假面騎士-Jazz的摩托車日記

你對排氣系統還有迷思嗎?來看看這篇就對了

[Bruce談] 排氣系統

排氣系統除了能排廢氣，還能提高引擎性能，什麼東西提高了馬力？？

簡單的說就是"慣性"，

什麼是""慣性"？ 就是一個東西往前衝的時候它不想停下來。它就是排氣歧管提高馬力的秘密。

廢氣是有重量 or 質量的東西，它從排氣閥打開往外衝的時候，它有慣性。

請你先從一支槍來想思考，一顆子彈從槍管射出以後，它會帶著噴出來的氣體一直往前衝，留下一股’’真空低壓’’在槍管裡一直往回傳。 






引擎的排氣系統呢？



火星塞點火引燃混合氣，推動活塞往下，尚未達到下死點前，排氣閥就已打開，高溫廢氣往外衝出 

 




引擎排氣噴出去也是一樣，當廢氣跑到膨脹室的時候，會產生一股"真空低壓"在排氣管往回傳，一直跑到排氣閥。

假設，這一"真空低壓"撞回到排氣閥的時候，剛好引擎轉到進氣開始，排氣快結束。也就是進氣排氣閥 and 進氣閥同時打開的時候，這時候稱為 進氣/排氣Overlap。


那麼這一股"真空低壓"會跑進燃燒室把殘餘的廢氣吸出來，如果夠強的話，還能順便把"新鮮混和氣"一起吸進燃燒室。 


 









一般的引擎燃燒室的效能只有80%左右，這就是為什麼賽車引擎的效能可以超過100%，自然吸氣引擎還有增壓的效果。


Overlap是一個短暫的時間，是一個機會難得的空檔。錯過了時間，排氣閥關起來，管你排氣管內廢氣怎麼樣，都影響不了引擎。

什麼是 Overlap？

四衝程引擎，每兩圈有四個衝程，1進氣 2壓縮 3爆炸 4排氣，說來應該每個衝程都是半圈，可是事實上它們會提早開始，延遲結束。

在"排氣行程"尚未完全結束前，就已經開始"進氣行程"， 

 




高轉速的引擎很短的時間就轉到Overlap的時候，因此排氣管頭段的長度比較短，真空需要很快就傳回來。

如果是轉速低的引擎，那麼頭段管就比較長，讓它在裡面跑久一點。

據說，第一次發展出這個技術的時候，還是古老的超低轉引擎。那一根排氣管也是長的不得了。



現在你了解"慣性"的重要了吧。什麼會影響"慣性"

1
速度，就算是很輕的東西，只要速度夠快，都可以有很大的衝力。你想空氣很輕，颶風來的時候房子都被吹走。

盡量保持排氣的速度，就能保持它的慣性。

2
質量or 密度
越重or密度越強"慣性"就越強，卡車的撞擊力永遠比腳踏車大。


3
順暢，廢氣在管內改變方向越少越好，彎的越多，阻力越大，速度越慢。

4
排氣管內表面光滑，減少阻力。理由很簡單，不需要多說明

5
溫度
排氣溫度極高，在排氣管內盡量保持它的溫度，就能維持它的速度。
經過冷卻的廢氣是沒有衝力的，自然也就沒有’’真空低壓’’的脈衝。

有人特別賣一種包覆排氣管的隔熱材料，其中一個理由就是保持排氣溫度與速度。

6
管徑大小也有很大的影響，

太大的管徑在中低轉，廢氣量不夠大的時候，會讓管內的廢氣輕飄飄的，無法集中能量。這時候 管徑小一點，廢氣就更密集，"密度"也更強，能量自然提高。

可是小管徑的排氣管。 大油門，高轉速的時候，廢氣排量太大，在裡面走都走不動，不要說速度，更不要說"真空低壓"的脈衝。





排氣管的種類很多

單缸排氣管 (野狼) 就有一個擴散喇叭 


 



四缸車常有 4-2-1 排氣系統 

 






四缸車也常採用4-in-1 exhaust header
四合一排氣管

它的設計是一次擴散，在特定的 rpm 產生最強的"真空脈衝"。 


 




我們就以最簡單的4合1排氣管來做說明，如何做計算

(其它設計，有另外的考慮以及計算方式，)


1
你必須先選定引擎rpm目標，街車可選最高扭力rpm。賽車可選最高馬力rpm 或是兩者之間的rpm。

2
利用引擎凸輪軸開啟角度，
算出頭段長度，
再算出頭段管徑大小。

3
之後再計算中/尾段的長度及管徑。


是的，第一件事情就是算出頭段管長度，這是最重要的一個部分

頭段管長度 P" 的公式為 

 




如果你還是不了解什麼是 ED ，圖解如下 

 




知道了頭段長度以後，可以算出頭段管P的內徑 

 



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註

這個部分有一點麻煩，因為不是你算出一個尺寸，就可以買到管子，

有時候，算出來的尺寸和引擎排氣口的內徑不合。不好配。

因此有時候必須改變內徑，但是當你變了內徑，它會改變了rpm，因此有可能需要再修改長度配合。

一般引擎的頭段管內徑可以和引擎排氣口的內徑相同。也可達到相當的效果。
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之後就是尾管的計算

[尾管長度]
尾管包含接頭的長度是 [P頭段管長 + 3inch] 。
或是 [p+3]的倍數，如 [p+3] x 2 或是 [p+3] x 3。

單獨的尾管長度目前還不能計算，是最後一個項目，你必須先計算尾管內徑。


[尾管的內徑] 
 




再計算尾管長度之前，必須先記計算接頭長度

[接頭 Collector]

接頭有4個部分
1 進口直徑
2 出口直徑
3 縮減角度
4 接頭長度

其中"進口直徑"是自己測量的，不經過計算。


如圖 collector 

 



別種的接頭設計，不在此討論範圍。



[縮減角度] 是你自己要決定的。根據專家建議 7 – 8 度的效果最好，9-10度是可接受範圍，但是9-10度的接頭可能會讓馬力衰退。

[出口直徑] 就是尾管直徑 Tail Dia”，之前你已經算好了。

[Collector 長度] 的公式為 

 




現在，你才可以計算尾管長度

很簡單，

尾管長度 = 尾管總長 (P+3) – CL接頭長度



一個 4 into 1的排氣管，全部計算完畢


++++++++++++++++++++++++++++++++++++



你以為工作就結束了麼？ 答案是NO



排氣系統不能獨立工作，它要跟進氣系統配合

同樣的 這也是一個"慣性"的系統

引擎運轉，每次進氣的時候，引擎把空氣(混合氣)往裡面吸，活塞過了下死點，進氣閥關起來，等待下一次進氣，

這時候進氣歧管內的混合氣是否就停止不動了呢？


它們還在動，這就是"慣性"。這又有什麼用呢？

如果混合氣在歧管內的速度夠快，它們會一直往進氣閥衝，一直到整個力量壓到進氣閥達到最高峰，然後消退。

假設，慣性壓力在最高峰的時候，進氣閥剛好打開，這一股脈衝就把混合氣推進去了。這有如增壓效果。


完美的狀況如下，兩個系統一起配合

引擎運轉進氣閥門打開，排氣閥還沒關起來，兩個同時開啟Overlap的時候，排氣閥外有一股真空把燃燒室殘餘廢氣吸乾淨，進氣閥的前面有一股壓力把混合氣壓進去。兩著一起配合，這才是你應該要追求。

改裝的時候失去其中任何一項，都可能是不完美。 

 




同樣的，速度，密度，管徑，形狀，溫度，都會影響進氣的"慣性"的強度和它抵達進氣閥高峰的時間。

但是在溫度方面，進氣的溫度是越低越好，溫度越低 "混合氣"的密度越強，這一點和排氣剛好相反。

很多空氣箱裡面都有獨立的管子，連接到化油器前面或是Throttle Body 蝴蝶閥前面，

這就是調整進氣系統歧管的長度，

很多SUZUKI的四缸機車在空氣箱裡有兩根短，兩根長的歧管接頭，就是希望同時兼顧中RPM以及高RPM。


我必須補充一些說明

1
以上說談的是以四行程引擎為主

2
是以追求馬力為主，原廠的設計必須考慮很多其它問題，環保，耐用，經濟，實用，耗油，，，，

3
不是讓你看完就成為專家，只是多了一些正確觀念，

4
再計算方面，有很多不同的版本以及方式，以上談的計算程式是有可靠的來源。我也用過，我很滿意。

5
很多人現在採用電腦軟體計算。專門的 引擎電腦改裝軟體。把所有的引擎細節輸入給電腦，它可以立刻算出預估的性能表現。

可以再花大錢之前，先算一下可能的表現如何。以前我用過，也很好用

6
以上所談的尾管，不含消音器。消音器之後的管子也不再討論範圍
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Bruce

在此感謝Bruce大大同意轉貼

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