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馬力扭力兼顧 顛覆排氣改造原理可變回壓排氣閥門
2012.04.29 作者:OPTION

文、圖/Grand
協力/信祐汽車、MCK、IPE
車輛改裝的目的無非在求更快速與更安全的駕駛環境,而當中又以排氣改裝,為最基礎的動力提昇路徑,過去改裝排氣管總是有扭力與馬力難以兼顧的困擾,不過近來因可變排氣閥門的導入,理想的排氣改造效果似乎不再這麼遙遠。
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| 多數市售車對於排氣系統的設計,最大考量首先是消音、環保,最後才是排氣效率,因此在其上可見到觸媒轉換器與巨大消音器的蹤影,加上管徑較為保留,因此對於高轉速時的馬力輸出往往無法盡興發揮。 |
排氣系統進化論
馬力與扭力的取捨
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的時間,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,因此改裝排氣管有時不在於增加多少馬力之時,而是為了找回原廠流失的馬力,發揮原本的性能。
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| 改裝排氣管為獲得最佳的峰值馬力輸出,通常會採用直通管,並減少彎曲角度的設計,改裝後的高轉速加速力道與排氣聲浪,雖可脫胎換骨,但卻不見得能兼顧低速扭力反應,尤其在小排氣量NA引擎上,更容易感覺出扭力流失的差異。 |
排氣管的改造目的,在於調整排氣回壓的高低,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。在過去改裝排氣管的主要方向,在於減低回壓,讓進排氣效率更為順暢,進而改變引擎之動力特性、調整扭力輸出時機並提昇高轉速的反應和流暢度,不過這樣的改造方向卻隱藏著不為人知的缺點,那就是低速扭力的流失。
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| 賽車引擎的工作轉速經常維持在極高範圍,加上一切設計都是為壓榨引擎動力,也不需觸媒阻礙排氣效率,因此排氣管的設計可以設計的更粗、更直通,整個設計方向與市售車是截然不同,不能全部移植沿用。 |
難以兼得的平衡
受限硬體的設計
機械設計本屬物理之現象延伸,因此有利必有弊;改裝排氣管後,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。在過去為了使低速扭力不至於流失太多,改裝排氣管時通常會從「控制管徑大小」與「調整排氣路徑」來著手,前者加大的管徑大小,應以原廠加大10%至15%為上限,且大多從中尾段下手;至於後者則是縮短消音器迴繞之路程,努力使其消音路線呈直線化來進行,不過此方法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。
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| 渦輪引擎因有渦輪本體阻礙排氣效率,因為對於排氣管的設計往往可以比NA引擎來得更為寬鬆點。 |
至於兩者的取捨,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。至於中尾段管徑的搭配,建議可採漸次放大的型式,使廢氣愈往後方流速愈快,有利於持續高轉速的情形使用。
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| 近幾年來逐漸成熟的可變幾何渦輪葉片設計,與可變回壓排氣閥門可是有著異曲同工之妙,對於排氣回壓的控制同樣靈活,因此才能創造出高原式的引擎扭力輸出。 |
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| 其實許多超跑早已使用可變回壓閥門的設計,如圖中Audi R8 V10就是最好的例子,閥門就設計在排氣出口端,關閉時廢氣需經過網管與隔板後,繞比較遠的路徑才能排放出去,開啟後則可直接排放,造成前後排氣的順暢性差異極大。 |
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| 圖中這兩部搭載高性能自然進氣引擎的車款,一旦改裝可變回壓排氣閥門後,高轉速時的聲浪都相當渾厚澎湃,令人深深著迷,而這也是排氣閥門的另一項改裝價值。 |
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| 圖中即為可變回壓閥門的本體,又可分成常時關或常時開的設計,前者比較適合街車使用,後者比較適合會下場比賽的半廠車使用。 |
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