稍微调教一点发动机点火时序,扭矩有25%的提高。
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按照Alter Ego的话,安装增压器也很方便。随便找一个靠谱的摩托车店,卸下原装的排气,装上厂家新的排气管,接上增压器,接上新的进气过滤盒,就行了。如果有需要,可能调整一下点火时序和喷油量,基本都能有很满意的效果。
相对于四条轮子的发动机技术,两条轮子的发动机技术这几十年来提高不多。也许Alter Ego的产品能在未来几年,为摩托车和小排量引擎的技术带来一次飞跃。
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