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专业人物语

排气系统改造论 找回失去的动力

文:Dr.Chen
每个车主都在问排气管该改什么?在解说粗细、类型、材质等等的疑虑之前,先来了解排气管的本质。
原厂设计屈就成本
引擎性能受限封印


        四行程引擎的设计,原本就把进排气行程独立分开,造就成一个可完全燃烧之设计,也因为独立进排气行程之设计,让燃烧过之废气,有充份的时间排出;空出气缸之空间,以便吸入更多更密集的新鲜空气,来使引擎有更良好的输出功率。但由于引擎之缸数多,各缸间无法有独立之排气管,同时需考量噪音、空间整体配置与量产成本之因素,排气管只沦为消音及排除冷却废气之功用!量产下之排气管,于是就有不够顺畅之问题生成,进而降低了引擎性能!在探讨改装排气管是否增加多少马力之时,是否也可谓之寻回多少漏失之马力,发挥原输出之本能?

        排气管之顺畅程度,可称之为回压的多寡,也就是排气管内部之阻力。阻力大小和头段的设计角度、中尾段的管径粗细/触媒大小、总体长度和弯曲角度、尾部消音器之回路都有相当之关连。改装排气管主要的用途,是在于减低回压让、进排气的运作交替更顺畅,也可谓增加气门重叠时间之延伸;故此可改变引擎之特性、转变扭力输出时机、提升高转速的反应和流畅度。

回压/尺寸有利有弊
过与不及都属缺陷


        机械设计本属物理之现象延伸,话说有利必有弊;减低回压有助于排气顺畅,对于高转速是好的,但过低之回压使得排气管毫无阻碍,中低转混合气在未完全燃烧完时便被排出,将造成扭力牺牲!且当引擎回油时,排气管内的回压过低,废气极有回流至燃烧室之可能!所以为了因应一般道路,中低转速之应用,相当程度的回压仍然是必需的!也应以驾驶用途及引擎输出来考量回压之大小。

        原厂引擎管径加大比率,应以10%至15%为上限,一般而言,改装排气管大多从中尾段下手,常见的手法不外乎增加管径之尺寸、缩短消音器回绕之路程,努力使其消音路线呈直线化。提到直线化设计原本是很单纯的原理和方法,却因为市售车有底盘及油箱之干扰,想做到笔直路径之排气管,是有相对的困难;除非像参加澳门大赛的各家厂车,拿掉原厂油箱、置入FIA合格之防爆油桶,以空出底盘中央之空间,好让排气管大中至正的从车尾中央直接通出车外。

        当排气路径缩短,各弯角也使其平滑、减低阻力之后,顺畅度即有相对的提升。但如之前所提之原则,粗短类型之排气管,乃诉诸于高转时之马力输出,细长型则擅于低转之扭力;造成此两种现象差别的原理,是因为细长型管内压力高,中低转速时废气能迅速从出口释出,但高转时大量的废气将面临阻塞及排温升高之弱点。而相形之下,粗短型便拥有中低转流速慢的问题,可是到了高转速区域即能通畅无阻。

        一般道路使用的排气管,应先考虑长通路型之式样,使其作为蓄气增加的条件,然后才是在管径上来变化,如此才能兼顾到全转区域的表现。依照现今的测试及表现来说,中段管径的增加大都保持在原厂的10%至15%为佳,也就是NA引擎在52mm至60mm左右,涡轮引擎则约为65mm至75mm不等。当然引擎的排气量愈大,改装幅度又增加的话,也有可能达到80mm之谱。谈到管径的配置比例,由粗变细或从头至尾一样口径,对重视扭力需要的使用者较为恰当,如果是马力派的诉求,则适合渐次放大的类型。此种放大式的管径设计,是采慢慢扩大管径的方式,驱使越往后方越急速膨胀的废气增快流速,特别是在持续高转速的情形下愈加有利,此也为当前日系改装品牌的一种趋势。

拔触媒改以代管
要注意共振现象


        在中段排气管改装中有一重要组件,就是触煤和中消,触煤基本的功用在于净化排气的污染,可是它还有消除共鸣的功能,减少共鸣噪音传至驾驶舱中;由许多贵金属密密麻麻所组成的蜂巢结构,依照流体力学的原理来衡量,的确是阻碍排气顺畅的一大原凶,而且又是排气管中高温的聚热点!所以消除触煤原件,就能使排气顺畅,提升马力三到五匹之谱。触煤段中消的外型,看起来就设计成膨胀室的功能,因此能提供一个排气的阻挡点,由此一特性便能在回压大小的设计上,提供可运用改装类型的中消。

        代触煤大致都做成较轻较小型、来增进排气的速度,在某些管径偏粗的类型,则藉由此部分的缩减来达到中低转速扭力的平衡。当排气管整体口径过大时,唯一能补救之道,就是在代触煤段的改变,还能在增加马力之余也能兼顾中低转之扭力。负有消音工作的尾段排气管,是最大阻力的来源,消音过程的生成靠的是利用隔板让排气撞击,藉由反射波的形成减低音量。原厂大都出自如此类型,而高性能车种及改装类型则采用直线筒式,缠绕消音棉来吸收噪音,如此无隔板直线式的通路,自然对马力的提升有相当大的助益。

马力与扭力双赢
管道与类型的改变


        想要降低尾消的排气阻碍、又想拥有相对扭力的保持,本来是相反的论点、是不可能达成之事实,但近年来各家设计师的钻研巧思,运用阀门装置在进入尾消前安装此一活动阀门,便能由负荷多寡来控制回压的改变(例如New Integra-R、BMW 328等都有此等设计);而无限排气管则设计双回路加速气流路径,让背压视转速提升而递减等变通之方法。在改装品牌上很多采用直通式尾段,而价格上及耐用度,往往有着很大的差异,其间全然是使用的材质及消音棉使然;在直通式尾消噪音的吸收是靠消音棉来完成,一般皆使用单纯的玻璃纤维棉来对应,但是长时间后会生成玻璃棉因高热而容易劣化,烧蚀使得排音变大的困扰!故讲究的品牌为了因应此现象,则使用高耐久度的不锈钢丝消音棉,此种设计的不同点,是先用不锈钢包覆内管的孔道,然后再将玻璃棉填入,其用意是以不锈钢丝防止高热传导至玻璃棉上,进而使玻璃吸音棉延长整体寿命。

        由于交通处罚条例的加重,为了防止临检或验车等不必要的麻烦,坊间也出现许多所谓「原厂类型排气管」;顾名思义这类排气管无论外型长相,声音都几近原厂之低分贝要求,但其性能表现依然是有模有样,其主要原因是利用原厂类型的大筒身,增加更多的消音棉来吸收噪音,其内部通道依然为直通类型,故才能在提升马力之外,保持最大的静音效果。

头段排气管改装
着重等长设计


        在排气管的改造中,最重要的部分要算是头段了,由于原厂几乎都是大量开模的铸铁制品,内管壁粗糙不堪,各歧管长度也不尽相同,加上接合的方式、距离、形状等等的不够周全,因此非常易生成排气干涉的现象,使得各缸排出之废气相互冲突生成阻碍。尤其此位置又最为靠近汽缸头,对进气燃烧会生成多严重之影响!在改装厂所推出的排气头段,绝大多数都是使用管内壁平滑的不锈钢材质,更讲究的品牌则在歧管底座和接管部位使用开模铸造的方式,实施无段差的接口,并尽量延展弯角之角度,藉此使得阻力减少、加速排出气体之流速。

        更高档的类型则将歧管长度统一,致力于等长化,让排气脉冲都一致化,彻底来消除各歧管之间的压力差。如此一来,不但是利于后段排气管的回压设置,使整体的吸排气效率也能大幅度的提升!最后在集合部分的类型上,最普遍的四缸引擎,若为四合一类型则强调不易干涉的高转速马力式样,四合二合一则有利于中低转扭力之表现,但二者设计之间也拜引擎的输出特性与设计厂家的诉求特点,且等长头段在NA引擎有着关键性的表现,对涡轮车来说也能提升相当的效果。

v涡轮专用头段
攸关增压表现


        等长的涡轮用头段,能将各缸排气均等且定质定量的驱动涡轮叶片,当此顺畅而持续的冲击频率,能使得增压效能的效率和稳定度大幅提升。涡轮用头段在等长之外,歧管至涡轮本体的总长度,亦为其头段制造时的重要考量依据;以现今要求低增压、高扭力在低转速即需输出的特点上,愈短的歧管、涡轮叶片的运转反应才能愈早加快!所以愈接近排气头的涡轮,愈能减少其迟滞的现象。此外涡轮引擎的头段还有一个设计上的重点,就是减低涡轮叶片入口的排压,能有效减低此聚口的排压,才能让涡轮运转更为快速,同时亦能有效增加增压值的最大极限!

        所以改装件大多制成粗且长的类型,其终究用意在此,而同样减压原理在涡轮出口的前段管Fornt Pipe,换装大口径的规格能有效减低二次排压,因为涡轮藉由废气来推动,推动叶片过的废气能迅速排出,无阻碍的话才能使叶片前的废气更易推动涡轮运行。所以当以性能诉求为出发点的话,涡轮引擎的全段排气管皆需要粗径化!

        以上如此众多的原理说明,或许读者一时也无法完全理解其中理论之真谛;但改装排气管前,必先确认自己所需之特性,好比自排车自动换档时机受制,千万别更换管径太粗、直通性太大之制品,否则将丧失低转扭力,严重的话连高转速都达不到!而更换排管气使其排气顺畅的效能之下,势必造成进气效率的增加,如此一来引擎的燃烧效率也会变动。最高档的检测方法,还是需要架上混合比机,来确定A/F值的变化,从而适切的调整供油比例,才能使改装排气管的功效达到完美的境界。

  <资料来源:车讯网 http://tune.carnews.com.tw>


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