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[汽车] 一台斯巴鲁的动力改装历程(JDMxUSDM=JUDM)更新新接线办法

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发表于 2020-11-29 06:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 e987a654 于 2020-12-1 13:39 编辑

关键词:
曲轴(Crankshaft
凸轮轴(Camshaft
主轴承(mainbearing or journal
缸头(Cylinderhead
米线条,塑料线(plastigage
马力机曲线表(dynosheet
马力机(dyno
干式油底壳(drysump system
压缩比(Compressionratio
空燃比(Air-fuelratio
气门弹簧(valvespring
缸套(engineliner enginesleeve
主动阀门控制系统(AVCS
H型连杆,I型连杆(H-beamI-Beam
本篇文章中所有理论都是基于对斯巴鲁EJ系列引擎的研究而来。


7STI没有DCCD,有AVCS,纯机械式差速,这一代的STI和后来STI GR(和丰田GR没关系),GVVAG来的更加纯粹,更加偏向于拉力赛用途,拿来改装更是非常合适的。
而改装对个人来说,首先想到的是增强马力,而增强马力归根到底就是改变引擎空燃比(air-fuelratio),因此通常情况下增强马力都会围绕着以下三点来进行
1, 增大进排气
2, 增大喷油量
3, 增大散热器效率
围绕着三点我们可以得出增大马力和更高的喷油量以及更大的进排气成正比。
         所以一般汽车在原厂情况下,刷所谓的一阶程序大多数是增大了喷油量,毕竟一般原厂设定的喷油量是有不少冗余的;加大头段排气刷所谓的二阶程序(当然不同车型的一,二阶也不相同的,WRX改装进气就算是一阶了)。如果对动力还有更高的追求的时候,那就要改装更大的涡轮,而改装更大的涡轮就需要增大散热器,增大中冷器,改装燃油泵,增大机油泵,增大喷油嘴,升级腹内锻造(活塞和曲轴),升级凸轮轴(以及气门弹簧和钛帽),再辅以刷所谓的N阶段(特调)程序,以此榨干引擎的最后一点潜力。而在此阶段的EJ引擎将很有可能出现拉缸,敲缸,严重到爆缸的结果,毕竟是以牺牲引擎寿命和可靠性换来的马力。因此斯巴鲁的改装爱好者们将在不牺牲引擎可靠性的情况下,同时能最大限度的增大引擎马力是很多斯巴鲁车型的的终极目标。
        在经过无数爱好者的尝试以及多年的研究后,在无成本限制的情况下,最终得出增加引擎刚性大体有两种方案;第一种是在中缸中加装钢套(engineliner enginesleeve),但是这种解决方案并不能很好的从根本上改变引擎刚性。而另一种解决方案则是封闭式水道引擎,这种方案通常被视为EJ系列引擎的最终解决方案,一般斯巴鲁引擎常见中缸的两种分别是:开放式水道中缸和半封闭式水道中缸,这两种中缸都因其制造成本低廉,散热性好而被大规模生产。因为半开放式水道中缸比开放式要能承受更大的压力,因此这类引擎也常和涡轮进行搭配。但是半封闭水道也并非没有输出上线,此类引擎设计可靠出力上限通常被认定为400匹的机头马力,当超过此马力限制,这类引擎的可靠性和耐用性将大幅下降,而这也是大部分网络上常传斯巴鲁易爆的这个梗的重要原因之一(此外还有各种人为因素)。个人认为水平对置引擎的终极形态应是搭载干式油底壳,原厂封闭式引擎,加大水箱等设计(911),因此斯巴鲁EJ系列引擎可以说是妥协众多问题后的产物。
2.1.JPG
EJ207中缸
2.2.JPG
开放式水道

         所谓的封闭式水道引擎就是通过大幅度减少引擎缸体的水道(只留下必要部分),来增加引擎整体的刚性,以期获得更可靠的马力输出。因此封闭式水道引擎也常常见于各种高性能汽车之中,而很多被传颂为一代传奇的引擎也大多采用这种水道设计,比如三菱的4G63T,丰田的2JZ,尼桑的RB26,宝马的B58(这一代supra已有上千匹的案列)等等。这种引擎在经过腹内升级后,往往能承受超过千匹马力的输出。缺点的话就是制造成本昂贵、油耗增加、水道的减少带来的散热问题(加大加多散热水箱可改善此类问题)等问题。但是动辄能承受上千马力的输出,这些缺点也就显得微不足道了。
         事实上斯巴鲁在上个世纪8090年代曾生产过一阵封闭式水道引擎,在1993WRC上,科林获得当年的N组冠军的力狮 RS就是采用的封闭式水道设计的EJ20引擎。但是在一般民用市场,由于考虑到油耗等各种因素,斯巴鲁于90年代初将此类引擎修改为变为开放水道设计搭载于初代STI上,1997年改为半开放水道设计搭载于后期型STI上并沿用至2020年。

原厂的EJ207开始出现不明原因的油液混合的乳化的情况,诡异的漏油漏水,在经过几次拆解后,始终无法发现到底是哪里开裂了(有可能是斯巴鲁祖传的oilcooler出了问题),最终决定干脆更换一颗全封闭式水道引擎EJ257,以期获得更好更可靠的马力出力。

1.jpg

前文提到过斯巴鲁原厂97年后再就没有在生产过此类引擎,因此这种后期改装的引擎也不同于原厂的铸铁或铸铝整个制造出来,而是通过半封闭式水道引擎改装而来,大体上就是用CNC精密切削出只留下必要的水道部分模样铝块,再安装进中缸,再通过某些特别的办法把铝块和引擎合成一个整体,从而达成的全封闭式水道引擎一样的效果,下面是大概的制作过程,有兴趣的可以读一下(来源ADS)。
Plates of 6061 Alloy are pre-cut before theCNC machine precisely machines out the deck insert.
The factory semi-closed deck bridges areinitially machined out in a staged process.
A super-fine carbide is then used to machinethe specific finish required for the insert.
The block is then cleaned, measured andchecked for insert tolerances.
After the billet plate is secured to drillingblock, our designated bore template is milled out of the plate alloy.
The inner block wall template is alsomachined.
A super-fine tungsten carbide is then used tomachine the insert to collaborate with our designated block tolerances.
Notice the polish finish achieved once themachining process is complete.
A finished 6061 plate alloy insert ready forinstallation.
The alloy insert is then pressed into theblock.
The block is then set up on the CNC bed toallow for surface milling.
A milling carbide is then used to machine theinsert protrusion down to 0.3mm above the bore surface.
Coolant galleries are bored into the alloyinsert following a specific template based on the most efficient cooling portflow design.
Block bolt ports are also drilled out of thealloy insert to allow for assembly.
A super-fine tungsten carbide is used topolish the alloy galleries and ports.

  EJ207的全封闭引擎现在有德国,以及澳洲的改装店在生产。德国还有在生产全CNC制造的EJ207引擎(Youtube上有),但是价格已经到了惊人的一万多欧元,考虑到后期保养,以及各项成本等因素,选择在北美更加成熟的EJ257引擎则是一个理智的选择。而北美改装EJ257的全封闭式水道引擎有名的主要是这两家改装厂生产,一家是OutFront motor,另一家是IAG。最早选择的是OutFront EJ205为基础开发的全封闭式引擎,价格虽然看起来便宜,但是实在是性价比不高,EJ205除了转速响应比EJ257快了许多外,其他各项指数均被吊打,而且比起买一台EJ205全封闭引擎的话,我更倾向于购买一台TomeiEJ207为基础的扩缸版本的EJ21,但是可惜已经停产,价格同时也超出预算太多。而网上有个说法又是OutFront EJ引擎封缸的时候并不完全封闭,也就是只封两边,但是底部不封。回个头来IAG就没有这个问题了,并且IAG的产品系列完善,每个阶段的EJ257系列通过出力区分为stage1stage N,我则选择了更偏向于日常使用的stage2.5,机头最大出力为675BHP,轮上最大约为561WHP的一颗全封闭引擎。
2.jpg
这是第几次被拆出来了。。
4.jpg
全新IAGstage2.5封闭式中缸,活塞则是IAG 99.75mm的轻量化锻造活塞。
5.jpg
另一面,可以看到和之前的EJ207水道有明显不同
6.jpg
Tomei的引擎用不起(溜溜哥牛逼),缸垫来一套
7.jpg
上缸垫!
8.jpg
与207的缸头合体
豆知识:
The EJ207 has an 8.0:1 compression ratio.
All IAG EJ257 has an 8.2:1 compression ratio


写到这里大家可以发现EJ系列引擎的极强的通用性,USDMEJ257能完美塞进JDM的二代STI也是多亏与此,要知道同时代的并没有相对应的USDMSTI,无论斯巴鲁在这里是否是有心还是无心之举,这个做法都成功的使STI这个系列得以延续下去,即使不同时代的STI也有很多零件是通用的,这种零件的通用性使得试错的成本变得极少,结果就是针对STI车型的各类改装厂商就变的普遍起来,比如cosworthaccessport,这些厂商最初也是通过斯巴鲁STI这个车型成长起来的。而写这篇的初衷也是希望更多地是科普一些斯巴鲁的相应的引擎理念和一些简单的知识,一个原因是国内对于封闭式水道引擎的介绍较少,另一个就是之前在网上看到有4代的WRX车主声称下一代的WRX将使用丰田GR改的Yaris民用版的三缸引擎的时候,就感觉有点匪夷所思了。如果斯巴鲁不用水平对置引擎的时候,估计那会就应该改名为丰田群马制造所了。
10.JPG
保持原厂样子的JDMxUSDM=JUDM


然后在之前改装基础不变的情况下(资金苦难),加大水箱。以此设定为基础最终目标则是发挥涡轮的最大出力,进入轮上400匹的领域(Canada Petro 94)。
9.jpg
趁着下雪前赶紧送去上马力机。

TT Automotive BLUE STI.jpg
最后结果最大动力是[email protected],最大扭力则为[email protected],说实话对这个数值不是很满意,非常保守的一个数值,但是也不敢再强求了。虽然新中缸做了break-in,但是实际上还需要再跑5000公里左右到第一次换油,引擎才算是磨合结束。
为什么要送去上马力机?第一个原因是原厂ECU的设定并不能满足现有引擎的需求,甚至会对引擎有损伤。第二个原因是虽然很多改装品都会标榜自己能增加多少马力,但是始终是需要一个标准的,比如说很多性能车在广告中都会写自己马力是多少,但是也同时都会标明是在多少转速下,几档下产生的马力以及扭力。而sti这类六档手动车大部分时候用的是三档来测出引擎的最大马力和扭力。
豆知识:
1马力等于在一秒内拉动75公斤/米(这里解释对应的应是公制马力,下面的公式对应的是英制马力,由于我的车最后是在英制马力机上得出的数据,就不再修改公式了,感谢48楼老兄指正,正确表述请参考48楼)
因此我们可以得出公式
马力等于(扭力X RPM )/5252
因此可以在这里假设,如果一辆车原厂50扭力,红线是6000转,除于5252,因此得出车的马力为57hp
假设红线上升到7000转,其他数据不变,而马力则变为67匹,增加了10
当然现代汽车大部分不用达到红线就能达到最大马力,所以一般车公布数据的时候会有两个数值,以15sti为例:
310 @ 6,000 rpm Horsepower
290 @ 4,000 rpm Torque
豆知识:break-in是将全新设备/机器调整到能正常工作状态。
复盘一下为什么动力没有达到400whp,虽然没有完全磨合是一个原因,动力输出的部分也有拉胯的地方,比如那颗涡轮实际上是EJ207专用,原厂位中冷也很大部分限制了引擎出力(实在是不爱割前脸),最大的盲区其实是沿用了原厂的凸轮轴。
虽然更换了重气门弹簧和钛帽,但是EJ207的凸轮轴也限制了进排气量。
凸轮轴的作用是什么,通过转动,打开进气和排气气门弹簧,从而影响进气量,影响引擎转速。
改装凸轮轴的用处:1,增加进排气量(气门打开距离增加)2,增加进排气时间(原厂能打开256度,而BC改装品则可以打开268度)。具体如图所示:
无标题.png



引擎部分就这样吧,我也是最后不得不妥协,再怎么折腾下去也确实是没有头的。
11.JPG
现在开始糟心电装,内饰和车身部分,计划是把现有的一些闹心的小问题的部分修好后就不再折腾了,每年夏天拿出来跑跑也是件很开心的事情。

结语:
最近丰田也已经宣布下一代的GT86车型将是搭载了FA24后驱车型,个人认为 WRX将还是搭载FA20及涡轮的四驱车型,而新一代STI将搭载FA24引擎的四驱版本,马力不好猜测,希望能像之前说的那样到400匹吧,不过由于受到丰田的影响,难保普通版STI数值将趋向于保守,已腾出市场空间来给SUBARU STI S210
一个人的改车始终是有很多不如意的地方,首先受制于技术,场地,环境都有很多限制,其次就是技工的实际素养,由于很多自己技术或者知识不到位的地方,所以也留下了很多遗憾。现在很多时候结果已经不重要了,重要的是是否享受了过程,学到了东西。
最后回归一句话
玩得开心就好。
还有一句话
小改怡情,大改伤身。

End

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评分

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发表于 2020-11-29 09:54 | 显示全部楼层
铝块“粘合”出来的封闭水道就,虽然厂商可以不停的尝试找理想材料。但是内部应力和一次成型的比还是差点。1万多欧还是有道理的,是给冲击极限的玩家折腾得
发表于 2020-11-29 11:06 | 显示全部楼层
最好还是在一个帖子里保持更新...
发表于 2020-11-29 11:54 | 显示全部楼层
好贴,国外果然玩STI方便多了。国内连行货都没了。差距鲜明。
发表于 2020-11-29 11:58 | 显示全部楼层
极其羡慕国外的改装环境,北京这么改过几年估计找黄牛都验不过去了

老板,有几个字打错了,建议改下。
气门“瘫痪”(valve spring)“钢”套
发表于 2020-11-29 13:31 | 显示全部楼层
你这个太猛了。。。技术贴
发表于 2020-11-29 14:46 | 显示全部楼层
我怎么眼里看出来的都是钱啊。。。
发表于 2020-11-29 15:38 来自手机 | 显示全部楼层
全是钱全是钱。
发表于 2020-11-29 17:35 | 显示全部楼层
组装发动机是不是要在特定的气温和湿度条件下,不然久之抖动和磨损会加剧。
发表于 2020-11-29 19:05 | 显示全部楼层
易爆啊易爆啊。

真玩车
发表于 2020-11-29 20:58 | 显示全部楼层
像这样认真且满满干货的帖子会越来越少,像楼主这样还有热情玩内燃机的人也会越来越少,珍惜当下,我收藏帖子了。话说下一代STI有可能上插电混动系统吗?隔壁本田typeR可是有消息说是插电混动+四驱模式了。。。
发表于 2020-11-29 21:38 | 显示全部楼层
SubiPerformance看看这个油管UP主。。。。
弄过一台全CNC缸体的EJ257
发表于 2020-11-29 21:48 | 显示全部楼层
国外改车环境真好,斯巴鲁改装件都多,我傲虎的脚垫国内都没卖的,还得海淘
发表于 2020-11-29 22:07 | 显示全部楼层
PhysX 发表于 2020-11-29 17:35
组装发动机是不是要在特定的气温和湿度条件下,不然久之抖动和磨损会加剧。 ...

做极限动力的车 发动机组装确实有温度湿度要求 貌似是要求在 一个温度湿度范围内进行组装 然后上那种台架进行测试  在测试的同时 其实也是安装的一部分  在运行测试阶段 整个发动机会热起来 来消散一些设计的应力什么的
发表于 2020-11-29 22:19 | 显示全部楼层
wwttwwyy 发表于 2020-11-29 14:46
我怎么眼里看出来的都是钱啊。。。

你肤浅了 玩老车 钱只是门票  有钱 才有票能进去玩 进去玩的好不好 得看你有没有时间 有没有精力去折腾 去查阅资料 参数 案例 得钻进去 毕竟这种车不像玩BRZ 基本买本天书 准备好钱 直接就可以找改装店下单等安装了 其实挺无趣得

玩这种车 最痛苦的就是你永远得不到一台完美的车  最快乐的也是你永远得不到一台完美的车 但是一直在为这个目标而努力
发表于 2020-11-29 22:25 来自手机 | 显示全部楼层
加村的话我这里有一家做close deck的改装店,lachute performance,他家自己的short block也不错,见过570whp的二手他家改出来的车在卖
发表于 2020-11-30 00:00 | 显示全部楼层
replace 发表于 2020-11-29 22:19
你肤浅了 玩老车 钱只是门票  有钱 才有票能进去玩 进去玩的好不好 得看你有没有时间 有没有精力去折腾  ...

最痛苦的就是你永远得不到一台完美的车  最快乐的也是你永远得不到一台完美的车 但是一直在为这个目标而努力
 楼主| 发表于 2020-11-30 00:51 | 显示全部楼层
Pale_Cheung 发表于 2020-11-29 09:54
铝块“粘合”出来的封闭水道就,虽然厂商可以不停的尝试找理想材料。但是内部应力和一次成型的比还是差点。 ...

没错,CNC是追求极限玩家的。这种后改水道的也是一种成本妥协的产物,毕竟EJ257的原厂中缸太多了。
 楼主| 发表于 2020-11-30 00:53 | 显示全部楼层
nApoleon 发表于 2020-11-29 11:06
最好还是在一个帖子里保持更新...

嗯,下次注意轮大,不过下次肯定是换车了(XD)。
 楼主| 发表于 2020-11-30 00:55 | 显示全部楼层
56413477 发表于 2020-11-29 11:54
好贴,国外果然玩STI方便多了。国内连行货都没了。差距鲜明。

是,如果都是买同一个改装配件,北美这边能少花至少一半的钱。
 楼主| 发表于 2020-11-30 01:00 | 显示全部楼层
123123123 发表于 2020-11-29 11:58
极其羡慕国外的改装环境,北京这么改过几年估计找黄牛都验不过去了

老板,有几个字打错了,建议改下。

已修改,谢谢指正。
 楼主| 发表于 2020-11-30 01:18 | 显示全部楼层
PhysX 发表于 2020-11-29 17:35
组装发动机是不是要在特定的气温和湿度条件下,不然久之抖动和磨损会加剧。 ...

是,对中缸组装是有环境要求的。IAG的引擎部门在组装中缸的时候有个专门两道密封门的房间。
 楼主| 发表于 2020-11-30 01:33 | 显示全部楼层
本帖最后由 e987a654 于 2020-11-30 01:39 编辑
DouglasWater 发表于 2020-11-29 20:58
像这样认真且满满干货的帖子会越来越少,像楼主这样还有热情玩内燃机的人也会越来越少,珍惜当下,我收藏帖 ...

有可能,四个原因,一是会遵循过去的惯例,日规欧规都是2.0,美规则是STI为2.5,WRX是2.0。二是欧洲和日本越来越严格的排放法案。三是市场定位始也要分开级别。四是受丰田影响,听说丰田一直在推自家的混动。,因此日规下一代STI也有可能是2.0+轻混,wrx还是2.0,欧规会跟进。美规没有那么多限制,就还是很有可能是纯2.4+涡轮。我感觉下一代美规WRX不值得买,北美的话新STI如果搭载FA24还是有可玩性的。
 楼主| 发表于 2020-11-30 01:35 | 显示全部楼层
jasonbourne1002 发表于 2020-11-29 21:38
SubiPerformance看看这个油管UP主。。。。
弄过一台全CNC缸体的EJ257

对,就是他家是德国的。EJ20/25都有CNC中缸在卖
 楼主| 发表于 2020-11-30 01:47 | 显示全部楼层
本帖最后由 e987a654 于 2020-11-30 01:53 编辑
replace 发表于 2020-11-29 22:19
你肤浅了 玩老车 钱只是门票  有钱 才有票能进去玩 进去玩的好不好 得看你有没有时间 有没有精力去折腾  ...

是,靠的是对斯巴鲁的执着,热情,坚持以及情怀。不过玩的现在也懂了永远都到不了那台自己心目中的那台车,票子有价,时间无价。妥协有时候对自己是种宽容。
之前听溜溜哥最新的相声说要改改自己的斯巴鲁,说到最后说我这车能卖多少钱的时候,真心是理解他的这种心态,更何况他还是自己开店的,有一个技术团队支持他。

 楼主| 发表于 2020-11-30 01:50 | 显示全部楼层
郁金香 发表于 2020-11-29 22:25
加村的话我这里有一家做close deck的改装店,lachute performance,他家自己的short block也不错,见过570w ...

魁省那是加村的另一个世界了哈哈。改车的时候还真的没有往那边想了,搞不好关税还便宜不少钱。。
发表于 2020-11-30 02:02 | 显示全部楼层
e987a654 发表于 2020-11-30 01:47
是,靠的是对斯巴鲁的执着,热情,坚持以及情怀。不过玩的现在也懂了永远都到不了那台自己心目中的那台车 ...

我挺喜欢他那份热情的 刚好我和他同样在天津 所以经常去他店里....
 楼主| 发表于 2020-11-30 03:50 | 显示全部楼层
replace 发表于 2020-11-30 02:02
我挺喜欢他那份热情的 刚好我和他同样在天津 所以经常去他店里....

他是真牛逼,期待他Tomei的EJ26最终完工,放眼全世界也没有几个人玩过这台整机(long block)。如果有机会也想去拜访一下,观摩欣赏一下这台神机。
发表于 2020-11-30 08:47 | 显示全部楼层
虫眼这一代太毒了,可惜国内少之又少,不说WRX和STI版本,普通豹子都难找。
发表于 2020-11-30 09:05 | 显示全部楼层
这年头,愿意和有财力折腾中缸的玩家,不多了……
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