為何要改排氣管？(上) 打開引擎性能受限封印

排氣管改造目的與方法
馬力與扭力的取捨
 
圖/童國輔
 
車輛改裝的目的無非在求更快速與更安全的駕駛環境，而當中又以排氣管改裝為最基礎的動力提昇路徑，排氣管改得好不只加速變快，如同跑車的渾厚排氣聲浪，更是令人著迷，不過排氣管到底該怎麼改才有用？這就是本單元要位大家介紹的內容。
 
 
原廠設計屈就成本
引擎性能受限封印
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之設計，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，多數原廠排氣管只淪為消音及排除冷卻廢氣之功用，於是就有不夠順暢之問題產生，進而降低了引擎性能。
 

▲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。
 
而排氣管改造首重內部順暢程度，可稱之為「回壓大小」，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關連。改裝排氣管主要的目的，就是在於減低回壓，讓進排氣的運作交替更順暢，進而改變引擎出力特性，轉變扭力輸出時機，達到提昇高轉速反應和流暢度之目的。
 

▲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。
 
口徑的掌握很重要
先降低阻力再加大
機械設計本屬物理現象之延伸，話說有利必有弊；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。且當引擎收油時，排氣管內的回壓過低，廢氣極有回流至燃燒室，所以為了因應一般道路常用的中低轉速，相當程度的排氣管回壓仍然是必需的，也應以駕駛用途及引擎輸出，來考量回壓之大小。
 

▲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。
 
一般而言，改裝排氣管大多從中尾段下手，常見的手法不外乎增加管徑之尺寸、縮短消音器迴繞之路程，努力使其消音路線呈直線化，不過一般道路使用的改裝排氣管，應先考慮降低內部排氣阻力，例如拔除觸媒、更換直通尾管等，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。我們先來談談管徑調整部分，依照現今的測試及表現來說，中段管徑的增加大都保持在原廠的10%至15%為佳，例如：NA引擎在52mm至60mm左右，渦輪引擎則約為65mm至75mm不等，當然引擎的排氣量愈大，改裝幅度又增加的話，也有可能達到80mm甚至更大的口徑。
 

▲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引擎來得寬鬆點，不過如果能將Down Pipe更換為排氣阻力更小的產品，對性能提昇往往相當明顯。
 
至於中尾段管徑的搭配比例，由粗變細或從頭至尾一樣口徑，對重視「扭力」需要的使用者較為恰當，如果是馬力派的訴求，則適合「漸次放大」的型式。此種放大式的管徑設計，是採慢慢擴大管徑的方式，驅使越往後方越急速膨脹的廢氣增快流速，特別是在持續高轉速的情形下愈加有利。
 

▲各段排氣管示意圖。
 
而負有消音工作的尾段排氣管，則是另一個排氣阻力來源，原廠排氣管的消音過程是利用隔板讓排氣撞擊，藉由反射波的形成減低音量，而高性能車種及改裝型式則採用直線筒式，纏繞消音棉來吸收噪音，如此無隔板直線式的通路，自然對馬力的提昇有相當大的助益。
 

▲部分大排氣量高性能V型引擎的排氣管，都是左右獨立的管路設計，目的也是在減少排氣干涉的問題，不過如何讓兩邊的排氣管路內壓力平衡，使引擎出力平順，是排氣管設計者需考量的新問題。
 

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