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汽车排气那些事儿:回压控制及动力影响-炫车汇汽车

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发表于 2016-11-1 03:50:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
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  排气改装由于其可操作性强,且改装后美不雅度和声浪较原厂配置有明显的提高,所以成为良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,我也经常存眷网络上对排气知识的介绍和改装实例,我的感触感染是目前网络上缺乏对排气知识的系统性介绍,且这些零散的知识年夜多艰涩难懂,所以产生了将自己对排气的一些理解写出来和年夜家分享讨论的想法。排气辖档徒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含歧管、三元催化器、消声器、连接管和尾管。原厂按排气温度的凹凸将排气系统分为热端和冷端。在日常城市路况驾驶进程中,发念头转速为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、法兰或卡箍相连以包管不漏气。
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  歧管与发念头气缸排气口相连,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),从而影响发念头的废气排出效率,最终将影响发念头的性能。三元催化器的主体为蜂窝状的陶瓷,在蜂窝结构概况喷上含贵金属(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)的作用下产生氧化还原反应转变成无害的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,可以达到调度排气声浪的效果,这将在后面的文章中详细讲解。
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  什么是回压?回压受哪些因素影响?
  通俗一点来讲,回压就是用来权衡尾气排出阻力的指标。与水流在水管中流动会受到阻力的事理相同,由于排气系统歧管、连接管、消声器等的壁面其实不是完全滑腻的,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) 的进程中会与这些微小的凹凸产生摩擦,也即对尾气排解缆生了阻力。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。所有这些阻力的权衡指标,统称为回压(或称背压、压力损失),回压的经常使用单位为压力单位“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,这些阻力也会越年夜,因而回压也越年夜。尾气流动特性通常使用专业流体阐发软件计算获得,例如下图为尾管处湍流动能阐发结果。通过计算弯管、管径、截面不连续和不合下温度回压的数值,网友可以更清晰了解结构和情况对回压的影响。原厂消声器年夜多采取细管径和突变截面的消声器,因此回压相对较年夜,当然噪音也会更小。
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  注:”形状”部分仅为几何形状示意,并不是按几何尺寸显示图例
  回压对发念头性能的影响
  我们知道当物体受到阻力的时候,需要用外力来克服阻力,例如当撑伞逆盛行走的时候,会感应很吃力,需要用很年夜的力才能正常往抢_。尾气要顺利地排出排气管,也需要消耗发念头产生的一部分能量,那这部分能量占发念头功率的比例年夜概是几多呢,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,发念头能产生的功率为250千瓦。
  第一步:计算推动尾气排出所需要的力有多年夜
  第二步:计算推动尾气排出所损耗的功率
  第三步:计算功率损耗占发念头输出功率的比例
  结论,本算例中排气回压对发念头功率的损耗为10.4%,这部分损耗也是很是可不雅的。通常排气系统头段的回压是中尾端回压的1.5~2倍。年夜部分网友只对中尾段改装来降低徊压(常见的体例有加粗排气管和采取直通消声器等),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进程中很难有明显的动力提升感触感染。如果想通过降低徊压来提升发念头功率,更加有效的体例是把头段的三元催化器去失落,但这会造成严重的空气污染,不鼓动勉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转变数据(数据来源于天蝎排气官方网站),看完年夜家应该对排气对发念头性能的影响有更清晰的认识。
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  回压是不是越低越好?
  这是良多网友会想到的问题,现在也有越来越多的改装车友了解太低的回压会降低发念头的低转速扭矩(简称低扭),其根来源根底因是什么呢?首先,发念头排气是有时间间隔的,转速越低,间隔越长。例如当某4缸机转速为1200转/分钟时,相邻两次排气的时间间隔约为0.1秒。如果排气回压太小,进入排气系统的尾气年夜部分可以在这0.1秒的时间内顺畅地排出,此时排气歧管处的气体压力就会明显低于发念头气缸内气压,而气压差致使产生了从发念头气缸至排气管偏向的吸力。这就比如用吸管喝饮料一样,将吸管内气体吸失落,吸管内形成低压,从而形成饮料至吸管偏向的吸力,此吸力将饮料吸进人嘴里。同时,发念头的进排气进程在时间上是有重叠的,也就是排气阀门还未封闭,进气阀门已经打开,部分进入发念头气缸的燃油夹杂气被气压差吸力从排气阀门随尾气一起进入排气管排失落,这部分燃油损耗直接致使了发念头低扭的降低。细心的网友会再问,为什么发念头高转速时,吸力不会将燃油吸走排失落呢?这是因为发念头高转速时,相邻两次排气的时间间隔短,高转速时产生的年夜量废气无法在短时间内顺畅地从排气管排出,致使排气歧管处的压力和发念头气缸内的压力相当,因此不会形成较年夜的压力差,从发念头气缸至排气偏向的吸力也就不年夜,不足以吸走进入发念头气缸的燃油夹杂气。
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  如何控制回压,使其低转速高,高转速低?
  在改装市场上常见的S鼓和G鼓等,相对直排有更高的回压,因此可以降低发念头的低扭损耗,但高转速时对发念头功率的提升也会比直排低。正如前面提到的中尾段回压降低对发念头功率提升其实不会很明显,因此选装S鼓和G鼓等普通回压鼓也是不错的选择。
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  那有没有一种结构,可以兼顾低转速时回压高和高转速时回压低呢?这就得提到被动阀门和主动阀门了。被动阀门不需要额外的电源进行驱动,一般安装在消声器内部或中尾真个连接管上,它主要由一个弹簧和一个挡片组成。当发念头转速低时,排气气流较小,不足以克服弹簧的拉力将挡片吹起来,排气管被挡片堵住,所以回压变年夜。当发念头转速高时,排气气流很年夜,足以将挡片吹起来,这时排气管完全打开,回压较低,因此包管了发念头的功率输出。主动阀门需要额外的电源进行驱动,一般安装在尾管上,按驱动体例不合分为电动阀和蔼动阀。电动阀由机电驱动,气动阀由真空泵驱动。和被动阀类似,在发念头转速低时,阀门封闭以提高回压,在发念头转速高时,阀门被打开以降低徊压。相对被动阀,主动阀在高转速的回压更低,因为阀门的打开能量由电瓶提供,不会造成发念头功率损耗,而被动阀需要发念头提供一部分能量来克服弹簧的拉力,可是这部分能量很是小,可以疏忽不计。
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  作者希望本文能帮忙网友对回压有初步的了解。另外,回压和声音是息息相关的,因此下一篇文章将着重介绍排气声音。
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