排氣改裝由于其可操作性強，且改裝后美觀度和聲浪較原廠配置有明顯的提高，所以成為很多改裝車友最早接觸的項目之一。作為一名原廠排氣聲音設計工程師，我也經(jīng)常關(guān)注網(wǎng)絡上對排氣知識的介紹和改裝實例，我的感覺是目前網(wǎng)絡上缺乏對排氣知識的系統(tǒng)性介紹，且這些零散的知識大多晦澀難懂，所以產(chǎn)生了將自己對排氣的一些理解寫出來和大家分享討論的想法。排氣系統(tǒng)兩個最重要的特性為回壓和聲音，本文將著重介紹回壓。
    排氣系統(tǒng)，顧名思義其主要功能為排尾氣，同時兼具降低排氣噪音的功能。首先來看一下典型的排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。一個完整的汽車排氣系統(tǒng)包括歧管、三元催化器、消聲器、連接管和尾管。原廠按排氣溫度的高低將排氣系統(tǒng)分為熱端和冷端。在日常城市路況駕駛過程中，發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1500~2500轉(zhuǎn)時，熱端歧管處溫度為500~600℃，冷端尾管處溫度為200~300℃。在改裝市場，通常按位置將排氣系統(tǒng)分為頭段、中段和尾段。排氣系統(tǒng)各個部件通過焊接、法蘭或卡箍相連以保證不漏氣。

    歧管與發(fā)動機氣缸排氣口相連，歧管的幾何結(jié)構(gòu)將影響歧管內(nèi)氣流的流動形態(tài)和歧管回壓(回壓的概念接下來會講到)，從而影響發(fā)動機的廢氣排出效率，最終將影響發(fā)動機的性能。三元催化器的主體為蜂窩狀的陶瓷，在蜂窩結(jié)構(gòu)表面噴上含貴金屬(鉑、銠、鈀等)的涂層，當高溫的汽車尾氣通過三元催化器時，尾氣中的有毒有害氣體CO、HC和NOx等在貴金屬(作為催化劑)的作用下發(fā)生氧化還原反應轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的CO2、水和氮氣。消聲器的主要作用為降低噪音，達到舒適駕駛的目的。在改裝市場中，通過改變消聲器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以達到調(diào)節(jié)排氣聲浪的效果，這將在后面的文章中詳細講解。

什么是回壓？回壓受哪些因素影響？
    通俗一點來講，回壓就是用來衡量尾氣排出阻力的指標。與水流在水管中流動會受到阻力的道理相同，由于排氣系統(tǒng)歧管、連接管、消聲器等的壁面并不是完全光滑的，存在微小的凹凸，因此尾氣在排氣系統(tǒng)高速流動(最高可達180~200m/s) 的過程中會與這些微小的凹凸產(chǎn)生摩擦，也即對尾氣排出產(chǎn)生了阻力。同時，連接管彎曲、連接管與消聲器、三元催化器截面不連續(xù)等原因也會對高速流動的尾氣產(chǎn)生阻力。所有這些阻力的衡量指標，統(tǒng)稱為回壓(或稱背壓、壓力損失)，回壓的常用單位為壓力單位“千帕”。排氣溫度越高或連接管管徑越小，尾氣的流速就會越高，這些阻力也會越大，因而回壓也越大。尾氣流動特性通常使用專業(yè)流體分析軟件計算得到，例如下圖為尾管處湍流動能分析結(jié)果。通過計算彎管、管徑、截面不連續(xù)和不同下溫度回壓的數(shù)值，網(wǎng)友可以更清晰了解結(jié)構(gòu)和環(huán)境對回壓的影響。原廠消聲器大多采用細管徑和突變截面的消聲器，因此回壓相對較大，當然噪音也會更小。

注：”形狀”部分僅為幾何形狀示意，并非按幾何尺寸顯示圖例

回壓對發(fā)動機性能的影響
    我們知道當物體受到阻力的時候，需要用外力來克服阻力，例如當撐傘逆風行走的時候，會感到很費勁，需要用很大的力才能正常往前走。尾氣要順利地排出排氣管，也需要消耗發(fā)動機產(chǎn)生的一部分能量，那這部分能量占發(fā)動機功率的比例大概是多少呢，下面來舉例說明(對數(shù)學計算不感興趣的網(wǎng)友可直接看結(jié)論)。假設整個排氣系統(tǒng)的回壓為60千帕，尾氣流速為130米/秒，排氣管直徑為65毫米，排除回壓的影響，發(fā)動機能產(chǎn)生的功率為250千瓦。
    第一步：計算推動尾氣排出所需要的力有多大

    第二步：計算推動尾氣排出所損耗的功率

    第三步：計算功率損耗占發(fā)動機輸出功率的比例

    結(jié)論，本算例中排氣回壓對發(fā)動機功率的損耗為10.4%，這部分損耗也是非?？捎^的。通常排氣系統(tǒng)頭段的回壓是中尾端回壓的1.5~2倍。大部分網(wǎng)友只對中尾段改裝來降低回壓(常見的方法有加粗排氣管和采用直通消聲器等)，一般來說可降低8~15千帕的回壓，可提升的功率約為3.5~6.5千瓦(1.4%~2.6%)，這么小的功率提高在正常駕駛過程中很難有明顯的動力提升感覺。如果想通過降低回壓來提升發(fā)動機功率，更為有效的辦法是把頭段的三元催化器去掉，但這會造成嚴重的空氣污染，不鼓勵網(wǎng)友進行這樣的改裝。下表列出了天蝎排氣幾個改裝車型的功率變化數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)來源于天蝎排氣官方網(wǎng)站)，看完大家應該對排氣對發(fā)動機性能的影響有更清晰的認識。

回壓是不是越低越好？
    這是很多網(wǎng)友會想到的問題，現(xiàn)在也有越來越多的改裝車友了解太低的回壓會降低發(fā)動機的低轉(zhuǎn)速扭矩(簡稱低扭)，其根本原因是什么呢？首先，發(fā)動機排氣是有時間間隔的，轉(zhuǎn)速越低，間隔越長。例如當某4缸機轉(zhuǎn)速為1200轉(zhuǎn)/分鐘時，相鄰兩次排氣的時間間隔約為0.1秒。如果排氣回壓過小，進入排氣系統(tǒng)的尾氣大部分可以在這0.1秒的時間內(nèi)順暢地排出，此時排氣歧管處的氣體壓力就會明顯低于發(fā)動機氣缸內(nèi)氣壓，而氣壓差導致產(chǎn)生了從發(fā)動機氣缸至排氣管方向的吸力。這就好比用吸管喝飲料一樣，將吸管內(nèi)氣體吸掉，吸管內(nèi)形成低壓，從而形成飲料至吸管方向的吸力，此吸力將飲料吸進人嘴里。同時，發(fā)動機的進排氣過程在時間上是有重疊的，也就是排氣閥門還未關(guān)閉，進氣閥門已經(jīng)打開，部分進入發(fā)動機氣缸的燃油混合氣被氣壓差吸力從排氣閥門隨尾氣一起進入排氣管排掉，這部分燃油損耗直接導致了發(fā)動機低扭的降低。細心的網(wǎng)友會再問，為什么發(fā)動機高轉(zhuǎn)速時，吸力不會將燃油吸走排掉呢？這是因為發(fā)動機高轉(zhuǎn)速時，相鄰兩次排氣的時間間隔短，高轉(zhuǎn)速時產(chǎn)生的大量廢氣無法在短時間內(nèi)順暢地從排氣管排出，導致排氣歧管處的壓力和發(fā)動機氣缸內(nèi)的壓力相當，因此不會形成較大的壓力差，從發(fā)動機氣缸至排氣方向的吸力也就不大，不足以吸走進入發(fā)動機氣缸的燃油混合氣。

如何控制回壓，使其低轉(zhuǎn)速較高，高轉(zhuǎn)速較低？
    在改裝市場上常見的S鼓和G鼓等，相對于直排有更高的回壓，因此可以降低發(fā)動機的低扭損耗，但高轉(zhuǎn)速時對發(fā)動機功率的提升也會比直排低。正如前面提到的中尾段回壓降低對發(fā)動機功率提升并不會很明顯，因此選裝S鼓和G鼓等普通回壓鼓也是不錯的選擇。

    那有沒有一種結(jié)構(gòu)，可以兼顧低轉(zhuǎn)速時回壓高和高轉(zhuǎn)速時回壓低呢？這就得提到被動閥門和主動閥門了。被動閥門不需要額外的電源進行驅(qū)動，一般安裝在消聲器內(nèi)部或中尾端的連接管上，它主要由一個彈簧和一個擋片組成。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速低時，排氣氣流較小，不足以克服彈簧的拉力將擋片吹起來，排氣管被擋片堵住，所以回壓變大。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速高時，排氣氣流很大，足以將擋片吹起來，這時排氣管完全打開，回壓較低，因此保證了發(fā)動機的功率輸出。主動閥門需要額外的電源進行驅(qū)動，一般安裝在尾管上，按驅(qū)動方式不同分為電動閥和氣動閥。電動閥由電機驅(qū)動，氣動閥由真空泵驅(qū)動。和被動閥類似，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速低時，閥門關(guān)閉以提高回壓，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速高時，閥門被打開以降低回壓。相對被動閥，主動閥在高轉(zhuǎn)速的回壓更低，因為閥門的打開能量由電瓶提供，不會造成發(fā)動機功率損耗，而被動閥需要發(fā)動機提供一部分能量來克服彈簧的拉力，但是這部分能量非常小，可以忽略不計。