台灣 E30 M3 賽車改裝－PONPON的部落格

文章轉載自:

http://chihchin.myweb.hinet.net/Motorsport.htm

2008年03月15日

兩年前經由朋友(開著AE86在TIS玩甩尾的Michael)的介紹到當時台灣唯一的合法賽車場 (龍潭賽車場, Taiwan International Speedway 簡稱 TIS )體驗了在相當安全的環境裡盡情享受狂飆樂趣之後, 傑西就開始投入賽車活動. 因為在封閉的場地裡不必擔心會危害到其他用路人的安全, 而自身的安全因為有安全帽及防滾籠及路旁輪胎牆的保護, 車手可以盡情去挑戰自己能力或車子性能的極限, 雖然TIS場地不大全長只有1.6公里彎道多而且有些路段路面品質不佳, 是屬於高難度的挑戰, 因為多彎所以車子操控性及底盤設定很重要, 因為路面不平所以懸吊系統的彈簧磅數與組尼的搭配要恰當. 但這些都是駕駛樂趣的所在, 如果只是靠車子性能在高速公路飆到時速300公里, 那只需要用右腳採住油門就好了啊!

決定要參與賽車活動的第一件事就是找一部適合的車, 比賽車一定要手排車而且要後輪驅動才有樂趣, 經過一番研究之後, 決定BMW E30 M3 是最佳選擇, 這部車是當年BMW Motorsport GmbH為了參加世界房車錦標賽(WTCC)A組比賽而設計. 為了強化空氣動力效應, 採用車身前後擾流板、稍微提高的後風擋及行李箱蓋、後尾翼、側裙腳及凸出的葉子板(有20個外觀鈑件和一般E30不同), 不但使風阻係數降到0.33(其他E30系列是0.38), 而且增加高速行駛的穩定性. 底盤有部份是採用當時五系列的零件, 動力部分是著名的S14引擎 ( 2300 c.c.四汽缸雙凸輪軸十六汽門四喉直噴). 市售版是200匹馬力, 原廠賽車Group A調到300匹 (1990年改為2500 c.c.調到370匹). 在1987到1992期間, BMW E30M3多次在德國及歐洲房車賽中奪冠, 甚至Rally越野賽也交出亮麗成績單. 目前在國外還有很多人用這台車參加一些業餘比賽, 網路上也有相當多改裝資訊可以參考, 零件也不成問題, 這就是我選擇用E30 M3來參與賽車活動的原因.

為什麼用四缸而不用六缸?

根據媒體採訪當時參與設計E30M3的工程師們的結論,"前置引擎後輪驅動車(FR)要盡量減少車頭重量以平衡前後配重進而增進操控性, 而且四缸引擎在高轉速區域有更大潛力. 而且根據BMW以往在M1和M6的四氣門汽缸頭設計所表現出來的成果, 我們決定把M6的汽缸頭切掉兩汽缸來搭配四缸引擎, 測試結果也是如預期的令人滿意", BMW強調的是車輛操控性而不是以渦輪或機械增壓的馬力. 其實BMW早在1969年就用當時歐洲第一部量產渦輪增壓房車(BMW2002)參加比賽, 對於渦輪增壓的潛力與Know-How也相當暸解, 但是公司高層決定未來是專注於自然進氣的研發, 這就是為什麼BMW在後來都沒有生產渦輪增壓車, 但是在自然進氣的領域能遙遙領先的緣故.

當時會決定買下這部車是因為在試車時可以感覺到它的馬力和一般M3 2.3L有明顯的差距, 前車主說引擎部分零件已經改裝2.5L的套件, 後來志倫改裝廠(XYZ MotorSports)的鍾先生也證實這部車是在他店裡改裝了2.5L的套件,包含活塞、連桿、曲軸以及SCHRICK進氣284度及排氣276的凸輪軸

拿到車之後去龍潭試了幾圈的感覺是, 這部車真的有潛力, 套一句BMW廣告詞- The Ultimate Driving Machine. 但是畢竟是市售版的M3, 還有很多要加強的地方, 在參與比賽的同時, 我也逐步進行改裝計畫, 經由朋友介紹而認識格立特的大肥及二哥, 由於他們實際參與國內外賽事的經驗累積相當多的KNOW-HOW, 我決定委託格立特來進行改裝計劃. 由於在國內把E30M3徹底改造成賽車的例子這算是頭一遭, 改裝零件也只限於道路強化版. 在國外網站上找到一些改裝案例把資料列印出來和格立特討論後, 再和國外廠商溝通確定要購買的零件. 東西陸續寄來, 我們也忙著研究如何正確安裝這些改裝品. 而在改裝過程進行到某個階段時我會去賽道試車, 甚至參加比賽, 這樣才能體驗出改裝了哪些零件會造成哪些改變, 在過彎時或加減速時操控上會有哪些變化. 就像格立特二哥告訴我說:"車手要和車子一起成長". 沒錯! 經過了這段過程, 我能體會二哥這句話的意思.

以下是這部車的改裝過程

首先要減輕車重, 這是最不花錢就能感覺出加速變快、煞車距離縮短、過彎更靈活的方法. 拿掉備胎、拆除內裝及後椅墊、前座椅改賽車椅, 可以減掉約70公斤, 但是減掉的重量大部分是後軸重, 會造成前後配重不平衡, 拆除冷氣系統及改用輕量化引擎蓋可以減少前軸重, 拆除原廠在後座底下的鐵製油箱改用放在備胎位置的ATL硬橡膠製賽車用防爆油箱不但減輕十公斤, 更把重心往後移動, 在網路上尋找輕量化引擎蓋時發現前後保桿及玻璃都有輕量化套件, 就一起買下來了. 天窗既然都拆掉(除了馬達及齒輪組拆掉, 天花板也切掉一大片原先是天窗藏身用的鐵皮)兩側車門電動窗也就改手搖式(託朋友到美國買原廠手搖車窗零件), 拆除內裝及原廠一些電動配備之後, 一些用不到的電線也沒有必要留下來, 但是又不能整串線路拆掉, 畢竟像車尾燈,ABS...要用到的還是要保留, 上網去尋找善心人士Post的E30M3線路圖也費了一番功夫. 內裝拆除後, 把防滾籠焊在車體(前後八個固定點加上A柱和B柱), 在車身主要受力部分以點焊強化, 格立特在這方面的技術有一定水準,

接下來是底盤部分, 防傾桿在連大買到我要的前後可調的套件, 避震器就很傷腦筋, 因為之前車主已經改用Bilstein 的改裝套件, 是設計給道路用並不是賽車用途, 阻尼及車高都不可調, 雖然車高已經降低約兩公分, 我想找一套前後組尼可調以搭配不同磅數彈簧, 高低可調以便四輪配重. 找遍各大避震器廠商, 都沒有我想要的, 後來終於找到美國一家專門研發避震器的公司Ground Control, 同時也是著名的德國Eibach彈簧在美國的經銷商, 他們推出的E30M3避震器套件包含前後魚眼上座, KONI 前後阻尼可調減震筒(內部閥門孔徑改過), 前後高低可調的彈簧固定底座, 前後ERS (Eibach Racing Spring) 競技用彈簧, 磅數可以自由選擇. 我覺得他們的產品是物超所值.

在一開始和Ground Control研究要如何搭配彈簧時, 老美似乎無法想像我所形容的龍潭路況, 寄來的彈簧是他們認為最軟的比賽用彈簧, 前面8.5 後面11.6公斤, 測試的結果是在龍潭算太硬, 如果是較平整路面就會剛好, 再打電話告訴他們測試結果後, 寄來前面5.8 後面8.0公斤的彈簧, 測試結果很好, 去年飛得力杯用SS595輪胎跑一分八秒多, 後來在練習時用ContinentalCSC2跑出一分七秒半. 2005年四月參加FHM男人幫超跑組改用Bridgestone RE55S輪胎, 跑出一分五秒九成績, 但是由於輪胎抓地力增加很多, 在加速時會明顯感覺到後車身往下沉, 以及在過彎的時候由於速度加快造成車身傾斜幅度增加. E30M3後懸吊是採用後掠角十五度的半拖曳臂設計, 車身降低三公分就會造成後輪Camber負一度的改變, 同時後輪的Toe-in也會增加以造成Understeer的現象, 但這是為了符合量產車的安全設定, 但是後輪Camber負角太多會造成加速時後輪空轉. BMW原廠Group A賽車的拖曳臂角度改為12度, 所以Camber及Toe的改變不會太大, 但是要把拖曳臂改成Group A規格是很大的工程, 把彈簧換硬一點但又不至於彈跳會是比較務實的做法, 畢竟11.6和8公斤之間還有很多的選擇.

在研究如何搭配適當彈簧的過程我才發現為什麼原廠或是一般改裝套件的彈簧為何要做成類似橡木酒桶的樣子, 因為BMW的後懸吊設計是把減震筒和彈簧分開, 如此一來可以減少避震塔的負荷, 而且能增加後行李箱的容量. 由於彈簧是放在較靠近支點的位置所以要用較硬的彈簧(槓桿原理), 而且要用較短的彈簧, 否則車身會提高, 但是又硬又短的直捲彈簧可用行程太少, 一旦彈簧被壓縮到極限時(可用行程用完)就會產生所謂COIL BIND的情形, 也就是彈簧的線圈彼此碰撞而無法再吸收任何振動. 酒桶型的彈簧因為每一圈線圈的直徑不同, 所以不容易產生線圈彼此碰撞的問題. 下面的圖表是根據後輪軸上下擺動時在彈簧所在位置造成上下位移的對照表(感謝Gustave提供), 套入公式計算出彈簧真正承受來自輪軸的壓力是要乘以4.5, 由於即使相同磅數的彈簧但是長度或內徑不一樣會造成可用行程的不同, 在EIBACH的網站找到ERS各種尺寸及磅數的規格表, 接下來就是計算出不同內徑及長度的彈簧裝在車上的車身高度及靜態中彈簧被壓縮了一部份(後輪重扣除後輪總承的重量會造成彈簧壓縮)剩餘的行程夠不夠用. 研究的結果是選用一組行程夠用但是車身會稍微抬高的彈簧, 這時我才瞭解為何Ground Control當初不建議我用10公斤的彈簧, 因為用五吋的彈簧行程不夠用會造成COIL BIND, 而六吋的彈簧既使把調整座降到最低還是會有車身提高的現象. 但是我發現把原來Ground Control所用來調整車高的底座(約半吋厚)拿掉後, 車高就能降到我預期的高度. 試車結果非常滿意.

傳動部份因為考慮到TIS多彎的特性, 由於前車主已經改用SCHRICK進氣284度及排氣276的High Cam, 引擎轉速在四千轉以下動力輸出和高轉速有明顯落差, 我把美規和歐規變速箱的齒輪比利用EXCEL程式繪圖比較之後, 發現用歐規變速箱搭配原來美規終傳會是龍潭及山道的完美組合, 但是E30M3歐規變速箱在台灣是奇貨可居, 最後是透過連大才找到歐規的密齒比變速箱, 試車結果非常滿意. 再換上BMW Z3 的排檔桿, 縮短換檔行程約1/2. 離合器是採用強化離心式離合器, 運用彈簧片上鐵塊旋轉產生離心力增加壓板力道以防止離合器打滑. 原車出廠已經配備25%的LSD, 我只將蓋子改為BMW M- Coupe的零件, 多了一大排散熱片, 提升散熱效果.

關於動力提升的部份曾經有人建議我直接改用E36M3引擎, 但是我希望維持當初BMW工程師們的理念, 充分發揮這顆S14引擎的潛力. 根據國外一些專門討論E30M3的網站上的研究結果, 我決定採用口碑相當不錯的一家德國公司(MAXX)設計給E30M3專用的外掛電腦加上碳纖維集氣箱, 這個系統叫Alpha-N, Alpha是角度(也就是節氣門角度), N是轉數(引擎轉數),電腦的作用是把原來車上的空氣流量計拆除改用節氣門角度感應器TPS, TPS及空氣溫度信號透過外掛電腦再送到原車電腦ECU, 由於ECU會根據空氣質量來決定供油量以達到預設的比例, 市售車為考慮到油耗及空污因素一般是設定在14.7:1, 也就是14.7公斤的空氣配上1公斤的汽油, 稱為Lambda λ=1, 實際上要提升馬力而不考慮油耗的方法就是把空燃比調到12.6:1(λ=0.86,這是德國BOSCH提供的數據), 也就是12.6公斤空氣配上1公斤汽油. 但是原車電腦採用的Closed-loop封閉式迴路運用O2 sensor(含氧感應器)來維持預設的混合比來維持原廠公佈的油耗數據. 而外掛電腦是以欺騙的方式告訴主電腦因為空氣溫度較低(密度增加造成質量增加)要提供多一些油, 至於要增加多少就是根據MAXX外掛電腦連接到PC電腦的3D介面由使用者來調整.

以下是傑西的E30M3改裝明細

防傾桿-為了日後可以根據不同賽道以便底盤可以靈活設定, 我選用Racing Dynamic 前後皆可調整防傾桿(前21mm後19mm), 加上美國TMS(Turner Motorsport)的防傾桿與車身固定位置專用強化套件, 以避免車身受損

限滑差速器(LSD)的散熱-原廠配有25%的LSD, 在多彎賽道中要加強LSD的散熱, 根據國外車友的建議, 我改用BMW原廠M-Coupe的差速器蓋, 多了底下的散熱片

圖左是原廠E30M3差速器蓋圖右是M COUPE的差速器蓋

　

機油底殼隔板 - 改用TMS隔板防止在彎道中機油幫浦吸不到油而造成引擎損壞. 右圖是原廠隔板和TMS改裝品的比較, 改裝品把隔板高度增加約三公分

賽車桶型座椅及多點式安全帶- RECARO SPG 座椅及OMP六點式快拆安全帶

斷電開關- 萬一有意外發生時, 救援人員可以從車外切斷全車電源, 以避免電線短路及汽油幫浦持續供油造成大火

防滾籠及車身點焊及副車架強化- 採用FIA認證的 OMP多點式防滾籠焊接在車內並延伸到前避震塔, 車身主要受力部分加以點焊, 引擎腳周圍再焊上TMS的強化套件

密齒比變速箱及強化離合器- 為應付龍潭多彎賽道, 改用歐規密齒變速箱以避免動力輸出的落差. 以下圖表可以比較兩種變速箱在不同轉速和車速對應的檔位. 離合器是採用強化離心式離合器, 運用彈簧片上鐵塊旋轉產生離心力增加壓板力道以防止離合器打滑. 排擋桿改用BMW Z3的排檔桿以縮短約1/2換檔行程

車身輕量化及配重- 拆除所有內裝, 拆除冷氣系統, 更換FRP纖維前後保桿及引擎蓋, 電動窗改為手搖式 , 拆除天窗及天蓬, 五片玻璃(除了前擋風玻璃)改用LEXAN材質(也就是PC板 Poly Carbonate), 拆除原廠在後座椅下的鐵殼油箱, 改用ATL 45公升防爆油箱放在行李箱的原備胎位置以平衡前後配重, 總共減輕約150公斤但是增加防滾籠約30公斤, 目前空車重為1075公斤, 加滿油1105公斤. 前後配重51:49