蕩氣迴腸之 排氣管技師一日記事

文賴震宇+攝影Scott+協力廠商巨石工業

排氣管藉用氣壓的原理,配合引擎在低速和高速下擔當回壓及直通的重責大任,同時還肩負減少汙染物和降低噪音的產生,重要性不言而喻;但每天坐在排氣管上方享受行車生活的我們,很少人近距離見識排氣管的完整結構,排氣管怎麼製作也是一頭霧水,因此我們特穿上工作服,前往知名排氣管製造廠實地操作,讓一具一具化廢氣為助力的藝術品成為輔助動力系統的重要角色。排氣管對於車輛來說是十分重要的部分,有人將它形容為將大樓廢水排放出去的水管,藉此將水流形容成廢氣,但我們覺得這樣還不夠貼切,我們始終認為排氣管就如同人體的排泄器官,觸媒轉換器可比擬為肝臟,前中後段鋼管猶如腸道,同樣呈迴路式走向,而廢氣就像排泄物一樣,相信你知道如果把肛門堵起來無法排泄,最後下場會怎樣可想而知;倘若一肚子大便你大概也沒有胃口進食,所以沒有排氣又怎能順利進氣,當然引擎也無法順利運作,更遑論動力的提昇。目前主流引擎設計為缸內直噴,空燃比是影響引擎動力輸出的絕對關鍵,排氣管回壓是左右空燃比的重要靈魂,不像以往的進氣岐管噴射引擎,排氣系統只有單一回壓的直通構造,就能提高動力表現;缸內直噴的引擎,排氣系統需隨著不同的轉速與擋位,變化排氣回壓,達到完美的空燃比,才能發揮引擎完整的動力。

在測量原廠排氣管之前,會先將車輛架上動力計取得引擎的動力數據,以作為之後排氣管設計的參考來源。

排氣管生產流程

原廠排氣管走向及規格確定------〉繪製產品施工圖並製作專屬模具------〉前段岐管、中段及後段各部位彎管作業------〉觸媒及消音器元件製作------)排氣管各段與觸媒、消音器的焊接-------〉安裝至車底並上動力計測試實際動力,並上路進行道路測試

如此重要的車輛構成元件,我們一般只有在愛車回廠保養維修,或者是更換舊管時原廠或改裝部品開箱後,才見識到它的整體樣貌,不過卻很少人知道這些「蕩氣迴腸」的東西是怎麼經過設計而生產出來的,因此此次在獲得國內知名排氣管大廠SRD巨石工業的首肯與熱情協助下,來到讓人好奇的生產鏈上,穿上制服並戴上手套,轉換角色擔任排氣管生產線上的小小螺絲釘!

目前的科技已來到3D測量技術,利用多軸向掃描,便可以精準的獲得原廠排氣管的厚度、內外徑和彎曲角度。

複製原廠排氣走向

當天巨石工業要進行排氣管換裝的是一部七代VW Golf GTI和一部2014年的BMW M135i,原本以為頂多只是一般國產車排氣管製造,知道可以親身嘗試這重要部品的生產來加大德系鋼砲的動力輸出,著實令我們感到莫名的興奮。然而在正式上場製造這些藝術品般的汽車零件前,我們得先耐心聆聽石廠長的行前教育,了解排氣管生產前必須先注意哪些地方?有哪些事前的工作必須預先進行?

其實Faro Arm的操作並不是一蹴可及的,需要經過一段時間學習,才能掌握及操控。

首先,每家排氣管製造商都會委託供應商提供各式管徑、厚度及不同材質的不銹鋼管,巨石當然也不例外,廠內不時備好數量龐大、各種規格的材料做為生產前的選擇。然而要開發一組排氣管第一步驟要做的並不是這個,而是先搞清楚每部車排氣管在底盤下的走法與彎折的角度以及長度等各項條件,並以精準的儀器進行掃描來獲取正確的數字以利接下來所要進行的設計工作;為了完全摸清楚原廠排氣管的設計,實車還要上動力計來測得實際動力,費這麼多工,就是為了讓每組排氣管完美地配合原廠動力系統的設定,如此方能達到最棒的效果。

測量得到數據後,便可以同步透過Faro Cam2軟體模擬出排氣管各段的三維虛擬圖。

基本上要完成那麼多事前工作就必須要有先進的工具,而巨石原本就擁有各式儀器和設備來輔助,因此當我們接下來要獲得生產一具排氣管所需要的一系列數據就沒有那麼困難了。當原廠排氣管拆卸下來後,Faro Arm 3D掃描手臂便派上用場,這部測量儀器可透過前端的探針來量測彎管的曲面,但既然是多軸向三維量測,因此技師在測量原廠排氣管時繞著圓形管柱做多點紀錄,同時利用對應鋼管厚度的鐵片在上面同步進行管道上同一水平面的測量,這樣才能求得完整的數據。而測量的結果不但經由測量軟體提供給繪圖軟體製作施工圖,還可將YBC值傳輸到彎管機。

整個掃描完畢,便可進行開發設計的步驟。

在科技的輔助下,這些原廠排氣管就可以更精準的打造出專屬的模具,有了模具才能在實境上看到排氣管的走向,並清楚掌握到鋼管彎曲的角度,以利後續施工;不過在完整繪出產品圖後,接下來的工作就輪到在二廠的彎管廠內執行了。採用彎管技術的好處,就是可以讓排氣管彎曲的折角更為滑順,耐用度和美感也比直管焊接好太多。其實彎管過程並不需太多人力介入便可完成,原本經過Faro Arm 3D掃進測量軟體的數字是可以直接傳輸到彎管主機內,機械就可以照著標定的數字折出排氣管應有的角度,再將這些數字輸入到彎管機的主機內,然後將所需的材料管插到機具上,剩下的出力動作便交給這些伺服馬達多軸助推彎管機來完成。

這些重要的排氣管中段觸媒不只是一顆顆金屬焊接物,更是做工精細且流量效率極大的高價產品!

剛剛測量出來得到的三維數據,一筆一筆輸入到彎管機裡。

但後面的幾分鐘時間裡,技師也不是完全沒事做,除了在送料後得按下啟動鍵外,還必須監看主機上的螢幕監視彎管機是否如施工圖所示正確執行,而如圖內所見,螢幕上我們也可以自由點選欲觀察的部位,並且顯示出XYZ座標值及YBC加工值,過程中也還可進行測量校正。

將鋼管塞進彎管機台上後,作業人員就必須安全範圍內,以免在彎管過程中被不斷折彎退出的鋼管攻擊。

 

想學做觸媒很難

接下來最重要的就是觸媒轉換器,相信大部分有經驗的駕駛人都知道觸媒的作用,它的存在除了減少廢氣中有毒物質的排放,主要透過貴金屬將一氧化碳氧化為二氧化碳、氮氧化合物還原成氮氣,如此青山綠水才有得保;不過往往許多排氣管的設計為了增強阻隔汙染物的效能,卻犧牲掉排氣效率,也就是流量不如預期。一根好的排氣管之所以能對應車輛提昇動力,關鍵就在於流量的掌握。

從舊款觸媒和新款以燈光照射,可以看出金屬箔片呈現出不同的氣槽模式,這種呈旋轉狀的渦流式金屬片比起以往直通的構造更能提供較棒的流體力學。

 

 

很可惜巨石工業的這顆專利技術的高流量觸媒技術是不外傳的,觸媒都是事先做好等著與前中後段鋼管接合,高難度的製作技術想學也學不來;不過廠長還是十分熱情地拿起目前的渦流式觸媒轉換器和舊款產品向我解說,從外頭看進去就可以看到最重要的部分,也就是以貴金屬箔片做成的蜂巢狀基材,而旋轉狀的金屬片可訂製不同的密度,如此多層的過濾基材就可以在流體力學下於觸媒間產生渦流,高速時也不會產生過多阻力,馬力輸出的影響較小,如此對改裝後的動力提昇明顯有所幫助。

當消音器內部構造完成後,直接以機械代勞密合即可。避免使用人工焊的方式,產生漏焊與日後焊道破裂的可能。

 

 

消音器的製作也是科技結晶

後消音器的構造,簡單來說隔音靠的是交錯的隔板和氣室的原理,讓音波在裡面經由反射最終減弱波長,達到降低噪音的效果,而提供給性能車使用的改裝排氣管不但能提供好的消音效果,更能在多層網狀管和隔板間有效打通,讓氣體流通順暢,但又能兼顧適當的回壓。巨石設計的排氣管很久前就發展出可以控制排氣聲浪和回壓大小的排音器,裡面還有一個兼顧低速回壓和高速全直通的被動式內嵌排氣閥門,不過製作技術太過複雜,我無法在這麼短的時間內完全學會,因此廠長在初步的教學完畢之後,乾脆就讓我自行去操作消音器本體的密封壓合。這個流程並不會太困難,只要留意配合的模具不要搞錯,再把筒狀的消音器放在座上讓油壓機器將上蓋完全密封住本體,然後就大功告成;在進行到一半時,石廠長還贈送一副密封完畢的消音器給我留念,以作為我此次擔任技師的獎賞!

每組消音器的密合也要用到不同的模具,來配合本體不同的尺碼。

為了防止人工焊接產生的不良率導致漏氣或美觀的問題,基本上便無法練就一身魚鱗焊的好功夫,只能乖乖戴上焊接面罩乖乖看它表演。

在排氣前中後段分別完成之後,最後就是針對Front Pipe、Down Pipe、中消、觸媒、消音器和尾管進行焊接的動作了,由於廠內各項自動化機器不缺,因此焊接工程也就不需要像從前一樣只靠人力進行,所以本來想練一下魚鱗點焊的念頭就此打消……想著想著,不到兩分鐘一根排氣管成品便焊接完畢了,依賴儀器不僅出錯率小,速度也快很多,品質也相對穩定。最終我就得以順利地和其他技師將這具排氣管安裝在車輛上,過程中,則親自接上了密合度和耐用度超高的碗狀法蘭,並鎖上近乎藝術品的吊耳掛鉤,能夠如此精準地將排氣管裝置在底盤下,除了技術外靠得就是當初超先進的量測功夫。

 

好想幫愛車造一根

儘管乍看下似乎樣樣都靠機械代勞,自己不需花上過多力氣,但在這個重要的部品生產過程中,我們從設計端到生產端完整領略到排氣管製作的專業技術,一根數萬元以上的排氣管靠的就是這些知識、經驗和毫不妥協的高品質材料才能打造而成,雖然一直很想替自己的老爺車打造專屬的排氣管,但人家開門就是要做生意的,這種公器私用的事還是下次再來好了!

換裝全新排氣管後,精準的走向、順暢的角度和極為理想的流量控制,上動力計後顯示M135i和Golf GTI分別獲得了24.4hp/2.3kgm和12.7hp/4.5kgm的動力提昇,而廠商隨後更進行了100天共5000公里的實際道路測試。

 

排氣管結構圖

A. 法蘭墊片

B. 排氣管岐管,主要功能為排出各汽缸廢氣

C. 排氣管中段,包含觸媒轉換器,主要藉由觸媒中的蜂巢狀基材來過濾汙染物

D. 排氣管後段

E. 後消音器,結構主要為消音棉、內殼和分隔板、內管等構成,高價的後消音器還會內嵌排氣閥門來轉換回壓和直通功能

F. 排氣尾管

G. 吊鉤

 

第37屆達卡拉力賽i‧TAIWAN台灣拉力賽隊1/15迎向最後兩賽段

1月15日又是一個拖車日!2015達卡拉力賽雖然終於脫離了智利阿塔卡馬沙漠的魔掌,但並沒有完全從沙子的噩夢中醒來,今天的賽段在沙地灌叢中進行,加上大會按實際成績混合發車,對落後的小車是天大的災難,馬力強大的卡車又不能見死不救,只好幫忙救車,i-Taiwan號今天在賽段中一路拖救小車,所幸第十一賽段的總里程「只有520公里」,陳和皇在天黑前就抵達Termas Rio Hondo營地,人、車都獲得一個喘息的機會,準備迎向最後的兩個賽段!

 

2015達卡拉力賽逐漸接近尾聲,場上剩下的賽車一天比一天少,能堅持下來的車子和車手,個個精疲力盡,全憑意志力在拚鬥。今天的混合發車;摩托車組先行,汽車和卡車按照前一天的成績排位出發,因卡車組有些跑得比汽車還快,領先的大卡車把平順的路面壓出深溝後,落後的小車根本無法通過。

 

在第一個上坡彎道上,陷住8輛汽車,擋住了賽道,陳和皇和隨後的其他卡車過不去,只好進行拖救,551號Boucou的兩輛卡車直接拖2輛Toyota Land Cruiser過去,i-Taiwan號拖掛三輛小日產衝上500M遠的斜坡, 結果左前葉片鋼板彈因用力過猛斷裂兩片,僅存一片。小心翼翼開了170公里,又拖了4輛小車。因引擎電腦一直斷電,老是熄火,更無法衝坡,只好由CP4出賽道,雖被罰時,但明天一樣可以發車。

 

被i-Taiwan號拖救出來的立陶宛車手Antanas Juknevicius(379號車)不斷道謝,直說能安抵營地,都是拜i-Taiwan所賜。目前比賽已剩下最後兩個賽段,17日即將抵達終點布宜諾斯艾利斯,離完賽近在咫尺,人車無論如何不容再有意外了!i-Taiwan號也抓緊提早回到營地的機會,由MAN的技師用電腦檢修,希望能撐到完賽。

 
 

1/16 i-Taiwan 號跑向達卡終點站前最後一哩路

開賽14天的達卡拉力賽,終於在1月16日來到終點前的最後一站Rosario,也邁進了跑向終點站的最後一哩路。然而賽況即使在最後關頭還是會有變化,卡車組的561號車今天在155公里處的賽段中不幸翻覆,跑在它後面的 i-Taiwan號差點被波及;因為車上三名車手有兩人受傷, i-Taiwan顧不得自己也在比賽中,隨即展開救援,先幫他們把車子翻正,還請技師幫忙他們把車子修到可以上路,所以搞到天黑才重新上路,開往500公里外的Rosario,預計到營地又是半夜,但應可趕上明早的發車,跑向完賽!

 

從Termas de Rio Hondo 到Rosario的賽段,是達卡大會給與賽車手的最後一道考驗,長達近三百公里的特殊路段,跑在長滿灌叢和樹木的鄉間小道間,不時穿插沙漠地形,一不小心就會有翻車的危險,尤其比賽來到第十三天,沒有一個車手不是全身痠痛、眼睛充滿血絲、想睡到不行的,所以隨時都可能發生意外。

 

561號卡車就是這樣,賽段跑到一半,可能駕駛開始打瞌睡,整輛車翻倒在路中央,i-Tawan號的陳和皇雖然今天跑得很順、一路還超了四輛車,結果在賽段155公里處遇到翻車的561號,除了車子故障之外,車上一人肩部受傷、一人手受傷,根本無法動彈,i-Taiwan 馬上展開救援,急Call大會醫療車前來,同時幫他們把車拉起來,但三名車手不願放下車子不管、坐上大會的救援直升機(因為這樣一來,等於放棄比賽,毫無希望了), 所以陳和皇請i-Taiwan車上的技師協助他們換好輪胎,同時校正後軸,直到561號可以勉強上路。直到天色已暗下來,i-Taiwan號才重新上路。

 

由於1月17日最後一小段,從Rosario到終點布宜諾斯艾利斯的賽段只有251公里,已不可能改變什麼,本次的成績和排名大勢底定,所以大家都開得很保守,也大多早早就抵達營地,準備迎接明天的完賽典禮,只有i-Taiwan的567號車,因為救援友車,在發稿的這時間,還孤獨地跑在路上,希望能趕上明天一早的發車,請大家為i-Taiwan號加油!

 

1月17日,1月17日i-Taiwan號即將帶著滿身風霜、奔過終點,請大家給予祝福,並請拭目以待!