给大家分享下排气的原理

被遗忘的车神

低沉强劲的排气声浪，专业制造的排气管前段、中段、尾段，外加一颗香茹头，嗯…非常具有震撼力耶！真的吗？跑一跑试试看，真的耶，好象比较有力，@#$%……。  

就进排气系统而言，许多人依然不了解自己的车到底改得好不好？而一昧地砸银子改来改去，希望喜欢改装的读者们，能够了解自己的爱车改装后是否得到自己所预期的效果，不要改出一辆只有声音奇怪，却没有实力的车，还背上一大堆的心理作用，认为马力提升不少。  

自汽车发展至今，人类从追求动力的产生，研究至如何提高动力，再研究如何达到最佳的热效率（就一定量的汽油来说，能比以前换取更多的动能），对于改装车辆的性能来说，几乎能改的全都改完了，对于排气系统的了解及所牵涉的范围，通常是比较被人重视及忽略的，一般人或许只知道如何让引擎进气通畅，排气无阻，但其中包含着一些令人耐人寻味的趣事，希望下面这一些内容，能够让您产生阅读的价值。  

进排气门的干涉  

干涉的意义是指两种或多种相同性质的事物相互干预而产生的变化。由于物质具有波的性质，空气波动是以空气疏密传递，就如弹簧般，拍打的频率刚好的话，弹簧产生共振，只要出一点点力，便可维持现有的状态，空气也是一样，因为它是一个良好的弹性体。  

在这里讨论排气行程的时候，必须考虑到空气的运动，因此，容易把空气的运动和波的现象给混淆，事实上，单独讨论波的运动是与空气运动无关的，只是因为波的产生是空气来回运动造成的，在排气管中波的形成是排气以脉冲所形成的，这里讨论的不是波的性质，而是空气运动的方式。  

进排气门干涉会影响进排气  

为了让读者更容易了解，我们以图形让读者能够更容易了解。引擎于设计时，为了使进气与排气能够充份完全，进排气门因牵涉进排气门开关所需的运动时间（进排气门由关闭状态逐渐开启至完全开启状态）与气体运动惯性对进排气效率的影响，在设计进排气门时，都会在其于进排气行程即将开始之前，提早开启，而于进排气行程结束之后，延迟关闭。由于进气行程之初，为了使进气行程开始之初能有较大的进气口径，使进气效率更好，因此在进排气行程还未开始之初，进气门会提前开启，而于进气行程结束时，由于气体惯性与汽缸内部压力还是低于大气压力，为了使进气更完全，进气门会延迟关闭，相反地，排气门也是基于此会有早开晚关的现象。这种设计将产生气门重叠（排气行程要结束之前，进气门刚开始开启；至进气行程刚开始进行，排气门正在关闭这段极短的时间）日本杂志称为干涉，由于气门重叠产生的进排气干涉，对引擎所造成的影响，便是笔者想表达给读者知道知识。  

活塞在上死点与下死点的移动速度最慢，而于行程中间速度最快，由于空气的弹性，使得活塞在排气行程对排气加速，产生一脉冲，就如弹簧般，由于脉冲的移动速率远大于排气管排气速率，使得排气管中排气端的气体逐渐被压缩形成反压（情形就如压缩一段弹簧般）。当活塞移动接进上死点时的某个时刻，此时排气管内的压力足以平衡此脉冲的推力时，脉冲已准备反射，由于接近上死点，已无任何推力抵抗排气管中压力，此时进气门已准备打开，将产生排气影响进气的若干情形：  

1.假设活塞已开始下行进气，此时脉冲依然因惯性前进，而此时排气管排气端气体压力尚未建立到足以抵抗其前进，此时气门重叠将导致混合气随着脉冲的移动由排气管带出。  

2.假设活塞已开始下行进气，此时排气管排气端气体压力已将脉冲推回产生一反压，那么气门重叠将导致一部份的废气将伴随着混合气进入引擎。  

3.假设活塞开始已开始下行进气，此时刚好脉冲与排气管排气端气体压力达到平衡，在此时往返；恰巧排气门正要完全关闭的时侯，混合气刚要出去便被推回来的时候，进排气完全，形成最佳状态。  

因此，一般固定型状的排气管仅在某些等差的转速下，例如2000～2400转、6000～6400转等情形下，才会有上述第三点的理想状况，但是，通常产生第一次以后，就不知道第二次产生的时候是否是在引擎设定的最大转速之内。  

附注说明的是，以上动作皆在＂眨眼间″完成，且排气路径干涉、排气路径造成的排气冷却、共鸣室的衰减及二次空气喷射等所造成的一些影响暂不讨论，仅就单一变因及性质讨论，以求更容易了解。  

影响排气干涉的因素  

引擎转速影响着脉冲的强度（就如声音的大小），并不会因为引擎转速转得较快而使脉冲速率变得较快（鼓打得再大力，声音传送的速度依然是音速334m/sec）。而排气管的容积大小牵涉到反射波波长，也就是说，容积大者，反射愈慢（如钢琴节拍器、钟摆，摆长愈长，周期愈长），反过来说，容积愈小者，反射愈快。因此，不讨论排气管其它问题，单就排气管的容积就会影响到引擎的性能，相信大部份的读者从未想过吧！当然，反应快的读者立刻就会想到，改变排气管的口径或者长度都可以控制。  

若我们使排气管的容积变大，脉冲反射的时间需要较长的时间，因此有利于低速时达到理想的排气干涉，反过来说，容积愈小者，脉冲反射的时间需要较短的时间，高速时会有理想的排气干涉。  

这种干涉的影响，在进排气门同时开启的时间越长，其影响也随之越钜，因此，在四行程的引擎上，这种现象不会影响引擎性能到＂夸张″的境界，可是在二行程引擎上，进排气口同时开启的时间几乎占据五分之一的引擎行程，且在二个行程就发生一次，干涉对于引擎的影响已到了不可忽视的地步，藉由以上的说明，读者应能了解为什么二行程排气管会有膨胀室（不是消音的那一节），会有所谓的加速管，而粗的（膨胀室大的）用于低速，细的（膨胀室小的）用于高速，便是基于上述原因。  

控制排气干涉的方法  

控制排气干涉的方法，若要分类的话，应分为三种，固定式、机械控制与电子伺服等，前二者通常用于二行程机车上，后者除了在YAMAHA的机上看过以外，并没有去注意是否在其它车上看过。一般来说，由于二行程引擎对此干涉现象影甚钜，因此不用作精密控制，简单的机械控制所能得到的效果就非常好，而对于四行程，由于干涉的影响并没有像二行程那样重大，想要有一定的效果，可能就不是一般粗糙的机械控制能够做到的，因此在四行程上，电子伺服是一良好的方式。  

1.固定式：一般来说，这种是属于一种最不需要一些附属设备控制的简单结构，由于排气管容积无法改变，因此设计时就必须考虑到其理想的干涉作用区域（在引擎于多少转速范围产生理想的干涉作用），因此，这类排气管可以说是仅在某一转速范围提供理想的性能，由于制造成本较低，生产者仅需考虑设计成本。只要设计得宜，便能提供客户良好的效果，因此，仿间的排气管多半是属于这一种，当然，相信专业的套件便更是朝这目标努力，如果你不是一个赛车手，你可能需要一支中速域提供良好性能的排气管，通常这是原厂的考量（不要连触媒所造成的阻碍也算进去，这是为了其它理由才装的设备，在此我们仅就排气干涉讨论），当然，如果你是，不仿换一个良好的套件，好好比试一番。  

2.机械控制：这一类型普遍用于一些强调性能的二行程机车上，在排气口附近做一个小膨胀室，然后用一阀门控制排气管与膨胀室之间的口径，或是利用一小空间作一阀门，利用此一小空间与阀门开闭改变排气路径长度，都是一种有效的方法，使得在低、中、高速状态都可以得到不错的性能。目前尚未看过用在汽车上，不过二行程机车倒是使用得不少，像HONDA的ATEC，都是一种非常好的设计，不知道汽车零配件业是否有人愿意做一个控制干涉且性能良好的机械伺服的排气管。  

3.电子伺服：就二行程的引擎来，由于进排气口开启重叠的时间较长，因此受到排气干涉的影响非常大。因此，只要普通的机械控制，效果就非常的好；但是，在四行程上，进排气口开启重叠的时间不像二行程那般地长，机械控制所能获得的效果有限，加上一些额外的变因，使情形更为复杂，因此，就如供油系统般，排气干涉的控制也有设计使用子伺服，以达到不错的性能提升。在排气管的一段设计一膨胀室，利用一电子机算机伺服控制阀门，再利用阀门控制排气管口径以校正排气脉冲返回的时间，以达到良好的效果。  

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