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为何要改排气管?(上) 打开引擎性能受限封印


2020-06-15


排气管改造目的与方法
马力与扭力的取捨
 
图/童国辅
 
车辆改装的目的无非在求更快速与更安全的驾驶环境,而当中又以排气管改装为最基础的动力提昇路径,排气管改得好不只加速变快,如同跑车的浑厚排气声浪,更是令人着迷,不过排气管到底该怎幺改才有用?这就是本单元要位大家介绍的内容。
 
 
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,多数原厂排气管只沦为消音及排除冷却废气之功用,于是就有不够顺畅之问题产生,进而降低了引擎性能。
 
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▲多数市售车对于排气系统的设计,最大考量首先是消音、环保,最后才是排气效率,因此在其上可见到触媒转换器与巨大消音器的蹤影,加上管径较为保留,因此对于高转速时的马力输出往往无法尽兴发挥。
 
而排气管改造首重内部顺畅程度,可称之为「回压大小」,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、尾部消音器之迴路都有关连。改装排气管主要的目的,就是在于减低回压,让进排气的运作交替更顺畅,进而改变引擎出力特性,转变扭力输出时机,达到提昇高转速反应和流畅度之目的。
 
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▲改装排气管为获得最佳的峰值马力输出,通常会採用直通管,并减少弯曲角度的设计,改装后的高转速加速力道与排气声浪,虽可脱胎换骨,但却不见得能兼顾低速扭力反应,尤其在小排气量NA引擎上,更容易感觉出扭力流失的差异。
 
口径的掌握很重要
先降低阻力再加大
机械设计本属物理现象之延伸,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。且当引擎收油时,排气管内的回压过低,废气极有回流至燃烧室,所以为了因应一般道路常用的中低转速,相当程度的排气管回压仍然是必需的,也应以驾驶用途及引擎输出,来考量回压之大小。
 
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▲赛车引擎的工作转速经常维持在极高範围,加上一切设计都是为压榨引擎动力,也不需触媒阻碍排气效率,因此排气管的设计可以设计的更粗、更直通,整个设计方向与市售车是截然不同,不能全部移植沿用。
 
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、缩短消音器迴绕之路程,努力使其消音路线呈直线化,不过一般道路使用的改装排气管,应先考虑降低内部排气阻力,例如拔除触媒、更换直通尾管等,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。我们先来谈谈管径调整部分,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,例如: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甚至更大的口径。
 
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▲涡轮引擎因有涡轮本体阻碍排气效率,因为对于排气管的设计往往可以比NA引擎来得宽鬆点,不过如果能将Down Pipe更换为排气阻力更小的产品,对性能提昇往往相当明显。
 
至于中尾段管径的搭配比例,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」的型式。此种放大式的管径设计,是採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。
 
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▲各段排气管示意图。
 
而负有消音工作的尾段排气管,则是另一个排气阻力来源,原厂排气管的消音过程是利用隔板让排气撞击,藉由反射波的形成减低音量,而高性能车种及改装型式则採用直线筒式,缠绕消音棉来吸收噪音,如此无隔板直线式的通路,自然对马力的提昇有相当大的助益。
 
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▲部分大排气量高性能V型引擎的排气管,都是左右独立的管路设计,目的也是在减少排气干涉的问题,不过如何让两边的排气管路内压力平衡,使引擎出力平顺,是排气管设计者需考量的新问题。


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