超好的排氣管知識....給各位參考啦
Sorry!
補上了
http://tw.myblog.yahoo.com/jw!F8LcBXGVF0Ah07bh0uxHLdk-/article?mid=60&prev=62&next=59
大家辛苦一點在這邊看好了
每個車主都在問排氣管該改什麼？在解說粗細、型式、材質等等的疑慮之前，先來了解排氣管的本質。
原廠設計屈就成本
引擎性能受限封印
四行程引擎的設計，原本就把進排氣行程獨立分開，造就成一個可完全燃燒之設計，也因為獨立進排氣行程之設計，讓燃燒過之廢氣，有充份的時間排出；空出氣缸之空間，以便吸入更多更密集的新鮮空氣，來使引擎有更良好的輸出功率。但由於引擎之缸數多，各缸間無法有獨立之排氣管，同時需考量噪音、空間整體配置與量產成本之因素，排氣管只淪為消音及排除冷卻廢氣之功用！量產下之排氣管，於是就有不夠順暢之問題產生，進而降低了引擎性能！在探討改裝排氣管是否增加多少馬力之時，是否也可謂之尋回多少漏失之馬力，發揮原輸出之本能？
排氣管之順暢程度，可稱之為回壓的多寡，也就是排氣管內部之阻力。阻力大小和頭段的設計角度、中尾段的管徑粗細/觸媒大小、總體長度和彎曲角度、尾部消音器之迴路都有相當之關連。改裝排氣管主要的用途，是在於減低回壓讓、進排氣的運作交替更順暢，也可謂增加氣門重疊時間之延伸；故此可改變引擎之特性、轉變扭力輸出時機、提昇高轉速的反應和流暢度。
‧回壓/尺寸有利有弊
過與不及都屬缺陷
機械設計本屬物理之現象延伸，話說有利必有弊；減低回壓有助於排氣順暢，對於高轉速是好的，但過低之回壓使得排氣管毫無阻礙，中低轉混合氣在未完全燃燒完時便被排出，將造成扭力犧牲！且當引擎回油時，排氣管內的回壓過低，廢氣極有回流至燃燒室之可能！所以為了因應一般道路，中低轉速之應用，相當程度的回壓仍然是必需的！也應以駕駛用途及引擎輸出來考量回壓之大小。
原廠引擎管徑加大比率，應以10%至15%為上限，一般而言，改裝排氣管大多從中尾段下手，常見的手法不外乎增加管徑之尺寸、縮短消音器迴繞之路程，努力使其消音路線呈直線化。提到直線化設計原本是很單純的原理和方法，卻因為市售車有底盤及油箱之干擾，想做到筆直路徑之排氣管，是有相對的困難；除非像參加澳門大賽的各家廠車，拿掉原廠油箱、置入FIA合格之防爆油桶，以空出底盤中央之空間，好讓排氣管大中至正的從車尾中央直接通出車外。
當排氣路徑縮短，各彎角也使其平滑、減低阻力之後，順暢度即有相對的提升。但如之前所提之原則，粗短型式之排氣管，乃訴諸於高轉時之馬力輸出，細長型則擅於低轉之扭力；造成此兩種現象差別的原理，是因為細長型管內壓力高，中低轉速時廢氣能迅速從出口釋出，但高轉時大量的廢氣將面臨阻塞及排溫升高之弱點。而相形之下，粗短型便擁有中低轉流速慢的問題，可是到了高轉速區域即能通暢無阻。
一般道路使用的排氣管，應先考慮長通路型之式樣，使其作為蓄氣增加的條件，然後才是在管徑上來變化，如此才能兼顧到全轉區域的表現。依照現今的測試及表現來說，中段管徑的增加大都保持在原廠的10%至15%為佳，也就是NA引擎在52mm至60mm左右，渦輪引擎則約為65mm至75mm不等。當然引擎的排氣量愈大，改裝幅度又增加的話，也有可能達到80mm之譜。談到管徑的配置比例，由粗變細或從頭至尾一樣口徑，對重視扭力需要的使用者較為恰當，如果是馬力派的訴求，則適合漸次放大的型式。此種放大式的管徑設計，是採慢慢擴大管徑的方式，驅使越往後方越急速膨脹的廢氣增快流速，特別是在持續高轉速的情形下愈加有利，此也為目前日系改裝品牌的一種趨勢。
‧拔觸媒改以代管
要注意共振現象
在中段排氣管改裝中有一重要元件，就是觸煤和中消，觸煤基本的功 用在於淨化排氣的污染，可是它還有消除共鳴的功 能，減少共鳴噪音傳至駕駛艙中；由許多貴金屬密密麻麻所組成的蜂巢結構，依照流體力學的原理來衡量，的確是阻礙排氣順暢的一大原兇，而且又是排氣管中高溫的聚熱點！所以消除觸煤原件，就能使排氣順暢，提昇馬力三到五匹之譜。觸煤段中消的外型，看起來就設計成膨脹室的功能，因此能提供一個排氣的阻擋點，由此一特性便能在回壓大小的設計上，提供可運用改裝型式的中消。
代觸煤大致都做成較輕較小型、來增進排氣的速度，在某些管徑偏粗的型式，則藉由此部分的縮減來達到中低轉速扭力的平衡。當排氣管整體口徑過大時，唯一能補救之道，就是在代觸煤段的改變，還能在增加馬力之餘也能兼顧中低轉之扭力。負有消音工作的尾段排氣管，是最大阻力的來源，消音過程的產生靠的是利用隔板讓排氣撞擊，藉由反射波的形成減低音量。原廠大都出自如此型式，而高性能車種及改裝型式則採用直線筒式，纏繞消音棉來吸收噪音，如此無隔板直線式的通路，自然對馬力的提昇有相當大的助益。
‧馬力與扭力雙贏
管路與型式的改變
想要降低尾消的排氣阻礙、又想擁有相對扭力的保持，本來是相反的論點、是不可能達成之事實，但近年來各家設計師的鑽研巧思，運用閥門裝置在進入尾消前安裝此一活動閥門，便能由負荷多寡來控制回壓的改變〔例如NewIntegra-R、BMW328等都有此等設計〕；而無限排氣管則設計雙迴路加速氣流路徑，讓背壓視轉速提昇而遞減等變通之方法。在改裝品牌上很多採用直通式尾段，而價格上及耐用度，往往有著很大的差異，其間全然是使用的材質及消音棉使然；在直通式尾消噪音的吸收是靠消音棉來完成，一般皆使用單純的玻璃纖維棉來對應，但是長時間後會產生玻璃棉因高熱而容易劣化，燒蝕使得排音變大的困擾！故講究的品牌為了因應此現象，則使用高耐久度的不鏽鋼絲消音棉，此種設計的不同點，是先用不鏽鋼包覆內管的孔道，然後再將玻璃棉填入，其用意是以不鏽鋼絲防止高熱傳導至玻璃棉上，進而使玻璃吸音棉延長整體壽命。
由於交通處罰條例的加重，為了防止臨檢或驗車等不必要的麻煩，坊間也出現許多所謂﹁原廠型式排氣管﹂；顧名思義這類排氣管無論外型長相，聲音都幾近原廠之低分貝要求，但其性能表現依然是有模有樣，其主要原因是利用原廠型式的大筒身，增加更多的消音棉來吸收噪音，其內部通道依然為直通型式，故才能在提昇馬力之外，保持最大的靜音效果。
‧頭段排氣管改裝
著重等長設計
在排氣管的改造中，最重要的部分要算是頭段了，由於原廠幾乎都是大量開模的鑄鐵製品，內管壁粗糙不堪，各歧管長度也不盡相同，加上接合的方式、距離、形狀等等的不夠周全，因此非常易產生排氣干涉的現象，使得各缸排出之廢氣相互衝突產生阻礙。尤其此位置又最為靠近汽缸頭，對進氣燃燒會產生多嚴重之影響！在改裝廠所推出的排氣頭段，絕大多數都是使用管內壁平滑的不鏽鋼材質，更講究的品牌則在歧管底座和接管部位使用開模鑄造的方式，實施無段差的接口，並盡量延展彎角之角度，藉此使得阻力減少、加速排出氣體之流速。
更高檔的型式則將歧管長度統一，致力於等長化，讓排氣脈衝都一致化，徹底來消除各歧管之間的壓力差。如此一來，不但是利於後段排氣管的回壓設定，使整體的吸排氣效率也能大幅度的提升！最後在集合部分的型式上，最普遍的四缸引擎，若為四合一型式則強調不易干涉的高轉速馬力式樣，四合二合一則有利於中低轉扭力之表現，但二者設計之間也拜引擎的輸出特性與設計廠家的訴求特點，且等長頭段在NA引擎有著關鍵性的表現，對渦輪車來說也能提昇相當的效果。
‧渦輪專用頭段
攸關增壓表現
等長的渦輪用頭段，能將各缸排氣均等且定質定量的驅動渦輪葉片，當此順暢而持續的衝擊頻率，能使得增壓效能的效率和穩定度大幅提昇。渦輪用頭段在等長之外，歧管至渦輪本體的總長度，亦為其頭段製造時的重要考量依據；以現今要求低增壓、高扭力在低轉速即需輸出的特點上，愈短的歧管、渦輪葉片的運轉反應才能愈早加快！所以愈接近排氣頭的渦輪，愈能減少其遲滯的現象。此外渦輪引擎的頭段還有一個設計上的重點，就是減低渦輪葉片入口的排壓，能有效減低此聚口的排壓，才能讓渦輪運轉更為快速，同時亦能有效增加增壓值的最大極限！
所以改裝件大多製成粗且長的型式，其終究用意在此，而同樣減壓原理在渦輪出口的前段管ForntPipe，換裝大口徑的規格能有效減低二次排壓，因為渦輪藉由廢氣來推動，推動葉片過的廢氣能迅速排出，無阻礙的話才能使葉片前的廢氣更易推動渦輪運行。所以當以性能訴求為出發點的話，渦輪引擎的全段排氣管皆需要粗徑化！
以上如此眾多的原理敘述，或許讀者一時也無法完全理解其中理論之真諦；但改裝排氣管前，必先確認自己所需之特性，好比自排車自動換檔時機受制，千萬別更換管徑太粗、直通性太大之製品，否則將喪失低轉扭力，嚴重的話連高轉速都達不到！而更換排管氣使其排氣順暢的效能之下，勢必造成進氣效率的增加，如此一來引擎的燃燒效率也會變動。最高檔的檢測方法，還是需要架上混合比機，來確定A/F值的變化，從而適切的調整供油比例，才能使改裝排氣管的功 效達到完美的境界。
、壓、爆、排: part 2
改善吸和吹, 或進/排氣
文 麥克 科急馬
上次我們討論過內燃機的機本原理, 也就是你的引擎蓋下的那種啦. 如果不麻煩的話, 你最好回頭看看那篇文章, 那些基本原理對我們這次要討論的主題很有幫助. (譯者按, 嗯, 4行程引擎的基本原理, 相信大家都很熟了, 所以part1不再翻譯 )
這次我們討論的範圍將涵蓋引擎進排氣系統運作的核心. 進排氣系統不只是最普遍的初哥改裝項目, 它們也是最容易安裝, 也最便宜的改裝零組件.同時也能算是你能買到價益比最好的改裝品. 不像一些「死硬派」的改裝, 改進排氣通常對車的性能只會帶來最少的負面影響, 通常不會全面的影響油耗,排污和日常行路性. 正因為如此, 進排氣是我們對剛踏入改裝不歸路的人最初的建議.
既然引擎是個空氣泵,它的效率有很大的成分就取決於空氣有多容易進出汽缸. 空氣進出氣缸的阻力, 我們就稱之為吸排損(Pumping loss). 顯然,最少的阻礙就能減少Pumping loss, 也就能釋放出更大的馬力. 同時, 就像使樂器發聲的聲學(音波)現象,也能在此發揮輔助氣流進入引擎的功效. 你準備好要用你的引擎奏出美妙的樂章了嗎? 我們現在就來檢視一下初哥的第一件改裝品.
[圖說] 當你看著一個氣流阻礙非常大的原廠排氣管, 像這個Nissan 240SX的, 就會看到在這些擠壓彎曲(crushedbend)處截面積就縮小, 還有那小的可憐的管徑, 和一些不必要的彎曲. 而放在一旁A'PEX的排氣管, 一眼就能看出較大的管徑,延軸彎曲(mandrel bend)處管徑也不會縮小, 且在車底空間許可下盡可能做的直. 這個排氣管能使引擎多輸出15hp,還真多謝原廠差勁的設計.
排氣系統
排氣系統, 最簡單的說,就是把引擎廢氣從頭段一路引到尾管排出車外的這些管子. 包含了觸媒轉化器和消音器. 排氣系統就是要包住這些吵雜, 高熱, 有毒的氣體,然後送到車屁股放出去. 若沒有排氣系統, 車會變的不可思議、令人痛苦的吵鬧, 且吐出可能致命的毒煙, 污染我們的環境.為防止這兩項反社會的現象, 排氣系統在排出廢氣之前, 必須減除噪音, 且移除引擎燃燒產生的不良副產物.
在你車上原廠配的排氣系統, 在設計時並不是以動力輸出和酷炫外觀為第一考量, 而是讓它盡可能的安靜, 撐過保固期, 且製造成本儘可能壓低.當95%的市場都視這些為重點, 原廠設計工程師自然不必要和那些要求性能的少數人站在同一邊. 改裝引擎的咆嘯對我們這些人來說是美妙的音樂,但市售車是設計來賣給一般社會大眾, 所以最後就調校到安靜那一邊, 而犧牲了性能.
[圖說] 像這麼精美的二合一的管子不容易做, 但若你能負擔, 這能給你最佳的性能
消音器
排氣系統的關鍵部分就是消音器, 它就是在尾段使排氣聲安靜下來的筒子. 要使排氣如大多數車主希望的那般輕聲細語,典型的原廠消音器裡就必須要有錯綜複雜、如迷宮般的氣流路徑, 這樣才能減慢氣流速率, 且冷卻高熱和脈動的廢氣. 它的內部有許多擋板,使氣流在裡面反轉混合. 這樣對減除噪音有很大的貢獻, 但對引擎性能則否.
要產生最大的馬力,排氣系統必須對排氣氣流保持最小的阻礙. 這些阻礙阻擋了廢氣吹出引擎,造成後來進入引擎的新鮮油汽被稀釋了(也就是說廢氣還有一部份留在汽缸內和新鮮油汽相混合). 這當然就造成性能的下降. 若阻礙更大, 形成回壓,引擎就要花更大的力氣把廢氣排出汽缸, 這就是pumping loss的其中一個來源.
有些原廠的消音器可製造上達18psi 減損馬力的回壓. 而一個設計良好的排氣系統通常只有2到6個psi的回壓. 舉個例子做比較, 一根未消音的直通管, 回壓是1~3psi.
要做到最小的回壓, 目前大多數好的高性能消音器都是所謂 "直通" 的設計. 這類消音器藉由不鏽鋼綿和耐熱的陶瓷纖維來吸收掉排氣中的高音頻成分,它們通常都有個 '直通' 的芯, 就是一根直通管子上打了很多小孔, 聲波能穿過這些孔而被吸收, 氣流則幾乎不受影響的通過. 你可以一眼'看穿' 這類的消音器. 打孔的芯管是被玻璃纖維或更高級的不鏽鋼綿包裹. 這樣的直通設計, 消音管越長, 排氣就越安靜.而這長度通常不影響回壓, 只是影響音量而已. 它的工作原理和槍枝用的滅音器是一樣的, 若槍枝的滅音器會影響子彈的行進, 那你絕對會有麻煩了!
最好避免那種 '百葉窗' 型的消音筒芯, 許多老式的設計都受制於這樣的設計. 這種消音器會產生不小的回壓, 它們杵在排氣氣流當中製造一堆亂流.雖然這種消音筒仍可視為 '直通' 設計, 但它的回壓有可能比原廠的還大. 購買直通型消音器時, 最好選擇芯管上打小圓孔的那種,才會對馬力有幫助. 一個好的, 適當尺寸的直通消音器通常只會使整個排氣系統增加1到2個psi的回壓. (譯者按, 有翻沒有懂, 百葉窗型?長的啥樣子?.... )
如Walker Ultra Flow, Thermal, A'PEX, Borla, Edelbrock or Magna Flow 都是不錯的例子. 另像 A'PEX, Tanabe, GReddy 或 HKS也是.
另有一種老式的性能消音器過去流行過的, 就是Turbo消音器. 這是看起來像原廠型的低阻回流型消音器. 在以往, 這些被視為高流量 消音器, 但現在都被打孔芯管的直通型所取代. (譯者按, 有翻沒有懂, 這段不知啥意思.... )
近來一個潮流就是超大口徑尾管. 這對馬力沒啥幫助, 倒是能粧點你的車尾. 有些大尾管上還附有共鳴芯, 更進一步使噪音降低個幾dB. 你可以在這邊看到他們的打孔芯管. 記住, 真的有用的東西才能贏得尊敬.
直通型消音器的一個缺點是比回流型的吵. 通常直通型消音器還需要一個小的副消音筒或是共鳴筒來使噪音減低. 簡單說,共鳴筒就只是另一個小一點的吸音消音器, 使中等轉速下, 排氣共鳴聲不會讓人吵的很煩. 這個共鳴聲很不幸的是直通式消音器的特徵之一.共鳴筒的工作原理是藉著和主消音器間不規則的間隔來打破固定一個音頻的共鳴聲. 就像行軍經過橋樑時, 眾多阿兵哥的步伐必須打亂, 不能齊步,不然橋樑可能產生規律的共震而損壞. 通常是一個小的, 打孔吸音直通芯管式的消音器位在主消音器和觸媒轉化器之間. (譯者按, 唉, 就是中段嘛,講半天... ) 像主消音器一樣, 筒身越長, 吸音效果越好. Walker Magnum Glass-Pack就是一個很適於用作中段的消音器. 幾乎所有預製的性能排氣系統都有個中段消音器.
當設計一個訂製排氣系統時, 一個很重要的....
.....
當設計一個訂製排氣系統時, 一件很重要的事就是要讓它越安靜越好. 對某些人來說, 大聲的排氣聲浪也許很酷, 但是要記住, 吵鬧的排氣管只會讓你收到條子頒發的獎狀.
排氣 '管'
為了節省成本, 典型的原廠排氣管多半用小口徑、擠壓彎曲(crushed bent)的管子. 擠壓彎曲的管子大量生產時很容易製造,但是它有可能使氣流量減少50%之譜. 一般路邊典型的排氣管商店做的多半也是擠壓彎曲. 最好的排氣系統, 像一些名牌的預製排氣管,都是採用延軸彎曲(mandrel bends). 這是用一種特殊的機器, 把一條可以彎曲又耐擠壓的通條或軸心塞入管中, 和管子一併加熱彎曲,這樣管子在彎曲處就不會塌陷, 沿著整個路徑都保持相同的口徑. 想自己做彎管? 你可以向Burns Stainless, Kinsler 或Bassin這幾家公司買到一些預製的延軸彎曲彎管.
[譯者按, 唉, 有沒有人來幫個忙, mandrelbend這個字眼在排氣管相關的文章中都能見到, 但是實在不知中文的對應術語是啥.... 機械上應該是有個術語吧. 呃~ 其實概念也很簡單嘛,就像蓋房子水電配管時, 師傅常會用一根口徑略小於管子內徑的長彈簧塞到PVC管中, 再用吹管加熱彎曲, 彎妥冷卻後彈簧再抽出來,這樣子管子就不會在彎曲處變小, 到時穿線才更順利, 這就是啦....]
有些自鳴得意的改車人士宣稱太大的管徑會有問題,引擎需要一定程度的回壓才能正確的運作. 呃, 雖然管徑不宜太大這點是對的, 但引擎需要回壓則否. 就像上面說過的, 排氣系統要保持最小的回壓,才能減小引擎的pumping loss, 才能發揮最大的馬力. 太大的管徑造成的動力損失, 尤其在低轉速,是因為大管徑內的氣流流速較小管徑的慢. 夠快的流速對改裝頭段的抽吸效應來說是一個必要的條件. (我們待會再詳談這部分) 簡單的說,若排氣氣流流速夠快, 就能在排氣歧管的上游, 也就是排氣門附近, 製造一個真空, 當排氣門開啟時, 就能有更佳的抽吸效應把廢氣抽出來.這個效應在汽門重疊時更形重要, 也就是進/排氣門同時開啟的時候.
若排氣管徑太大, 氣流就會慢吞吞的 '卡' 在管子裡,頭段的抽吸效果就差了. 記住, 好的排氣系統是兼具低回壓和高流速. 唯一的例外是渦輪增壓或加裝笑氣的引擎. 在渦輪增壓引擎上,幾乎可說不可能有什麼管子叫太大的, 因為渦輪本身的效率就是依排氣葉輪的進/出口之間的壓力差所決定.一具渦輪增壓引擎實際排出的廢氣量可能是同cc數na引擎的1.5到2倍之多. 配備笑氣的引擎, 廢氣量也很可觀,同樣需要大口徑的排氣管來取得適當的運作條件.
一些像HKS或Greddy這些公司生產預製的排氣系統, 它們多半在低回壓, 適當管徑, 和低噪音之間有不錯的平衡.
一些較新款的跑車本身也常常配備了很不錯的排氣系統, 所以換用高性能的改裝品, 動力的增益還不見得明顯. 例外是turbo車,你通常能在其他部分都沒改的車上多出2到10匹的馬力, 動力的增益通常在扭力峰值之前一直到紅線. 在改了頭段, 進氣, 凸輪軸,汽缸頭拋光等改裝的車上, 若再加上一組好的排氣管, 就能得到更大的馬力增益.
因為turbo車對排氣回壓很敏感, 所以你可以期待更大的馬力增加, 尤其是把增壓調大. 一套暢通的排氣管還能讓增壓起來得更快. Turbo車通常可以增加8到30匹的輪上馬力, 能增加多少就看原廠的排氣管有多爛, 和增壓調高了多少.
無論你怎麼做, 不要在一般的車子上拿掉或掏空觸媒, 在新款的跑車上, 一體成型、直通的三元觸媒轉化器通常都算是蠻暢通的,頂多產生1到2個psi的回壓. 掏空的觸媒筒事實上還有損引擎的出力, 因為一個空筒子會使氣流停滯不順, 使流動的氣柱縮短, 也使流速降低,實際上帶來的效果就是低速扭力的喪失.
因為這些因素, 我們的某些改裝車上還因為裝了觸媒而多了些馬力. 當路上的車逐年增加, 我們還是儘可能的為環境污染盡我們的一己之力. 在合法的賽車場上, 若為了壓榨出最後一滴馬力, 觸媒是可以拿掉的, 但要用一根內徑相若的直通管, 而不是直接掏空了事.
要把原廠的觸媒換成高流量的, 可以考慮Random Technology和Pace Setter, 他們有做出入口管徑達3吋甚至更大的替換觸媒.
[圖說] 一些大馬力的原廠車上的頭段, 通常長的很像改裝品. 這個Integra GS-R的排氣歧管基本上就像個4-2-1頭段的上半段. 即使如此, 一具設計良好的管狀頭段仍然能多個幾匹馬力.
頭段
為什麼頭段的製作就像個充滿改車老手的無稽之談和迷司的競技場. 頭段能使引擎馬力結結實實的多出一大段而幾乎沒有負面影響. 好的頭段最長於產生額外馬力, 同時是極少數雙贏的改裝, 幾乎沒有負面的妥協. 這使得頭段的改裝成為任何一個認真改車的人必改的項目.
為了空間, 成本, 和及早加熱觸媒, 多數的車就是配了個粗糙、鑄鐵的排氣歧管, 簡單的說就是幾根短腿狀的分支接到汽缸頭, 再匯集起來就成了.這對匯集熱量, 在冷車啟動時迅速加熱觸媒很有用, 且在擁擠的引擎室裡很省空間. 但是, 這樣的歧管對引擎的出力真是非常有害.有些日系跑車採用了長的很像改裝頭段的鑄鐵歧管, 這當然聊勝於無, 但說實在, 還早的很哩.
[圖說] 像這樣一個 4-2-1 的頭段一般來說會有較寬的動力帶, 只不過比起4合1的, 峰值馬力小了一點.
頭段就是用幾段管子焊在一起形成的歧管, 最好是採用圓順的延軸彎管, 這樣在無可避免的小轉彎處管子內徑才不會塌陷而變小.各缸排氣道都要有夠長的獨立管道, 而不是一下子就匯集到主排氣管. 等長, 或近乎等長的排氣道匯集到一處單一大管徑, 叫作匯集管,然後再導到主排氣管. 老式的說法是這些獨立的長管道能減少排氣壓力擠壓到隔壁缸的排氣道造成的回壓, 這個回壓在汽門重疊時會使廢氣污染新鮮進氣,所以能增進馬力. 這個說法雖然一部份正確, 但並不是改裝頭段增進性能的主要理由.
頭段能幫助動力主要是靠共震調諧,在汽門重疊的階段產生一個低壓反射波的脈衝. (汽門重疊期間, 記得, 就是排氣行程末, 進氣行程初, 進排氣門都同時開啟了曲軸旋轉幾度的時間.現在你是不是希望你讀過了part 1?) 引擎設計師就是利用了這段汽門重疊時間來幫助引擎呼吸得更順暢.
要運作的好, 頭段必須利用排出廢氣的慣性. 這個快速流動, 大量的高壓脈衝製造了一個吸力, 能把廢氣吸出氣缸. 當活塞接近上死點並且速度慢下來時, 這個負壓力波能幫助清空缸內殘存的廢氣....
在汽門重疊期間, 要達到最好的呼吸和盡可能吸入最多的新鮮油氣進入氣缸, 在低壓波通過頭段管路時最好能保持一個低度的真空或是稀薄帶. 一個設計良好的頭段能利用聲波的能量在排氣門附近保持低壓狀態.
[圖說] 4合1的頭段一般來說都只能在較窄的轉速範圍內發揮它最大的功效. 但就像其他任何事情一樣, 總有例外. 這組AEBS的頭段照樣在低轉速範圍照樣能有優越的性能.
頭段的調校其實就很像管風琴的調音. 最佳的長度就是要產生一個基音頻率, 這個頻率和廢氣壓力波從排氣門出來, 通過排氣頭段這段的時間相符合.當排氣門開啟, 一股由高熱膨脹的氣體發出的高壓脈衝大概有每秒300呎的速率. 這股高溫/高壓/高速的壓力波有其質量和慣性,能夠在這個脈衝之後拉出一個低壓稀薄區.
視引擎的不同, 這股脈衝會有5~15psi的正壓,而其後的低壓稀薄區則是1~5psi的負壓. 而這個低壓稀薄區的產生是在高壓脈衝之後的數毫秒 (millisec.) 之後.它能用來在排氣行程末活塞接近上死點附近時吸出殘存的廢氣. 在排氣行程中, 這個負壓的產生及它的時機和頭段管的長度/內徑息息相關.就像風琴和其他管樂器一樣.
[圖說] 像這麼一個標準型的低成本匯集管仍可能保有一定程度的效率, 但怎麼說它總是沒法像手工匯集管那麼暢通. 這類的匯集管若設計製造不當, 很可能會產生很大的排氣阻礙.
當排氣門正要關閉, 進氣門準備開啟之際, 引擎就進入汽門重疊期. 汽門重疊時, 活塞接近上死點, 速度慢下來, 並準備反向運動.要把廢氣排乾淨, 此時排氣門附近就必須要有一個負壓來幫助它吸出氣缸. 同時也騰出空間容納新鮮油氣的進入. 隨著這段高壓的氣柱幾乎要脫離管道時,排氣門附近的壓力又再度升高了.
當高壓高能量的廢氣離開頭段管路, 進入較大口徑的匯集管且開始擴散時,會產生一個反射脈衝聲波能量, 就像管樂器產生一個音符一樣, 很像管風琴. 這個反射音脈衝以音速向後傳遞, 在高熱的廢氣中,大概是每秒1100~1900呎. 這個音波反射倒是使得排氣門看到的壓力稍微又高了一點. 然後這股壓力波又彈回到頭段管路的開口端.如同廢氣一開始噴出的那股脈衝, 這個反射音波也在它的高壓波前之後留下了稀薄區域, 也就是低壓區. 若管道的長度和內徑適當,這股反射波還有助於延長排氣門前低壓稀薄的時間.
倒是不用複雜的計算, 這有個大略的方針可以供你當作選擇頭段時的參考.較短和較粗一點的頭段管路較適於產生高轉速的馬力. 這和管路對反射波的基音調諧和排氣脈衝流經管路的時間有關. 就像短笛, 比起單簧管,是較高音的樂器. 越粗越短的頭段管越有利於高轉速. 相反的, 較長, 管徑較細的管路就有利於較低轉速, 這是相同的道理.凸輪軸的設計和排氣凸輪的開啟時間對頭段的設計是很重要的一個因素. 一般來說, 排氣門關的越晚, 頭段管就必須越短.
幾根頭段管相匯集的部分也很重要. 這個交會的部分, 我們稱為匯集管 (collector), 對整個頭段的功能來說是個重要部位.它必須夠大到在聲學上對於上游管路來說能視為一個開口, 這樣才能造成音波反射. 這個音波的反射能幫助廢氣的抽吸作用.而它也必須夠大到足以容納上游所有氣缸排出的氣流而不會造成過多的回壓. 通常這個匯集管頂多就是把所有的上游管集中在一起焊成一個較大管徑的出口,還不見得能和更下游的管路順利連接. 設計良好的頭段, 會把點火順序為反相的兩缸合為一組, 這樣其一的排氣回波才不會妨礙到另一個排氣的節奏.點火順序相鄰的兩缸則以同樣的理由被隔開. 典型的直四引擎用的頭段, 就是1/4一組, 2/3一組.
最佳的匯集管叫作合併匯集管. 這是兩管以平滑漸小的方式焊在一起, 然後才接到另一個匯集處. 這樣精工打造的管子通常能有更寬的動力帶, 有時還會有更大的高轉馬力. 一般不太有真正的合併匯集管, 除非在真正的比賽用車上.....
OK,其實好像介紹的差不多了, 相信大家都看累了, 我也打的蠻累的. 以下的譯文, 我就不再逐句翻譯, 而是用 '大易輸入法' [呵呵,其實上面這麼多有些地方已經用了 別怪我啊, 有些地方真的翻不出來 .... 只好就我所知, 簡化後再用我自己的話表達...]
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目前市場上流行的頭段改裝, 多半是3-y型的 (就是4-2-1啦). 對一般街道用車來說, 4-2-1頭段應該算是最佳的選擇,它對凸輪軸的設計較為寬容, 對其他的變因也是, 且能夠有較寬的動力帶, 對日常行車來說較為實用. 3-y頭段,就是因為兩組分支管各形成一個y, 這兩個y再合成一個y, 進入同一根主排氣管, 所以就叫作3-y.
當廢氣到達第一個y型分支,就會產生上面提過的反射波, 而再下去, 到第二個y型分支時, 又產生一次. 第一個分支處產生的反射波因為是作用在反相的兩缸,所以雖相對上管道不長, 但相互的影響倒是不大. 而到了第二個分支造成的反射波, 和第一個的反射波免不了會造成一些干涉現象,造成波動的稀薄帶較弱, 但分布的頻寬較大. 所以能產生較寬的動力帶.
這算是個妥協, 正因為能造成的稀薄帶較弱,所以對氣缸的抽吸作用也較弱, 高轉時的最大馬力也就不如4合1的頭段. 但, 雖作用較弱, 它卻能加寬作用的範圍,所以很寬的轉速區間中都能獲得好處. 相對的, 4合1的頭段, 只能在數百rpm的範圍內產生最佳效能, 雖它發揮功能時, 作用很強,所以最大馬力得以提昇, 但日常行車中低轉速下, 扭力反而不如4-2-1. 所以, 要求高轉馬力的賽車, 就採用4合1, 而街道用車,或注重中段扭力的rally賽車, 最好採用4-2-1.
或者, 要選用注重中段調諧的4合1頭段, 這類頭段通常是分支管較長, 或管徑較細一些, 或兩者兼具. 這樣才不會顧此失彼.
一般街道用車的排氣系統, 一定要保留所有的排污管控裝置, 如O2 sensor, EGR裝置等. 這些裝置對大腳油門時的性能沒有負面影響, 卻能夠在低負荷時保持排氣的乾淨. 拔掉這些東西對性能沒有幫助, 反而在大部分低負荷的行車造成空氣污染.
95年以後較新的車, 多半配備了OBDII, 拔掉這些排污管控裝置, 還總會出現故障碼. 這也是不合法的.
好的頭段能給你多出來5~15匹輪上馬力, 端看你原廠的頭段有多爛. 若你以一般的車速平順行駛, 則可以得到較佳的油耗表現, 因為pumpingloss變小了, 引擎負荷變小. 當選購一般鐵管的製作的頭段時, 起碼要16 gauge的厚度, 最好有14 gauge厚 (號碼越小,厚度越厚). 耐熱防鏽的陶瓷塗佈或者是不鏽鋼管能讓你用的更久. 另選擇厚一點的法蘭, 也能更耐用, 也較不會發生變形漏氣的情形.
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好了, 排氣部分講完了, 原文接下來的部分是進氣系統的介紹. 和本話題沒有直接關係, 還是大略翻一下 '大義' 好了:
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進氣系統簡單說就是個管道, 和空氣濾清器.
空氣濾清器是個重點, 因為它在進氣通道內造成最大的阻力. 原廠的濾紙型空氣芯, 阻力尤其大. 最簡單的改裝就是原廠交換型的高流量空氣芯, 以減低進氣氣流的阻力, 如 K&N, 這類改裝能給你額外的 0~2 匹馬力.
這類改裝省錢方便, 但效果有限, 因為遷就於原廠空氣芯的尺寸, 表面積有限, 所以效果不大. 若再加上原廠空氣箱太小, 或管道的轉角過多/尖銳, 而造成氣流阻力, 那就幾乎沒啥性能上的增進了.
香菇頭
新型的車, 多半為了引擎能夠更安靜, 所以設置了進氣箱, 有些甚至在這空氣箱內設置隔板, 以減低進氣聲, 但這對氣流順暢度實在有害.
一個開放式的香菇頭, 除了表面積大, 氣流的順暢度也較空氣箱好得多, 它的確會帶來很大的吸氣聲, 但對某些人來說, 這倒是給引擎交響曲增添更加豐富的曲調
香菇頭的改裝, 多半會產生2~5匹的馬力增加, 伴隨著更大的吸氣聲.
進氣系統
最後, 就是進氣系統, 衝壓強迫進氣, 和冷空氣進氣系統. 多數進氣系統都會用上延軸彎曲的彎管, 替換掉原廠阻力較大, 佈滿彈性皺折的橡皮管.最佳的系統, 還要考慮管道長度, 以產生壓力波的適當調諧, 來幫助進氣, 就像排氣頭段一樣. 多數都配備了2.25~3吋管徑,長度則是12~30吋...
有些系統還把管路延伸到下氣霸或保桿內, 以達到直接撞風或吸取冷空氣的效果. 真的有用的撞風進氣, 能提供 1~3% 的馬力增加, 而冷空氣進氣系統, 則是進氣溫度每降低10度, 就可以多1%的馬力...
綜合以上所有的條件, 好的進氣系統能增進4到15匹的輪上馬力, 這當然也要看它是怎麼測量的 (對撞風進氣這種, 尤其是要看前進速度).
有件事要小心, 就是有些進氣系統雖有利於冷空氣直接灌入, 但是雨水一樣也是, 選購此類套件時要注意這方面是否有妥善的處理.
調校的問題
若你的車有空氣流量計來監控噴由系統, 則上述的改裝多半不會有什麼問題, 流量計會感知空氣流量, 而進行噴油的修正. 頂多是先把電瓶拔掉一下, 讓ECU的記憶消除, 再接上後, 它就會自行重新學習新的噴油模式. 一般來說, 引擎在頭20分鐘就會越跑越順.
有一些其他的車則配置了一種叫作流速密度測量系統. Honda就是個主要的例子. 這些車配備了歧管壓力感測器來讓ECU判斷該噴多少油. 不幸的是, 它是基於原廠的pumping效率來計算流量. 當我們用上阻力較低的進氣系統, 它通常就無法做很有效的補償了.
然而, 這樣的情形可以加一個燃油壓力閥來調高供油壓力, 這樣就能補償較大的進氣量.
要獲得最佳的結果, 燃油壓力閥要在馬力機上調整, 才能調出最好的性能. 增加的燃油和進氣通常會使缸壓增加, 這又增加了爆震的發生率, 所以有時也需要適度調小點火提前角. 而配置了冷空氣進氣系統的車, 則可因為進氣溫度較低, 能容許較大的點火提前...
以下列出一些大致通行的排氣管徑選擇法:
1500~2000cc 的引擎 2吋
2100~2500cc --- 2.25吋
2600~3000cc --- 2.5吋
若有加笑氣, 就各加半吋. tubo引擎, 2吋半是最低要求, 就算是小排氣量. 對2000或更大的引擎來說, 3吋通常運作的很好. 你能找到的最大管徑 (3吋半) 則適於更大的增壓引擎.
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MK2 2.3 AT 渦輪...剛換換完心臟....試車中 |
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