排氣改裝由于其可操作性強(qiáng)，且改裝后美觀度和聲浪較原廠配置有明顯的提高，所以成為很多改裝車(chē)友最早接觸的項(xiàng)目之一。作為一名原廠排氣聲音設(shè)計(jì)工程師，我也經(jīng)常關(guān)注網(wǎng)絡(luò)上對(duì)排氣知識(shí)的介紹和改裝實(shí)例，我的感覺(jué)是目前網(wǎng)絡(luò)上缺乏對(duì)排氣知識(shí)的系統(tǒng)性介紹，且這些零散的知識(shí)大多晦澀難懂，所以產(chǎn)生了將自己對(duì)排氣的一些理解寫(xiě)出來(lái)和大家分享討論的想法。排氣系統(tǒng)兩個(gè)最重要的特性為回壓和聲音，本文將著重介紹回壓。
    排氣系統(tǒng)，顧名思義其主要功能為排尾氣，同時(shí)兼具降低排氣噪音的功能。首先來(lái)看一下典型的排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。一個(gè)完整的汽車(chē)排氣系統(tǒng)包括歧管、三元催化器、消聲器、連接管和尾管。原廠按排氣溫度的高低將排氣系統(tǒng)分為熱端和冷端。在日常城市路況駕駛過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500~2500轉(zhuǎn)時(shí)，熱端歧管處溫度為500~600℃，冷端尾管處溫度為200~300℃。在改裝市場(chǎng)，通常按位置將排氣系統(tǒng)分為頭段、中段和尾段。排氣系統(tǒng)各個(gè)部件通過(guò)焊接、法蘭或卡箍相連以保證不漏氣。

    歧管與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸排氣口相連，歧管的幾何結(jié)構(gòu)將影響歧管內(nèi)氣流的流動(dòng)形態(tài)和歧管回壓(回壓的概念接下來(lái)會(huì)講到)，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排出效率，最終將影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。三元催化器的主體為蜂窩狀的陶瓷，在蜂窩結(jié)構(gòu)表面噴上含貴金屬(鉑、銠、鈀等)的涂層，當(dāng)高溫的汽車(chē)尾氣通過(guò)三元催化器時(shí)，尾氣中的有毒有害氣體CO、HC和NOx等在貴金屬(作為催化劑)的作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害的CO2、水和氮?dú)?。消聲器的主要作用為降低噪音，達(dá)到舒適駕駛的目的。在改裝市場(chǎng)中，通過(guò)改變消聲器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到調(diào)節(jié)排氣聲浪的效果，這將在后面的文章中詳細(xì)講解。

什么是回壓？回壓受哪些因素影響？
    通俗一點(diǎn)來(lái)講，回壓就是用來(lái)衡量尾氣排出阻力的指標(biāo)。與水流在水管中流動(dòng)會(huì)受到阻力的道理相同，由于排氣系統(tǒng)歧管、連接管、消聲器等的壁面并不是完全光滑的，存在微小的凹凸，因此尾氣在排氣系統(tǒng)高速流動(dòng)(最高可達(dá)180~200m/s) 的過(guò)程中會(huì)與這些微小的凹凸產(chǎn)生摩擦，也即對(duì)尾氣排出產(chǎn)生了阻力。同時(shí)，連接管彎曲、連接管與消聲器、三元催化器截面不連續(xù)等原因也會(huì)對(duì)高速流動(dòng)的尾氣產(chǎn)生阻力。所有這些阻力的衡量指標(biāo)，統(tǒng)稱為回壓(或稱背壓、壓力損失)，回壓的常用單位為壓力單位“千帕”。排氣溫度越高或連接管管徑越小，尾氣的流速就會(huì)越高，這些阻力也會(huì)越大，因而回壓也越大。尾氣流動(dòng)特性通常使用專業(yè)流體分析軟件計(jì)算得到，例如下圖為尾管處湍流動(dòng)能分析結(jié)果。通過(guò)計(jì)算彎管、管徑、截面不連續(xù)和不同下溫度回壓的數(shù)值，網(wǎng)友可以更清晰了解結(jié)構(gòu)和環(huán)境對(duì)回壓的影響。原廠消聲器大多采用細(xì)管徑和突變截面的消聲器，因此回壓相對(duì)較大，當(dāng)然噪音也會(huì)更小。

注：”形狀”部分僅為幾何形狀示意，并非按幾何尺寸顯示圖例

回壓對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響
    我們知道當(dāng)物體受到阻力的時(shí)候，需要用外力來(lái)克服阻力，例如當(dāng)撐傘逆風(fēng)行走的時(shí)候，會(huì)感到很費(fèi)勁，需要用很大的力才能正常往前走。尾氣要順利地排出排氣管，也需要消耗發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的一部分能量，那這部分能量占發(fā)動(dòng)機(jī)功率的比例大概是多少呢，下面來(lái)舉例說(shuō)明(對(duì)數(shù)學(xué)計(jì)算不感興趣的網(wǎng)友可直接看結(jié)論)。假設(shè)整個(gè)排氣系統(tǒng)的回壓為60千帕，尾氣流速為130米/秒，排氣管直徑為65毫米，排除回壓的影響，發(fā)動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生的功率為250千瓦。
    第一步：計(jì)算推動(dòng)尾氣排出所需要的力有多大

    第二步：計(jì)算推動(dòng)尾氣排出所損耗的功率

    第三步：計(jì)算功率損耗占發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的比例

    結(jié)論，本算例中排氣回壓對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的損耗為10.4%，這部分損耗也是非?？捎^的。通常排氣系統(tǒng)頭段的回壓是中尾端回壓的1.5~2倍。大部分網(wǎng)友只對(duì)中尾段改裝來(lái)降低回壓(常見(jiàn)的方法有加粗排氣管和采用直通消聲器等)，一般來(lái)說(shuō)可降低8~15千帕的回壓，可提升的功率約為3.5~6.5千瓦(1.4%~2.6%)，這么小的功率提高在正常駕駛過(guò)程中很難有明顯的動(dòng)力提升感覺(jué)。如果想通過(guò)降低回壓來(lái)提升發(fā)動(dòng)機(jī)功率，更為有效的辦法是把頭段的三元催化器去掉，但這會(huì)造成嚴(yán)重的空氣污染，不鼓勵(lì)網(wǎng)友進(jìn)行這樣的改裝。下表列出了天蝎排氣幾個(gè)改裝車(chē)型的功率變化數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)來(lái)源于天蝎排氣官方網(wǎng)站)，看完大家應(yīng)該對(duì)排氣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響有更清晰的認(rèn)識(shí)。

回壓是不是越低越好？
    這是很多網(wǎng)友會(huì)想到的問(wèn)題，現(xiàn)在也有越來(lái)越多的改裝車(chē)友了解太低的回壓會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的低轉(zhuǎn)速扭矩(簡(jiǎn)稱低扭)，其根本原因是什么呢？首先，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣是有時(shí)間間隔的，轉(zhuǎn)速越低，間隔越長(zhǎng)。例如當(dāng)某4缸機(jī)轉(zhuǎn)速為1200轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，相鄰兩次排氣的時(shí)間間隔約為0.1秒。如果排氣回壓過(guò)小，進(jìn)入排氣系統(tǒng)的尾氣大部分可以在這0.1秒的時(shí)間內(nèi)順暢地排出，此時(shí)排氣歧管處的氣體壓力就會(huì)明顯低于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)氣壓，而氣壓差導(dǎo)致產(chǎn)生了從發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸至排氣管方向的吸力。這就好比用吸管喝飲料一樣，將吸管內(nèi)氣體吸掉，吸管內(nèi)形成低壓，從而形成飲料至吸管方向的吸力，此吸力將飲料吸進(jìn)人嘴里。同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣過(guò)程在時(shí)間上是有重疊的，也就是排氣閥門(mén)還未關(guān)閉，進(jìn)氣閥門(mén)已經(jīng)打開(kāi)，部分進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的燃油混合氣被氣壓差吸力從排氣閥門(mén)隨尾氣一起進(jìn)入排氣管排掉，這部分燃油損耗直接導(dǎo)致了發(fā)動(dòng)機(jī)低扭的降低。細(xì)心的網(wǎng)友會(huì)再問(wèn)，為什么發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)，吸力不會(huì)將燃油吸走排掉呢？這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)，相鄰兩次排氣的時(shí)間間隔短，高轉(zhuǎn)速時(shí)產(chǎn)生的大量廢氣無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)順暢地從排氣管排出，導(dǎo)致排氣歧管處的壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的壓力相當(dāng)，因此不會(huì)形成較大的壓力差，從發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸至排氣方向的吸力也就不大，不足以吸走進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的燃油混合氣。

如何控制回壓，使其低轉(zhuǎn)速較高，高轉(zhuǎn)速較低？
    在改裝市場(chǎng)上常見(jiàn)的S鼓和G鼓等，相對(duì)于直排有更高的回壓，因此可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的低扭損耗，但高轉(zhuǎn)速時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的提升也會(huì)比直排低。正如前面提到的中尾段回壓降低對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率提升并不會(huì)很明顯，因此選裝S鼓和G鼓等普通回壓鼓也是不錯(cuò)的選擇。

    那有沒(méi)有一種結(jié)構(gòu)，可以兼顧低轉(zhuǎn)速時(shí)回壓高和高轉(zhuǎn)速時(shí)回壓低呢？這就得提到被動(dòng)閥門(mén)和主動(dòng)閥門(mén)了。被動(dòng)閥門(mén)不需要額外的電源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，一般安裝在消聲器內(nèi)部或中尾端的連接管上，它主要由一個(gè)彈簧和一個(gè)擋片組成。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低時(shí)，排氣氣流較小，不足以克服彈簧的拉力將擋片吹起來(lái)，排氣管被擋片堵住，所以回壓變大。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，排氣氣流很大，足以將擋片吹起來(lái)，這時(shí)排氣管完全打開(kāi)，回壓較低，因此保證了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出。主動(dòng)閥門(mén)需要額外的電源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，一般安裝在尾管上，按驅(qū)動(dòng)方式不同分為電動(dòng)閥和氣動(dòng)閥。電動(dòng)閥由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，氣動(dòng)閥由真空泵驅(qū)動(dòng)。和被動(dòng)閥類(lèi)似，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低時(shí)，閥門(mén)關(guān)閉以提高回壓，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，閥門(mén)被打開(kāi)以降低回壓。相對(duì)被動(dòng)閥，主動(dòng)閥在高轉(zhuǎn)速的回壓更低，因?yàn)殚y門(mén)的打開(kāi)能量由電瓶提供，不會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)功率損耗，而被動(dòng)閥需要發(fā)動(dòng)機(jī)提供一部分能量來(lái)克服彈簧的拉力，但是這部分能量非常小，可以忽略不計(jì)。