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【汽車知識】人人都很愛排氣聲浪,漫長的過程誰知道?

資料來源:Goo 車訊網     2018/09/18
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油門催下去,享受著改裝排氣聲浪很令人亢奮,車子快不快就另當別論。其實,引擎動力的大小除了牽扯到汽缸直徑和進氣量之外,如何製造適當的排氣回壓也是關鍵之一。因此原廠在設計排氣管時,會依需求而有不同的管徑配置,利用複雜的流體力學達到過濾有害物和消音的效果,至於如何發揮極致動力就得憑各家本事了。

排氣系統就像工廠流水線
每一站都有重要的任務


以一般的四缸引擎為例,分開的進排氣行程設計,除了能夠吸入更多的進氣量來提高引擎效率,也創造一個完全燃燒的燃燒室,讓廢氣有足夠的時間排出,排氣系統的開端從排氣歧管(排氣頭段)算起,往後延伸有觸媒轉換器、消音器和尾管,一切都是為了符合現今的環保法規而設計。

然而引擎的汽缸數較多,同時有製造成本和空間配置的考量,無法讓各汽缸有自己的排氣管,排氣頭段都採用「4—1」或「4—2—1」的管路設計,所謂的「4—1」就是從四根排氣歧管合併成一根管路,利用各歧管的「等長化」優勢來抵消之間的排氣壓力差,不容易產生壓力波互相干涉的現象,使整體的排氣效率大幅提高,讓引擎在中高轉速的反應順暢。


▲「4—1」的排氣頭段設計,利用等長化的優勢來抵消之間的排氣壓力差,在中高轉速時不易產生干涉現象,排氣就會順暢,有效的提升引擎效率。

而「4—2—1」則是四根歧管合併成兩支管後再合成為一根管路,歧管不等長的形式就容易使各汽缸排出的廢氣互相擠壓(干涉現象),不利於引擎高轉速的表現,卻對中低轉速的扭力釋放有很好的效果,適合一般乘坐車穿梭在車多窄道的大城市中,所以兩者之間的設計還得根據車廠對引擎的輸出特性,和正反置的擺放來作出抉擇。


▲「4—2—1」的排氣頭段設計,是以不等長的歧管來製造排氣干涉,雖然不利於高轉速需要的排氣順暢,但在低轉速的扭力表現較佳,許多小房車都採用這種設計來達到低速輕快的油門效果。

一般來說,觸媒轉換器大多安排在排氣中段,但為了迎合更嚴苛的環保需求,讓觸媒更快的達到工作溫度,目前多數車款在頭段歧管內就有觸媒轉換器,而廢氣經過這個觸媒時,內含的鉑(Pt)、鈀(Pa)、銠(Rh)等重金屬作為催化劑,會將廢氣中的HC、CO、NOX有害物質轉換成對人體無害的氣體排出在外,例如NOX被還原成氮氣(N2)和氧氣(O2),而CO和HC則被氧化成CO2和H2O,正常的工作溫度範圍在400℃-600℃,這個階段由O2 Sensor監控含氧量,將訊號傳回ECU來判斷當下的噴油量。

▲排氣系統的「首站」從排氣歧管(排氣頭段)開始,往後延伸有三元觸媒轉換器、消音器和尾管,當中有O2 Sensor監控含氧量回報給ECU去下達指令,很像工廠流水線的運作。

排氣管圖解  左邊順時針

排氣歧管
O2 Sensor
O2 Sensor
消音器
排氣尾管
三元觸媒轉換器 


▲為了符合今日的環保法規,有的車款從排氣頭段就有三元觸媒轉換器,裡面的重金屬催化劑能將HC、CO和NOX轉換成無害的N2、O2、H2O和CO2 ,旁邊有感知器將訊號傳回給ECU去判斷當下的噴油量。

圖解 右上角順時針

ECU
NOX 感知器
NOX觸媒轉換器
溫度感知器
含氧感知器
三元觸媒轉換器
含氧感知器 

由於高速氣流的廢氣衝擊會有音波而產生噪音污染,需要消音器的設計來符合法規的分貝值,裡面由不同長度的管道組成,利用隔板創造不同的氣室,讓廢氣音波撞擊,藉由反射波發生干涉而互相抵消,音量就變小。相對的阻礙廢氣排放的順暢,限制引擎的動力。



▲OEM的消音器是利用隔板和不同長度的內管去打造氣室,讓廢氣的音波互相撞擊而抵消波長,音量就會變小,但相對的會阻礙排氣的順暢度,影響引擎的動力輸出。

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