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汽车排气改装之回压控制及动力影响

导读: 排气改装由于其可操作性强,且改装后美观度和声浪较原厂配置有明显的提高,所以成为很多改装车友最早接触的项目之一。排气系统两个最重要的特性为回压和声音,本文将着重介绍回压。

  排气改装由于其可操作性强,且改装后美观度和声浪较原厂配置有明显的提高,所以成为很多改装车友最早接触的项目之一。作为一名原厂排气声音设计工程师,我也经常关注网络上对排气知识的介绍和改装实例,我的感觉是目前网络上缺乏对排气知识的系统性介绍,且这些零散的知识大多晦涩难懂,所以产生了将自己对排气的一些理解写出来和大家分享讨论的想法。排气系统两个最重要的特性为回压和声音,本文将着重介绍回压。

  排气系统,顾名思义其主要功能为排尾气,同时兼具降低排气噪音的功能。首先来看一下典型的排气系统结构。一个完整的汽车排气系统包括歧管、三元催化器、消声器、连接管和尾管。原厂按排气温度的高低将排气系统分为热端和冷端。在日常城市路况驾驶过程中,发动机转速为1500~2500转时,热端歧管处温度为500~600℃,冷端尾管处温度为200~300℃。在改装市场,通常按位置将排气系统分为头段、中段和尾段。排气系统各个部件通过焊接、法兰或卡箍相连以保证不漏气。

  

  歧管与发动机气缸排气口相连,歧管的几何结构将影响歧管内气流的流动形态和歧管回压(回压的概念接下来会讲到),从而影响发动机的废气排出效率,最终将影响发动机的性能。三元催化器的主体为蜂窝状的陶瓷,在蜂窝结构表面喷上含贵金属(铂、铑、钯等)的涂层,当高温的汽车尾气通过三元催化器时,尾气中的有毒有害气体CO、HC和NOx等在贵金属(作为催化剂)的作用下发生氧化还原反应转变为无害的CO2、水和氮气。消声器的主要作用为降低噪音,达到舒适驾驶的目的。在改装市场中,通过改变消声器内部结构,可以达到调节排气声浪的效果,这将在后面的文章中详细讲解。

  

  什么是回压?回压受哪些因素影响?

  通俗一点来讲,回压就是用来衡量尾气排出阻力的指标。与水流在水管中流动会受到阻力的道理相同,由于排气系统歧管、连接管、消声器等的壁面并不是完全光滑的,存在微小的凹凸,因此尾气在排气系统高速流动(最高可达180~200m/s) 的过程中会与这些微小的凹凸产生摩擦,也即对尾气排出产生了阻力。同时,连接管弯曲、连接管与消声器、三元催化器截面不连续等原因也会对高速流动的尾气产生阻力。所有这些阻力的衡量指标,统称为回压(或称背压、压力损失),回压的常用单位为压力单位“千帕”。排气温度越高或连接管管径越小,尾气的流速就会越高,这些阻力也会越大,因而回压也越大。尾气流动特性通常使用专业流体分析软件计算得到,例如下图为尾管处湍流动能分析结果。通过计算弯管、管径、截面不连续和不同下温度回压的数值,网友可以更清晰了解结构和环境对回压的影响。原厂消声器大多采用细管径和突变截面的消声器,因此回压相对较大,当然噪音也会更小。

  

  

  注:”形状”部分仅为几何形状示意,并非按几何尺寸显示图例

  回压对发动机性能的影响

  我们知道当物体受到阻力的时候,需要用外力来克服阻力,例如当撑伞逆风行走的时候,会感到很费劲,需要用很大的力才能正常往前走。尾气要顺利地排出排气管,也需要消耗发动机产生的一部分能量,那这部分能量占发动机功率的比例大概是多少呢,下面来举例说明(对数学计算不感兴趣的网友可直接看结论)。假设整个排气系统的回压为60千帕,尾气流速为130米/秒,排气管直径为65毫米,排除回压的影响,发动机能产生的功率为250千瓦。

  第一步:计算推动尾气排出所需要的力有多大

  

  第二步:计算推动尾气排出所损耗的功率

  

  第三步:计算功率损耗占发动机输出功率的比例

  

  结论,本算例中排气回压对发动机功率的损耗为10.4%,这部分损耗也是非常可观的。通常排气系统头段的回压是中尾端回压的1.5~2倍。大部分网友只对中尾段改装来降低回压(常见的方法有加粗排气管和采用直通消声器等),一般来说可降低8~15千帕的回压,可提升的功率约为3.5~6.5千瓦(1.4%~2.6%),这么小的功率提高在正常驾驶过程中很难有明显的动力提升感觉。如果想通过降低回压来提升发动机功率,更为有效的办法是把头段的三元催化器去掉,但这会造成严重的空气污染,不鼓励网友进行这样的改装。下表列出了天蝎排气几个改装车型的功率变化数据(数据来源于天蝎排气官方网站),看完大家应该对排气对发动机性能的影响有更清晰的认识。

  

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