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性能输出黄金指令 行车电脑改装实战 Part 1.

时间:2020-07-09 编辑:

随着科技的进步,近几年国内的改装技术不断突飞猛进,这一点,从友刊的各项输出测试不断刷新的各项纪录即可获得印证,不过在硬体不断强化下,如何发挥改装后应有的实力与水平,除了硬体的搭配外,最重要的就是掌控各项引擎输出状况的「行车电脑」了!

写在文前

电脑如何改,近来已成为改装玩家间的发烧话题,这回,编辑部针对这个话题深入探讨,除了介绍什幺是「行车电脑」、它的作用为何?为何要改?有哪些选择之外,还包括实际改装案例,整个调校过程完整记录,这一连串的问号,这回编辑部将一一予以解答,现在就跟着我们一起揭开「电脑」的神秘面纱吧…

这就是一般俗称的行车电脑ECU,依照不同品牌有着不同的型式,为整个引擎管理系统的灵魂,扮演司令官的角色。

目前台湾的改装技术,跟日本可以说是相差无几,不论是施工品质或是改装搭配,都有相当优异的水準,唯一的差异就是「软体」的调校,虽然说目前可程式电脑已成为改装界的趋势,调校的方式与观念却有着极大的差异,比如说「点火正时」的控制、凸轮轴「气门重叠角」的调整、以及电脑内部「供油点火」的调校模式等,这些在日本早已是「电子计算机」可以推算出的(以公式搭配压缩比、排气量、喷油嘴大小与开频率、增压值等等),但在国内却很少有店家知道这些数据间的关连性。

ECU内部其实和一般家用电脑的主机差不多,主要结构为积体电路板(绿色部分)、晶片、电容等等,图中黑色部分即是每个不同系统的控制晶片,内部有写好的程式来控制每个系统的正常运作。

以笔者的经验来说,改装技术最纯熟的应该是英国,原因在于竞技赛事投入已有百年以上的历史,其次是美国与澳洲,至于国人最常师法的对象日本,其对于改装的技术则仍与美国有五到十年的差距,也就是说,日本的改装水準仍落后英、美澳洲等改装先进国家至少五年以上!

Part 1.浅谈可程式电脑

引擎管理系统运作模式
来自于电压变化 

相信很多改装迷一定听过「引擎管理系统」这名词,对于现今的喷射引擎来说,引擎管理系统是整体输出表现的灵魂,所谓的引擎管理系统也就是包含ECU、各种不同类型感知器(Sensor)或加装的可程式电脑、外加监控仪錶和阿撒不鲁控制器等等所组成的系统,在这个系统中,不同的原件透过「线路」将上述这些设备串连在一起,藉由「讯号」的输出与输入来控制引擎或其他系统的作动模式,然而这些设备所接收或回馈的讯号其实只有一种,那就是「电压」的变化!

节气门旁有插头的部分即为节气门位置感知器,负责感应集气门的开度,也就是油门的深浅。

这个原理是利用装设在不同位置的各式「感知器」(Sensor),依照其所侦测到每个部位高低不同「电压值」变化,来驱动各项功能的运作,这就是引擎管理系统的基本工作原理,就目前车厂新科技的整合来说,新式管理系统甚至可以连结到防滑、循迹等等极大的範围,因此应该以「行车管理系统」来称呼比较贴切,但本单元仅针对引擎输出部分来做探讨,因此笔者还是称呼这个系统叫做「引擎管理系统」。

负责感应进气量的感知器有很多种型式,比较常见的为图中这二种,圆柱型者为进气流量感知器,通常安装于节气门至空气滤芯间的进气管路上,负责感应进气流量的变化;另一种是称为MAP的进气压力感知器,通常安装于节气门之后的进气歧管上,负责感应进气歧管内的气压量化,来作为进气量的依据。

在整个引擎管理系统中,又以ECU为最重要的关键,所谓的ECU,就是原厂的「行车电脑」,这是由Electronic(电子)、Control(控制)、Unit(单元)三个英文字缩写而来,其主要功能就是扮演发号施令的角色,将安装在各个部位不同感知器所回馈的信号,依照ECU内部晶片所设定的程式,参考电压变化所代表的实际行驶状况来发出指令,同时控制喷油嘴该喷多少油量、点火系统的点火时机、水温或吸气温议程时该有什幺反应措施等,以维持引擎的正常运作。

判断空燃比最重要的依据为含氧感知器,主要功能在于判读空气与燃油的比例,通常装设于排气头段上。

有了上述的基本了解后,是不是忽然觉得电脑这个东西其实很间单,说穿了整个系统的运作只不过是「电压」的变化罢了,但是这些不同的电压有着不同的形式,也就是「波形」或者「电阻」的不同,有些波形的形式是方波、有些是週期波,有些则是圆形波,这也是日系电脑无法流用到欧系车上的主要原因,但这个问题可以由改变讯号波形来解决,所以国内有愈来愈多的店家买进「示波器」,为的就是要解决这个困扰。

各种感知器与ECU之间的讯号交换与回馈,皆是透过「线路」来传递,不同颜色的线路代表不同感知器的讯号。

另外一种方式则是换掉整个系统的「感知器」,不过这个方法成本过高,一般消费者根本无法接受,以日本HKS的改装实例来说,曾经为一辆Prosche 996 Twin Turbo换上旗下最强的管理系统—HKS F-Con V Pro,不过却把原车所有感知器全数更换为日系专用型式,且必须牺牲许多原有功能如冷气等,重点是在换装的过程中,几乎动用了整个HKS技术团队,如果依照正常的计价方式,该车的改装费用将高达上千万日圆!

各种不同的「插头」则是线路与感知器,或线路与ECU之间的连接埠。

Option改装常识 
管理系统的重要原件

引擎管理系统的原件相当之多,包含了ECU以及各种不同的感知器,这些感知器装设的位置不同,形状也不同,有些是感应温度变化、有些负责传递压力变化,有些则在感应「位置」的不同,或是「速度」的变化,以喷射引擎来说,最基本可维持引擎正常运作的感知器包括节气门位置感知器(Throttle Position Sensor)、进气流量感知器(Air Flow)或进气压力感知器(MAP Sensor)、曲轴位置感知器或凸轮轴位置感知器、爆震感知器、含氧感知器、以及吸气温度/水温感知器等,由这些感知器回馈到ECU的讯号,是让引擎正常运作所需的基本数据,但不管是负责感应哪一种变化,其回传的讯号都是「电压值」的变化。 

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为什幺要改电脑
发挥效率的关键

读到这里,相信大家对于引擎管理系统已经有了初步的认识,接下来我们要问:为什幺要改电脑呢?这个答案很简单,改装的目的就是要提昇性能与操控表现,让车辆的极限提昇,以动力提昇来说,加装或更换涡轮、提高压缩比、或者扩缸提昇排气量,是压榨输出数据最直接的方法,但当我们进行了上述的改装之后,原厂电脑内部的程式是否可以完全对应。

HKS F-Con V Pro为目前国内最红的Full Computer取代型电脑,强大的功能以及多达数十项的补正,可将内部程式调校到极为精细,甚至在改装界有「日系机王」的称誉。

有没有办法发挥效率倒是其次,能否确保引擎正常且稳定的运作就是动力压榨后所遇到的第一个关卡,因为原厂电脑内部的程式在车辆出厂时已经有固定的版本,也就是说在哪个区域喷多少油、点火时机为何等,早已由原厂工程师设定好,即为「Open Loop开路模式」,但当引擎处于异常工作环境时,也就是引擎Check灯亮起时,内部程式会转换为「Closed Loop闭路模式」。

A’PEXi出品的Full Computer—Power FC虽是将近十年前的产品,但在国内与日本的改装界仍占有一席之地,其特色为「专用机种」、对应单一引擎,只要将原厂ECU取下即可直接取代,内建原厂程式安装极为便利,不过流用性不佳是最大缺点。

所谓的「Open Loop开路模式」,意指在原厂程式下,每个区域都有原厂认为最理想的空燃比设定,而含氧感知器会在引擎运转过程中,不断以不同电压回馈给ECU目前所侦测到的空燃比值,也就是燃烧状况,ECU则依据这个讯号,来判别此时供油状况是过浓或过稀,同时不断调整喷油嘴供油量或点火时机,以维持原厂所设定下每个区域的理想空燃比,由于含氧感知器不断回馈讯号,ECU也一直在过浓与过稀状况下反覆修正,这种往复的状况就是所谓的「Open Loop开路模式」。

GReddy e-manage为国内能见度最高的可程式电脑,属于跨接式设计,必须与原厂ECU做串连,功能与运算速度稍差是其缺点,不过俗称终极版或「白金版」的e-manage Ultimate,为目前国内市面上唯一可以破解原厂转速限制的跨接型电脑,运算速度快、功能齐全,重点是价格合理,较能为一般消费者所接受,不过在国内的能见度却不甚高。

HKS F-Con iS为F-Con SZ的后继机种,虽仍属跨接型电脑,但功能与运算速度较SZ大幅提昇,且具备空燃比自动学习功能,可确实找出原厂ECU内部的Close Loop区域,维持全时「Open Loop开路模式」,是目前市面上唯一可对应OBD Ⅱ系统的跨接型电脑,拥有「小V Pro」的封号。

而「Closed Loop闭路模式」,就是原厂ECU在某些状况下不理会含氧感知器回馈的讯号,这些状况通常处于未达工作温度、高负载全油门、或者出现异常讯号、引擎Check灯亮起时等状况,此时ECU会依照晶片内建的异常状况程式来进行供油点火的特殊调整方式,此状况就是「Closed Loop闭路模式」。改电脑的用意就是要让引擎永远处于「开路模式」,也就是正常运作的状态,让引擎能够依照改装电脑内部的新程式来运作,这样才能发挥改装后应有的效益跟输出水準。

单一功能电脑的种类繁多,如早期的外加喷油嘴控制电脑、A’PEXi AVC-R/RSM、GReddy V-manage等,如图中HKS EVC Ⅴ这类的增压值控制器为最常见的单一功能电脑,这类产品顾名思义仅能控制某一项功能,在複合功能的可程式电脑成为主流后逐渐式微,目前市面上仍是以HKS EVC、Sard Tigger等这类控制增压值的产品较为常见。

改装电脑有差异
功能作用各不同 

目前市面上所谓的「改装电脑」,若依照控制项目来区分,则可分为单一功能电脑,以及複合功能电脑二种,所谓单一功能电脑就是仅能控制某一项功能的产品,如GReddy最近发表、针对i-VTEC与VVT-i这类可变气门系统的V-manage,或是外加喷油嘴控制电脑等属之,至于本单元所要探讨的主要是「複合功能电脑」,这类产品大致上可分为「Full Computer全功能电脑」(又可称为「取代型电脑」)、「Sub Computer跨接式电脑」二大类。

可程式电脑的调校介面,通常横轴会设定为引擎转速,纵轴则多为节气门开度(自然进气车款)或者MAP压力值,图中可清楚的看出纵轴採MAP压力值设定,从负压到正压,代表该车辆为涡轮增压设定,HKS F-Con V Pro的调校画面,每个格子代表一个区域,里头所显示的数字即为喷油嘴的喷射时间。

所谓的Full Computer全功能电脑,就是不需跨接原厂ECU,可取代直接原厂ECU直接控制引擎各项感知器者,包括怠速、冷气、节气门、曲轴讯号等,引擎与周边系统的驱动,可以完全由这类电脑来控制,并由使用者自行调校。

这类电脑其讯号来源有些是沿用原厂感知系统,日系机种以HKS F-Con V Pro、Apex’i Power FC等属之,但若遇到信号波形不符时则不可安装,这也是一般日系电脑无法使用在欧系车上的主因;另外,如欧美或澳洲品牌的取代型电脑,几乎都可选购各项讯号专用的讯号Sensor,比如像Haltech E11V2/E6X、MoTec M800、Autronic、Omex等皆属此类,由于引擎各讯号来源皆可换装专用感知器,故不论任何车种皆可使用,不过偏高的价格以及偏向竞技的设定取向,令消费者望之却步。 

除了基本的供油点火设定外,可程式电脑还可依照不同条件设定各项补正功能,所问的补正功能则类似原厂电脑的「Close Loop闭路模式」,只有在达到某些条件后才会开启,这些补正一般较常使用的包含车速补正、ACC再加速补正、水温补正、吸气温补正等,精细的程式则是由基本功能与各项补正重叠而来,图中为A’PEXi Power FC的调校画面。

Sub Computer跨接式电脑,须与原厂ECU做串连,撷取原厂Sensor讯号重新发送处理后的信号来回馈ECU,以「欺骗」的方式,让ECU认为目前引擎处于正常状态,来达到控制空燃比并进行各项补正功能,其控制範围无法涵盖全部,故仍有部分功能(如怠速、冷气等)需交由原厂ECU来执行,但价格较为合理,市面上以GReddy e-manage(Ultimate)、HKS F-Con SZ/F-Con iS、以及AAI全美所引进的Unichips等属之。

可程式电脑调校需要参考依据,这些依据的来源除了Tuner本身的经验外,最基本的配备为空燃比计、爆震感知器(显示型)与爆震监听器。

至于坊间欧系车所流行的「改晶片」其实就是破解原厂电脑的保护程式,以原厂晶片加以重新修改内部的点火程式,这其实是一套系统,在日本的Spoon、Mugen无限等大厂皆以此系统来改写原厂ECU的程式后,就变成所谓的「改装电脑」了。至于日本车所谓的「二楼版」则是在原厂ECU内部的点火或供油控制晶片上,再加上一块重新写入程式的供油或点火晶片,也有用换装的方式,这大概就是目前市面上所谓「改装电脑」所有的种类了吧!

上述二者间最大的差异在于Full Computer软体中供油与点火调校Map格子中所显示的为「实际」数据,如喷油嘴喷出多少毫秒的油量、点火正时多少角度;但Sub Computer则为「补正」係数,通常供油以增减多少「%」、点火则为提前或延后多少「度」,且增减的範围有限,无法得知调校后实际的喷油时间与点火角度等数据。

电脑调校还有另一项基本配备,那就是手提电脑,以及使用产品的调校软体,以目前国内的改装店家来说,软体几乎都不是来自于国内的产品代理商,可能产生的问题在于调校后的程式有时会出现不正常的状况。

加装跨接式可程式电脑后,由于採用撷取含氧感知器所发出的异常讯号,并发送正常讯号让ECU认为此时引擎处于正常状态,来维持全时Open Loop开路模式,以解除ECU对调校时的干涉,但如果原厂ECU的控制功能太强,尤其是新式採用OBD Ⅱ系统的车款,必须确实找出Close Loop的区域,否则写好的程式过一段时间又会被原厂ECU给盖掉,让改装效益大打折扣! 
Option改装常识 
虾密係「OBD Ⅱ」

基本上OBD Ⅰ和OBD Ⅱ这二种都是原车检测系统的名称,在全球环保意识不断高涨下,车厂为了通过愈来愈严苛的废气排放标準,逐渐採用新式的OBDⅡ系统,与传统OBDⅠ最大的差异,在于含氧感知器(O2 Sensor)的数量、含氧感知器的回馈讯号,OBDⅡ系统通常具备二个以上的含氧感知器,而且连接整个系统整合、牵一髮而动全身,比如说供油点火系统与电子节气门、以及防滑系统作串连,在一般驾驶状况下,可以确保车辆「正常行驶」下安全无虞,不过对于激烈操驾却是不适合的。

当车辆在弯中出现Spin时,通常我们会补油门修方向盘来让车辆回到正常路线上,但新的循迹系统与OBD Ⅱ整合后,当感应车辆Spin时,会自动改变供油或点火,此时就算油门踩到穿过挡火墙去还是无法提高转速!这就是上述「Close Loop闭路模式」的一种,也是新型日系车如俗称鹰眼鲨与猪鼻鲨的Impreza GD-E/F Type等,加装可程式电脑后无法调校出理想表现的主因。

透过新系统ECU可精确地控制空燃比,让燃烧效率提昇,同时新型含氧感知器具有回馈功能,让ECU对于空燃比监测更精準、容许误差缩小,但却也意味着ECU的监管功能更强,加装可程式电脑后,Tuner能调整的範围更小、难度更高!  

Option改装常识
电脑调校的方式

近年来可程式电脑成为国内改装主流产品,几乎所有改装店家都在使用可程式电脑,以发挥动力升级后应有的输出实例与表现,不过目前国内的电脑调校方式,几乎都以「路试」为主,也就是装上空燃比计、爆震监听器等配备,先在原地做好基本设定,然后上高速公路一边跑一边调,其实这样是不安全的方式。

在国外,一般都会先在马力机上完成所有设定,之后才进行路试微调的最后整修,但这种方式在国内仅有少部分店家使用,一方面是因为马力机太贵,另一方面是国内店家普遍不相信马力机的数据,先撇开输出表现不说,全程路试其实是很危险的方式,先前南部就曾经有店家在调电脑时不慎发生意外,差点成为植物人,因此笔者在此呼吁店家们,电脑调校时一定要注意安全,尽可能使用马力机来进行调校,这样才能安心调出最为理想的模式。

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