Phang 寫到:

上面講的都對 你還要加上想象力去想象氣流是有慣性，壓縮性和彈性

這一點最重要!
這是一整個系統，我們假設系統是5000RPM的穩定狀態，無負載，當系統的後段由回壓管置換為直通管，這個系統會有什麼變化?

首先，運轉固定時間，假設30分鐘，用同樣的油，總耗油量一定會增加。因為整個氣流系統的總阻力降低了，在汽門OVERLAP的階段流量就會增加，在5000RPM的狀態下，系統的總氣流量是增加的。

Fenrir 寫到:

借題延伸發問... 很多原廠管、改裝管在頭段的部份都設計有連通管～ 也都標榜增強扭力... 其原理又是如何呢？

一缸的回壓靠另外一缸的排壓來增加(有錯請鞭)
又延伸題,請問排氣管頭中段集合部
1,4缸合一,2,3缸合一再集合到中尾,跟1,2缸合一,3,4缸合一再集合的差異在哪裡?(誠心發問)

扭力的來源就是更高的汽缸壓力，同樣假設是5000RPM，當起始缸壓是0.5PSI，直通管是-0.5PSI，那麼，同樣的汽油熱量輸入，同樣的燃燒升壓，來回就是差1PSI，扭力就是在這裡差別的。

引擎排氣會造成空氣壓縮，形成震波（這也是排氣有聲音的原因）

這個震波到了排氣管出口的地方，如果排氣孔的孔徑比較小，就會有部份的震波回彈。

反射波回到引擎的氣門時，又會反彈。反彈的震波離開的時候造成負壓（也就是吸力）如果這時候排氣門剛好打開，就可以幫助排氣。



以下比較無關，不過有助於理解「為什麼低轉扭力和高轉出力無法兼顧」。

因為空氣中聲音的速度是固定的，所以不管引擎轉速多少，排氣震波從排氣門-->頭段-->膨脹室-->尾段出口-->回頭--------->排氣門 的時間是固定的（總長/音速）。只要調整這個長度，就可以讓特定轉速的排氣特別順暢。

舉例來說，如果排氣通路總長為1M（來回共2M），音速每秒333M，那麼第一個排氣震波回到排氣汽門的時間大概是1/167秒，如果引擎轉速剛好是167*60*2=大概2萬rpm的話，這個震波形成的負壓就會幫助排氣。

但如果這時汽門是關著的（很少引擎會轉到20000rpm吧？），震波就會完全反彈，然後重來一次。每反彈一次，負壓就會降低一點，幫助排氣的力道就會減弱一點。

同理，如果引擎轉速是一萬rpm，那麼震波反彈兩次之後，就剛好可以幫助排氣。

同理，如果引擎轉速是2000rpm，那麼震波要反彈十次，才能幫助排氣。反彈十次的震波絕對比反彈一次的弱上很多。要加強力道，就只好把排氣管末端口徑縮小，才能增加反彈的力道。用這樣的原理做出來的就是回壓管。

但是，把排氣管末端口徑縮小，等於是讓排氣不順暢，所以當引擎高速運轉的時候，排氣量很大的時候，反而會造成廢氣排不出去的狀況。

所以，回壓管沒高速馬力，直通管沒低速扭力。



我找不到四行程的，只找到一個二行程引擎排氣管的動畫說明：
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Arbeitsweise_Zweitakt.gif

原理是差不多的，不過二行程引擎利用的是排氣的回壓，把本來應該排出的氣體推回燃燒室，增加缸壓。所以二行程引擎如果沒裝排氣管，出力會變得非常小。四行程剛好相反，利用的是負壓。

0931 大,

謝謝您提供如此精譬的答覆

0931 寫到:

引擎排氣會造成空氣壓縮，形成震波（這也是排氣有聲音的原因） 這個震波到了排氣管出口的地方，如果排氣孔的孔徑比較小，就會有部份的震波回彈。 反射波回到引擎的氣門時，又會反彈。反彈的震波離開的時候造成負壓（也就是吸力）如果這時候排氣門剛好打開，就可以幫助排氣。 43

感謝 0931 的精闢解說.

您文章內的這張圖, 讓小弟在想像力不足的情況下 , 可以很清楚了解到 "回壓" 的運作情況, Thanks!

以HONDA為例
二行程有ATAC...
四行程有可變汽門.....
都是試圖提高低速扭力(改變回壓減少內負載....)
增加高速馬力(提高容積填充效率.....)
手段不一目標一致

又多學了一樣....感謝各位大大的解說^^

0931 寫到:

引擎排氣會造成空氣壓縮，形成震波（這也是排氣有聲音的原因） 這個震波到了排氣管出口的地方，如果排氣孔的孔徑比較小，就會有部份的震波回彈。 反射波回到引擎的氣門時，又會反彈。反彈的震波離開的時候造成負壓（也就是吸力）如果這時候排氣門剛好打開，就可以幫助排氣。...

偶覺得這裡有點和我想像的不一樣...我覺得四行程的排氣回壓,基本上沒有太大用處.(但對二行程超重要!)

主要是排氣後,下一個行程是進氣,再下個行程是壓縮,再下個行程是爆炸,再又下個行程才是排氣...也就是曲軸得轉兩圈後,才會有下一個排氣行程.

以6000rpm計算,6000/60sec=1/100 sec=轉一圈
轉兩轉兩圈(四個行程)= 1/50 sec 後,才再出現下一個排氣行程.

音速333m/Sec, 1/50sec行進6.67公尺...來回除2=3.33公尺.

根本很難應用到市售機車的排氣管設計和轉速上面...如果是多缸車,一缸排氣另一缸正開始要吸氣,這就比較可以應用...記得是稱作諧振...但問題在諧振只發生在一個特定轉速,顧到高轉就顧不到低轉,所以又有車廠搞可變排氣管,企圖多照顧幾個轉速段.

不過諧振作用和其他的進氣設計比起來,似乎作用也不是太大...好像花大錢把螺絲換成輕量的鈦合金,也就輕個一兩公斤...把車上泥巴洗乾淨,可能輕量化更多!(偶騎越野車泥巴比較多... )

所以我比較偏向彭大提的慣性...也就是當排氣門打開時,燃燒膨脹的廢氣往外跑,當跑完時,在燃燒室會形成一個短暫的真空,真空可能比較容易誤解,應該講低壓區...

一台卡車高速前進時,因為空氣快速被排開,在卡車後面來不及合攏,其實也會形成一個真空區(低壓區),Discovery流言xx者有驗證過,汽車跟卡車後面真空區跑時,會受到真空區吸引,然後比較省油.


排氣時廢氣往外跑,而且跑很快,跑完後,原本燃燒室的空間,其他空氣來不及填補,這時就形成一個真空區...剛好進氣口打開了(汽門正時重疊),真空區就從進氣口吸一些空氣進來,進氣填充率就高,燃燒爆炸後,產生的扭力就比較強!

進氣填充率 = 進氣行程可以吸進汽缸的空氣體積 / 汽缸排氣量

一般自然進氣引擎, 進氣填充率80%已經很不錯了,也就是100cc的汽缸,就吸個80cc進來而已...進氣填充率可以超過100%,就加壓唄!


OK~~~四行程引擎的各種排氣管設計,不同長短/變徑/消音等等,造成不同的回壓/阻力,然後造成廢氣離開燃燒室的不同timing...

直通粗短管-->廢氣很快離開,真空區很快形成...中低轉速時,進氣門還來不及打開,真空區反倒把廢氣給吸回來,造成中低轉沒力....進入高轉速後,進氣門在很快時間內打開,真空區剛好把新鮮油氣吸進來,引擎自然虎虎生風!

又長又彎又細的排氣管-->廢氣離開比較慢,真空區也比較慢才形成...中低轉速進氣門比較晚開,剛好真空區幫忙吸氣進來...但高轉速時,廢氣都還來不及跑光,進氣就開始了,馬力會大才有鬼!

pinkfloyd 寫到:

偶覺得這裡有點和我想像的不一樣...我覺得四行程的排氣回壓,基本上沒有太大用處.(但對二行程超重要!)

當四行程引擎的進氣/排氣閥同時開啟的時間越長時，排氣回壓就會越重要，油氣會因負壓的關係而有機會跑到排氣管而造成汽缸的油氣充填不足、也就是一般人講的直通管低轉沒力的原因。這也是Yamaha為什麼會去搞一個EXUP來控制回壓。

當然，高轉速的時候，排氣效率好的直通管就有比較好的表現了。但不管怎麼講排氣回壓對四行程引擎來講也是重要的一環，除非你騎的是YZR-M1...

chiket 寫到:

當四行程引擎的進氣/排氣閥同時開啟的時間越長時，排氣回壓就會越重要，油氣會因負壓的關係而有機會跑到排氣管而造成汽缸的油氣充填不足、也就是一般人講的直通管低轉沒力的原因。這也是Yamaha為什麼會去搞一個EXUP來控制回壓。

又和偶的理解不一樣...

EXUP並不是在阻止油氣跑到排氣管...如果油氣可以跑到排氣管,那基本上燃燒室也就填滿油氣了...

但事實上NA引擎,進氣填充率也就70%~80%~連燃燒室都填不滿,也就很難可以有多的油氣跑到排氣管去了...如果油氣可以跑到排氣管,這引擎大概沒兩下就廢了,因為排氣管頭段溫度高,油氣跑過去,大概會被點燃,然後回火爆震,根本沒辦法有效地執行進氣->壓縮->爆炸->排氣,四個行程循環!

EXUP是要解決汽門重疊設計的一個問題,當爆炸行程快到底時,活塞還沒到下死點,但排氣門偷偷打開了,一但排氣門打開,爆炸的壓力往外洩,對活塞的下壓力就消失了...也就是爆炸行程的後面一小段(視汽門重疊角度而定)會沒有產生動力!

EXUP希望這時製造一些較大的回壓,讓排氣門打開時這段消失的動力可以少一些...

pinkfloyd 寫到:

又和偶的理解不一樣... EXUP並不是在阻止油氣跑到排氣管...如果油氣可以跑到排氣管,那基本上燃燒室也就填滿油氣了... 但事實上NA引擎,進氣填充率也就70%~80%~連燃燒室都填不滿,也就很難可以有多的油氣跑到排氣管去了...如果油氣可以跑到排氣管,這引擎大概沒兩下就廢了,因為排氣管頭段溫度高,油氣跑過去,大概會被點燃,然後回火爆震,根本沒辦法有效地執行進氣->壓縮->爆炸->排氣,四個行程循環! EXUP是要解決汽門重疊設計的一個問題,當爆炸行程快到底時,活塞還沒到下死點,但排氣門偷偷打開了,一但排氣門打開,爆炸的壓力往外洩,對活塞的下壓力就消失了...也就是爆炸行程的後面一小段(視汽門重疊角度而定)會沒有產生動力! EXUP希望這時製造一些較大的回壓,讓排氣門打開時這段消失的動力可以少一些...

謝謝你的指正，油氣跑到排氣管或許是我把二行程的概念搞混了。

不過EXUP的部份，我看了一下Yamaha還有Wiki的說明。EXUP是要透過改變排氣路徑的口徑來減少排氣因壓力波的產生而增加汽缸內殘留廢氣的問題。

如果我的理解沒有錯，若管徑不變時，低轉時會排氣量小所以管內平均壓力低、所以排氣行程造成管內壓力的升高幅度較大。升幅大也就會造成壓力波跟其反彈力道變大，使得排氣不順而留在汽缸內的廢氣變多。這會造成造成出力低而怠速不穩的問題，所以需要縮小口徑以提高排氣管壓力來減少壓力波的振幅。

相對的，高轉時因為排氣量大所以管內平均壓力夠大所以壓力波就沒有那麼大了。

以上是我的理解，若有錯還請指正。

直通管回壓不足時
汽門重疊角度多
低速時
衝進來的油氣,易因回壓的不足而從排氣門漏出
因此爆發力弱
中高轉速時,直通管內充塞的高速排氣(也會形成回壓)
便比較能擋住進排氣重疊的燃氣溢漏
加上高速流進的燃氣,填充效果高
中高速的扭力就飽滿
馬力也就大了

偶素認為，在高轉速引擎(4000RPM以上)可以將進排氣都當成穩定流來看待，也就是趨近於零的觀念。排氣壓力的波動對單獨行程的影響平均分佈到一定的大數之後，也就可以視為穩定。

我覺得這張"二行程"排氣管的圖,可能誤導了一些對四行程的排氣管觀念!

圖中管徑擴大再收縮的設計,是刻意要製造回壓...因為二行程排氣/進氣有很大角度的重疊,而且排氣有慣性,排氣往前跑時,會把後面新鮮油氣帶著跑,這時有回壓把偷跑出來的新鮮油氣壓回去,進氣充填率才高,引擎才會有力!

四行程則是各行程獨立分開,排氣完後,才會開始進氣...最多一小部份角度重疊,新鮮油氣沒有太多機會可以像二行程引擎一樣從排氣閥門處跑出去!

所以四行程排氣管,基本上都是同徑設計(消音尾管除外),同徑的管子,不會產生如二行程的膨脹再收縮的回壓,四行程不太需要,它需要的是千方百計讓新鮮油氣趕快進到燃燒室裡頭,提高進氣充填率!

被用到的是...當排氣快速往外跑時,在燃燒室形成的一個短暫真空...這個真空,利用的好的話,可以幫助把新鮮油氣多吸點進來,提高進氣充填率.

以前各國引擎馬力測試規範還沒建立完善時,有些偷雞的車廠在測試引擎馬力時,排氣管後面是接一個真空pump...也就是排氣管不但沒有任何回壓,甚至還是一個負壓,讓有廢氣排出來,可以盡快抽走...因為排氣管是負壓,當排氣門打開時,燃燒室也是一個負壓,讓進氣門一打開,新鮮油氣馬上被吸進來,不必啥渦輪或機械增壓器,但馬力足以媲美裝了渦輪或機械增壓器!...後來訂了比較嚴謹的馬力測試標準,規定到進氣溫度和大氣壓力等等,這種偷雞的作法當然也就不行!

如果說四行程不考慮消音的話,是不是就不需要接排氣管???...是的!的確有部份車子是這樣...比如說直線加速賽車(Drag)的引擎排氣管,基本上短短一截,主要是引導排氣方向用而已...短短一截的排氣管,當廢氣團跑到大氣中,而進氣門還沒打開,那短暫的真空會往回吸氣,製造一個比較小的氣流從排氣管尾端往燃燒室處跑,這反而阻礙了進氣和排氣順暢.所以轉速一定要很高,高到廢氣還沒跑到管尾時,進氣門就打開了!

但日常用車並不是像直線加速賽車一樣,動不動就20000rpm以上,日常用車實用轉速域大多是2000-6000rpm...能轉到8000rpm的,都已經算是高轉速引擎了...要照顧到2000-6000rpm的轉速,就得想辦法讓排氣時產生的短暫真空,可以保持到進氣門打開!

如何保持排氣慣性造成的短暫真空?!答案很簡單,就是把排氣管拉長一些,讓廢氣沒那麼快就跑到大氣中...只要廢氣還沒衝到大氣裡,燃燒室的真空就可以保持住...如果管子因空間限制沒辦法作長,那就在消音器裡面製造一些流動阻力,讓廢氣沒那麼快跑出去!

所以整體情形變成...

短管,粗管,低阻力的排氣管-->燃燒室真空很快就消失,只有在高轉速下進氣口也很快打開,才用得到這真空幫助進氣,高轉速域引擎表現比較好!

細管,長管,阻力較多的排氣管-->燃燒室真空比較慢消失,適合中低轉速域表現...高轉速時則因為排氣阻力較多,排氣不順暢不乾淨,這時引擎表現就不好!

有車廠開始設計可變排氣系統,企圖在中低轉時製造一些阻力,高轉時再放開...有幫助,但幫助有限,整個引擎不是只看排氣系統,活塞/燃燒室/汽門/進氣系統/點火...有太多層面影響燃燒及馬力扭力輸出!

某台車改排氣管後,似乎改善很大,其實是引擎本身設計上本質就很好,為了環保/噪音/油耗的要求,更多是為了照顧中低轉日常使用的表現,而在排氣管這邊設限,把馬力扭力封印住,改管後解了封印,改進也就十分明顯...不過也通常會顧此失彼,得犧牲某部份來換取高馬力!