噴油嘴的兩,三事

- 使用 RFECU改裝電腦為何引擎改缸到180 c.c., 還能夠流用原廠噴油嘴? 不需要換加大噴油嘴?
- 另外, 亦有外面店家改缸未改電腦, 直接換加大噴油嘴或鑽孔加工噴油嘴 !!! 只能勸你母湯喔......
這邊就帶各位來認識一下摩托車噴射系統上非常重要的零件 - 噴油嘴Fuel Injector.

噴射系統概圖

圖一, 噴射系統概圖

上圖是噴射系統概圖, 汽油經由油箱裡的汽油泵浦加壓之後, 通過油管連接到安裝於汽缸頭或進氣歧管的噴油嘴, 而噴射系統電腦(ECU)會依據現在的引擎運轉狀態來精確的控制噴油嘴的開啟與關閉, 以達到控制進入引擎的空氣與燃油混合比例(空燃比), 來達到各種不同的運轉目的.

一般汽油引擎的噴油嘴構造(柴油噴嘴工作壓力大很多, 有特殊結構設計這邊就不特別提):

噴油嘴構造

圖二, 噴油嘴構造

噴油嘴基本上可以把它視為一個電磁閥, 構造裡面會有電磁線圈, 可以移動的柱塞來開啟跟關閉燃油的噴射, 以及電源接頭連結到噴射系統電腦(ECU)進行控制.

圖三, 針狀噴油嘴柱塞

至於噴油嘴前端控制燃油開啟跟關閉的Needle valve, 各家設計型狀專利都稍有不同, 有錐狀, 針狀, 球型, 但其功能需求都是要求噴油開啟時就能迅速達到線性流量, 關閉時要能止住燃油不洩漏, 噴油嘴的霧化也是靠這邊的設計! (後面有比較詳盡解說)

圖四, 球型閥型狀噴油嘴(圖片摘錄自美國專利文 Patent No.: US 6,655,608 B2)

圖五, 噴油嘴關閉狀態(圖片摘錄自美國專利文 Patent No.: US 6,655,608 B2)

上圖是噴油嘴關閉的狀態, 鋼珠與柱塞由內部彈簧抵緊其閥承靠座而關閉燃油通路, 不讓燃油洩出.

噴油嘴開啟關閉電壓, 電流變化

圖六, 噴油嘴作動時, 電流(紅色)及電壓(灰色)圖

噴油嘴上電氣接頭的兩個端子, 一個是來自電瓶的正電12V, 另一端則接到ECU控制, 當噴油嘴關閉時, 其驅動電路沒有作動, 因此電壓仍維持12V, 電流0V; 當ECU驅動迴路作動時, 導通電磁線圈迴路接地, 因此電壓會由12V-0V, 噴油嘴柱塞被磁力吸引移動開啟, 電流亦逐漸增大至飽和電流; 當噴油要結束時, 控制迴路切斷瞬間會有一感應電壓震盪後恢復12V, 柱塞亦由彈簧彈力推回原來位置.

圖七, 噴油嘴開啟時(圖片摘錄自美國專利文 Patent No.: US 6,655,608 B2)

噴油嘴裡面的柱塞移動僅有零點幾mm而已, 但開啟跟關閉, 即使引擎運轉下, 注意聽還是會聽到滴滴答答的聲音, 不過轉速一高, 其它引擎噪音就覆蓋過去了.

噴油嘴噴射型態(Spray pattern)

在噴油嘴前端柱塞閥前面會有一碟片/噴頭(即上圖號碼58)來控制噴射的偏移角度, 範圍, 甚至分離角(Injection Spray pattern).

圖八, 噴射型狀依照引擎設計各有不同(圖片取自Synerject網站)

圖九, 前端的蝶片/噴頭控制著噴射型狀

圖十, 噴射油束正常設計是噴向整個進氣閥傘部(圖片節錄自LS1Tech)

噴射型狀油束正常的設計是噴向整個進氣閥的傘部, 油滴撞擊進氣閥之後(注意喔! 此時進氣閥是關閉的, 不是直接射進燃燒室喔!), 反彈霧化成更小的油滴; 另外進氣閥為燃燒室一部分, 高溫亦有幫助霧化; 之後進氣閥才開啟, 混合氣進入燃燒室燃燒.

改缸不改電腦, 直接加大噴油嘴或鑽大噴油孔問題

現在問題來了, 外面有些店家改缸沒有改電腦, 直換加大流量噴油嘴, 或直接加工鑽大噴油孔(還要小心有沒有鑽到柱塞閥, 破壞原本流場設計, 噴油嘴是非常精密的零件), 這樣搞會造成什麼樣的影響呢? 大概會有以下問題:

　
• 你已經破壞了原來的噴射型狀設計... 噴射油束可能直接噴向進氣歧管壁, 而不是原來的設計噴向進氣閥傘部, 汽油可能沒有霧化直接沿著進氣歧管流進燃燒室, 流進曲軸箱稀釋機油, 特別是在引擎剛啟動歧管溫度亦低時; 汽油霧化不全, 低溫時空燃比不對, 引擎跑起來就不順了; 另機油稀釋(就是機油會越跑越多, 別人是吃機油, 你的引擎反而會生機油!), 要特別小心因潤滑不足, 汽缸, 活塞環, 曲軸, 凸輪軸很快就磨損, 久了就吃機油, 刷缸了....
　
• 無法兼顧引擎運轉全域的空燃比, 某些區域引擎會運轉不順...當初加大噴油嘴流量或鑽大噴油孔的目的是要補足因排氣量加大而不足的燃油, 讓引擎不再稀薄燃燒! 假設剛好很幸運的挑到一個合適流量的噴油嘴或鑽擴孔成合適流量, 引擎完全暖機後全開油門空燃比剛好跑在完美的12.5! 但引擎的燃油控制是非常複雜的, 各種不同引擎溫度, 油門開度, 轉速, 開,閉迴路等需求燃油量皆不相同, 並不是等差, 等比例變化, 可以預期低溫或低油門開度時空燃比過稀, 引擎不順; 若挑一個更大流量的噴嘴, 低溫或低速空燃比可以比較正常, 但高速空燃比可能又過濃No-go不順.

圖十一, 引擎3D基本油量圖(其實是空氣量啦)

RFECU全取代改裝電腦油量調整範圍可以增減-100%~+100%

要改變噴油量最正確的做法當然是要由控制來下手, 控制噴油嘴開啟跟關閉的時間長短, 即可控制噴油嘴的流量. RFECU全取代電腦, 油量調整範圍可以增減-100%~+100%, 等於可完全控制這支噴油嘴, 可以用盡它最大的流量限制.

圖十二, RFECU全取代電腦, 燃油調整可以增減-100%~+100%

180 c.c. 內都可留用原廠噴嘴

德國馬牌Continental-Synerject(就是大家口中的西門子), 供應給光陽, 三陽速克達用的噴油嘴, 從以前的M1/M2噴射系統用的比較大顆Deka 1D或M3系統用比較小顆的Deka VII, 不論單孔(給2V用)或雙孔(給4V用), 從100 c.c.到180 c.c. 引擎排氣量, 流量規格都是一樣的! 如果能夠完全控制噴油嘴開啟及關閉時間, 同支噴油嘴當然就可以應用到180 c.c.以內引擎, 所以RFECU全取代電腦, 改缸到180 c.c. 引擎, 原車噴油嘴都可以留用! 那改更大排氣量呢? 換一支更大流量噴嘴即可, RFECU同樣可以對應控制!

圖十三, Deka 1D及Deka VII噴油嘴, 不論2V or 4V用, 流量都一樣(圖片節錄自小老婆車友 五結大龜獅)

噴油嘴的阻塞與清洗

另外, 再來提一下噴油嘴的阻塞跟清洗

圖十四, 阻塞與霧化良好正常噴嘴

霧化並不是唯一考量, 還要考慮到噴油嘴阻塞問題

很多人也好奇, 德國馬牌Continental亦是Benz/BMW/Audi的主要噴射系統供應商之一, 要作到如汽車上的多孔噴油嘴, 技術上也不是什摸難事, 為何給摩托車上的僅有單孔跟雙孔噴嘴, 為何不要做多孔型式, 越多孔不是霧化越好? 燃燒越完全. 這個其實有很多考量的, 霧化並不是唯一考量, 還要考慮到噴油嘴阻塞問題.

噴油嘴的霧化主要是由柱塞閥與其承靠座的設計來決定

另外還有一個觀念要澄清, 噴油嘴的霧化並不是單純由噴頭蝶片上的孔, 主要是由柱塞閥與其承靠座的設計來決定霧化效果! 蝶片上的孔主要是要來設計噴射型狀! 噴出來的角度, 範圍大小, 甚至油束分離角度! 看一下你家高壓清洗機的噴頭, 都是單一孔, 可以變化成水柱及霧化水花, 霧化原理都是一樣.

圖十五, 霧化效果主要由燃油壓以及柱塞頭34, 承靠座22設計決定, 前面碟片孔58主要是在決定噴射型狀

孔越多真的越好嗎?

在相同壓力及流量下, 越多孔確實霧化效果越好, 油滴可以越小. 但設計良好的噴嘴, 單孔的霧化效果. 沒有你想像中那麼差, 與多孔(8孔, 10孔...12...16孔噴嘴一直出現, 好像越多孔越厲害....靠杯...蓮蓬頭最厲害啦...)油滴大小在燃油壓2.5~3.5 bar下, 差異其實很有限, 100µm跟80µm油滴燃燒起來對馬力, 油耗以及排汙影響根本微乎其微....缸內直噴汽油引擎用上百bar甚至上千bar燃油壓力, 那才是另外一個世界.

圖十六, 這個孔這麼多, 應該非常厲害....

在摩托車引擎上噴油嘴阻塞才是更需要面對的問題!

噴油嘴油孔的阻塞是由引擎燃燒室逆流回來的廢氣以及吹漏氣的機油氣形成的碳渣

噴油嘴油孔的阻塞是由引擎燃燒室逆流回來的廢氣以及吹漏氣的機油氣高溫燒結產生的碳粒漸漸堆疊堆積產生! (不要再相信是骯髒汽油裡的雜質阻塞了噴油嘴....現在的汽油泵浦濾網都設計到10µm, 通的過小於10µm的雜質要去阻塞大它10倍的0.1 mm的噴油孔....)

圖十七, 現在的汽油泵浦濾網都是10µm, 通得過的雜質都是小於10µm

越多越細的孔, 反而要擔心更多被阻塞的機會! 摩托車的引擎凸輪軸汽門重疊角比汽車引擎設計的要大得多, 特別是強調高性能的引擎, 燃燒室廢氣回流至進氣歧管量更多; 而且摩托車吹漏氣回收機構都設計得很差(應該說根本直通到空濾...汽缸蓋上完全沒設計如汽車捕捉油氣的迷宮通道); 而且小排氣量摩托車, 很常有機會全油門行駛, 另外改傳動高轉速, 低負荷行駛, 吹漏氣量都是很大的, 節氣門, 噴油嘴更容易髒汙,阻塞!

圖十八, 被焦黑積碳阻塞的噴油孔

德國馬牌Continental考慮到摩托車使用環境, 噴油嘴阻塞機會更大, 一直不願意跟風去推多孔噴油嘴使用在小排氣量的摩托車引擎上, 因為多孔噴嘴帶來的效益非常有限, 反而實際上要承擔更多噴油嘴被阻塞的風險....(反向思考....靠杯! 多孔噴油嘴是增加經銷商清洗噴油嘴增加收入機會, 車廠吃肉也要分杯羹給經銷商嘛....)

沒事就不要去清洗節流閥跟噴油嘴

另外, 沒事就不要去清洗節流閥跟噴油嘴! 所謂沒事就是沒有引擎不順, 起動不良或熄火, 引擎沒力或油耗增加等問題, 真的有需要再請店家先用診斷器用實際數據去判斷, 需不需要清節流閥體(如何清節流閥體可以看這邊)或是噴油嘴(看O2 閉迴路修正量有沒有落在合理範圍, 沒有偏上限+30% 或偏下限-30%).

圖十九, 先用診斷器看一下數據

超音波清洗

若真的有錢沒地方花, 或者固定里程到不清晚上會失眠睡不著, 或者不幸都加到水氣含量高汽油, 或者儲油槽壺底蔭油, 燃燒速度慢, 經常容易回火, 真的造成噴油嘴阻塞, 最有效的清潔還是用超音波清洗; 用什摸藥劑清洗, 吊點滴....只能說洗安心的....那摸堅硬的炭渣....

圖二十, 好厲害的超音波清洗機

圖二十一, 超音波清洗, 還多了通電規律開啟跟關閉噴油嘴

不要用針去通噴油孔

另外也不要用針去通噴油孔, 那是很精密的東西, 如前所述, 通的動作有可能破壞了設計好的噴射型狀!