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立竿见影 苏华龙讲解排气系统的改装  

2008-01-17 17:47:55|  分类: 改装原理 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    在各种改善汽车动力表现的改装方法中,为车子更换高性能的进气和排气系统,令发动机“进得多,排得快”是最简单容易而效果最明显的方法。而在进气和排气系统改装中,尤以排 气系统更为受到欢迎,因为“它”不但看得见(小钢炮般的形状装在车后),而且更听得到,是少数能直接给车主(和他周围的人)提供感官剌激的改装部件。现在让我们来看看这项能轻易地引人注意的改装。

    排气系统基本原理

    排气系统的主要功能是把发动机在燃烧过程中产生的废气从多个气缸内收集、清洁(经三元催化器)、灭声,然后引到车后排放。原厂的排气系统由于要顾及成本、宁静度和各地不同的排放标准等限制,在设计时都会非常保守,并在一定程度上因排气效率不高而限制了发动机的性能表现。有人曾问过:如果不考虑环保(噪音和废气等)问题,那么干脆不用任何排气管,让废气从发动机燃烧室的废气活瓣(废气门)直接排到空气中,这样是否就是追求最佳性能表现的终极选择? 答案是否定的。

    首先,没有灭音装置的发动机会发出极高的噪音(超过150分贝),一般人根本无法忍受,赛车手也需用耳塞来保护耳朵。另外,位于车身前部的发动机如果不设排气管的话,车厢内的司机和乘客将最先遭受到发动机废气的“迫害”。曾经发生过这样的真实个案:一赛车排气管口设在驾驶室前,导致赛车手在比赛途中因吸入过量废气而晕倒。大家都能看到所有的赛车(包括F1)都配有排气管,因为排气系统在任何情形下都是必需的。而一套好的排气系统不但不会影响排气效率,反而可令发动机呼吸更畅顺,车子提速更快。

    怎样才是一套好的高性能排气系统? 让我们先来了解一些关于排气系统的理论。要让排气系统有事半功倍的效率,就要充分利用系统在运作时产生的回压(back pressure)和吸啜(scavenging)效果。由于发动机在运作时,个别燃烧室的废气活瓣会不停地做开合动作以排出废气(为配合燃烧动作),所以排气系统输送的废气并不是连续不断的,而是一波一波(pulse)的。因此,车子的气缸数目越多,或发动机的转速越高,废气波(exhaust pulse)便越密。在高压的废气波被高速排出气缸时,它后面产生的低气压便是回压。

    适量的回压可使排气系统内产生良好的吸啜效果。原理是:若排气管直径“适中”,第一波被排出气缸的废气在膨胀后便会逼着排气管内壁向下游快速排出,同时在上游部份产生一个低压区,吸啜发动机排出的第二波废气。而第二波废气在逼着排气管内壁向外跑时它后方产生的低压又在吸啜第三波的废气,依此类推,使发动机不费劲地完成排气动作之余,排气效率也比完全不用排气系统更高,残余在气缸内的废气更少,而气缸内可容纳供燃烧用的新鲜空气也更多……

    从上述的理论中,我们知道一套高性能排气系统需要有一个设计优良的排气歧管,把不同气缸排出的废气波不早不迟地、一个接着一个地(吸啜效果的最高境界)送到集气管,然后通过一条笔直且合理的大口径排气管(和当中的高流量三元催化器/高性能灭声鼓)把噪音和有害气体清除并高速排出车外。

    但由于发动机在不同的转速下会排出不同速率的废气波,产生不同的回压要求,因此在选择改装排气系统时,要小心配合自己的驾驶风格和车子的特性。例如换了高流量的系统,会令发动机低转时不能产生“合理”回压而令慢速驾驶困难。现在让我以改装费用来区分排气系统中的后(灭声鼓),中“排气管”(含三元催化),前(排气歧管)三个不同部份(阶段)的改装(具体请看本版中的各一分段)。

    其实一套好的改装排气系统并不能提升车子的动力输出,它只会减少发动机马力的流失,但相对原装或设计不好的甚至是赝品来说,车子的实用马力(输出马力)会有明显的增加。

    排气歧管

    排气歧管一般是改装排气系统中最昂贵的部份(可以上万元),因为对长度、弯度和口径的严格要求,令开发和制作成本很高。但排气歧管的设计优良与否对整套排气系统的吸啜效果有着举足轻重的影响。以四气缸发动机为例,传统的概念是,四出一(四根排气歧管直接汇总成一条排气管的管路设计)的设计会较适合高转速时的废气波率,有助于提升马力,而四出二出一(两根排气歧管先汇总成一管,再与另两歧管汇总成的一管汇总成最终的一条排气管)的设计则有利于低转速时的扭力输出,较适合日常行车之用。

    但现在很多新设计的4-2-1排气歧管都能同时改善发动机的中、高转速表现,像我们比赛用的思域Type R 赛车便是用4-2-1的排气歧管,在超过9000rpm时仍然不会“窒息”发动机的输出!

    三元催化器

    三元催化器是保证废气质素的重要配件,它主要净化发动机废气中的碳氢化合物(HC),一氧化碳(CO)和多氧化氮(NOx)这些有害气体。新款的三元催化器并不会对排气流速产生多少阻碍,如果把它拆掉(这是许多改装商时下流行的做法),不但令排放超标,还可能令部份有自我诊断功能的汽车ECU发出错误讯号,影响正常行车。建议保留使用,如果考虑到环保等原因,可换一个改装专用的高性能三元催化器,但价钱很昂贵,近5000元。

    排气管

    光是换灭声鼓不会令车子增加多少马力,而如果把整段排气管更换成高性能型号,则会对马力提升有不少帮助(特别是发动机经过改装)。高性能排气管比原装的粗壮,内壁较光滑、弯曲度较小,这些设计令发动机在高转时产生的大量废气能畅顺地高速通过,明显地提升了排气效率。但要注意,直径过大的排气管会影响回压效果并使废气降温太快,减慢流速之余更减少了排气管的离地间隙,增加车子被“托底”的机会。一般说来,如果发动机没有经过大幅改装,那么排量在2升以下的自然进气发动机的排气管直径就不应超过50mm,而2升涡轮发动机的也应在70-80mm之内。中段排气管没有单独更换的必要,至少也要和灭声鼓一起换。中段排气管原是系统中最便宜的部份,但加上了三元催化器就不一样了。

    大部份的排气改装都是从尾段排气管(排气尾鼓、消声鼓)开始,不但因为它容易装配,而且因为高档的灭声鼓用不锈钢(甚至是钛合金)制造。改装灭声鼓除了比原装生铁造的来得轻、耐用外,更是整个系统中最吸引人的部份,因为它不仅可以从车外看到,而且还能发出慑人的音频和声响。灭声鼓大致可分成两类:第一种是利用交错隔板造成反射波的方式来减低音量,原厂灭声鼓几乎都是此种类型。优点是成本低而消音效果好,缺点是(排气)阻力大而笨重;第二种为高性能型号中常见的、用玻璃绵等吸音材料来消声的吸音式。优点是限流少、重量轻,缺点是灭声效果较低,因此一般都会有较大的排气声,但排气声的大小和发动机的性能并没有直接关系。另外,灭声鼓末端的排气口口径也要配合前端排气管的直径,太大并不会有实际效果。

    值得一提的是,最近市面多了许多据说能提升回压(扭力)的“S”型灭声鼓。而我曾经把一个日本“名厂”出品的“S”型灭声鼓装到一台思域上,再在测功机上测试,结果显示车子的中段性能并没有改善,而高转时的表现却差了很多……在选购灭声鼓时,如果只要求外观、大排气声和一般性能提升,那么很多二、三百元的国产改装灭声鼓就可胜任,但如果要求更高性能提升的话,就以五,六倍的代价选择国外名牌如Remus和Borla等。(文/苏华龙)

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