「排氣回壓」與「低轉速扭力」的關係

1.
關於排氣管的改裝，小弟常常聽到一種說法：
『如果為了提升馬力、而將排氣改得太「順暢」的話，
那麼在引擎「低轉速」時，
往往因為「排氣回壓」過低、而減損了「低轉速扭力」.........』
=>有一說法是1.6的小車,其改裝的排氣管管徑不應大於60mm
=>直通聲音大,但高速流暢

2.
似乎是指明點播的題目，但看到後還是忍不住插個嘴

我認為「背景壓力差」的概念應該比單純「回壓」這樣的用詞更容易理解
=>壓力是由引擎排氣閥門的最高依次遞減至排氣管的ㄧ大氣壓
而整個影響的重點則可以著眼在氣體的慣性上，其物理概念有點類似液體的虹吸原理。

3.
遇到有爭議或說不清楚的問題，第一個要先釐清的就是名詞的
定義問題。這次我還是支持SE的思考方向，「壓力差」或流體
力學上稱「氣壓梯度力」，而不是壓力本身，才是影響流體運動
的物理量。不過，我倒不覺得需要丟掉「排氣回壓」這個概念，
我們就把「排氣回壓」依字面意思定義為：引擎汽缸排氣閥門外
的氣壓力，這是阻檔廢氣排出的壓力，所以原則上越低越好，但
是在排氣系統微調設計中，特定時段的回壓可以對引擎馬力輸出
有正面的作用。
先談「原則上排氣回壓越低越好」：
因為排氣之所以能「流出」排氣口，那是靠氣缸內外壓力差產生氣壓
梯度力的作用，在給定的汽缸內壓力條件下，排氣回壓越低排氣速率
就越高，那麼氣缸內殘流廢氣就越少，汽缸就可以在下一循環填入越
多的油氣，單次循環的燃燒能就越大，引擎扭力輸出就越高。這個大
原則在大部分時候都成立，因此下個問題就是：
「如何能維持較低的排氣回壓？」
(我還是慢慢打字，有興趣聊的請隨時加入。)

4.
有三種物理過程控制排氣回壓，
第一個是流體黏滯性作用，黏滯性就是阻檔流體流動的一種物理性質，
排氣管口徑越小，流體越難自由流動，這是黏滯力的一個特性，所以在
相同條件下，黏滯性作用的結果是：
口徑越大、回壓越小：口徑越小、回壓越大。
第二個是流體動力壓力作用，就是一般說的「白努力效應」。對於一定
的排氣通量(流量)，管徑越小流速越高，壓力就越低。
其實就是上面這兩個作用同時存在的關係，使得排氣管口徑對排氣回壓
產生決定行的影響，大口徑有利減低黏滯力作用但確不利維持高流速，
小口徑則有利維持流速但確增加黏滯力作用。
更重要的是，引擎轉速有很大的變化範圍，所以沒有一個特定口徑能夠
隨時維持一個最低排氣回壓。大口徑可能有利高轉速高負荷的引擎運作
需求，但是低轉速就會因流速不足而有「過大排氣回壓」，降低低轉速
時的引擎運作效率，說它「排氣回壓過低」實在是誤導，應該是「排氣
氣壓梯度力偏低」影響排氣效率，從而使低速扭力受到限制。

5.
影響排氣回壓的第三個作用是熱力學作用，簡單的說就是溫度的影響，
溫度高密度低，所以(非絕熱)降溫使排氣密度增加，流速就變小囉。
以上討論可以視為是排氣在排氣管內的基礎狀態，但是我們都知道排
氣是很不連續的，所以排氣回壓也不會穩定的維持一個理想的平均狀
態或基礎狀態，因此由動態的觀點來分析，除了上面談的三種物理作用
之外，我們也不能忽略排氣的不連續性，有人稱排氣脈衝波作用。

6.
不知道車廠在排氣系統上...準備研發:可變式"或可程式"式排氣了沒?還是我想太多了=.=
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您並沒有想太多，事實上，早就有很多車廠是這樣做的了。比較常看見的作法是在消音器的地方動手腳，消音器裡面除了原本的直線排氣路徑外，還會設計一個比較 「繞路」的路徑，平常在低轉速時讓排氣走繞路的途徑增加阻抗，高速時再透過可變換的閥門將氣流導引到直通的路徑上，達到高低兼顧的要求。目前看到類似的設 計大都是根據轉速在高低兩種模式中切換，尚未有可變設計的，但只要有必要，我相信要做出能根據負荷狀態調整排氣阻抗的排氣系統，並不是什麼太困難的事情。

7.
排氣階段活塞到達上死點，活塞上面燃燒室空間和氣缸容積比起來
其實不算太小，所以光靠活塞擠壓還是不太夠，多少總還是會有殘
餘廢氣留在汽缸內。二行程引擎的排氣甚至連這個擠壓作用都沒有，
所以還要更計較排氣效率。
一個再進一步清掉廢氣的辦法就是利用進氣，二行程引擎的進氣有額外
的推力，所以只要處理進氣的流線，進氣就有可能把殘流廢氣再推出排
氣口，這稱為進氣沖洗(Scavenging)作用。
自然進氣四行程引擎也可以利用進氣沖洗作用來排除殘留廢氣而提高進
氣的容積效率，只是要這麼做就必須在排氣階段就將進氣門開啟。然而
自然進氣引擎的進氣基本上還是要靠吸力，那麼除非排氣端壓力更低，
否則吸力還是有可能把廢氣給吸回來，那就有反效果了。在VVT還沒出
現時，想要在高轉速時利用進氣沖洗作用，在低轉速時就常會有廢氣回
流的困擾，那會使怠速穩定度變的很難控制。
進氣沖洗作用在高轉速時很大一部分是依賴進排氣的慣性，所以維持進排
氣的平均流速就相當關鍵，進氣岐管和排氣岐管的口徑就變得很重要，比
二行程引擎還要講究許多。低轉速時進排氣流速都可能不足，這是另一個
：「排氣回壓」與「低轉速扭力」的關係。

8.
排氣脈衝波屬於聲波，是以音速傳播，也和所有聲波一樣，
當介質性質改變時，就會有波動反射、折射、繞射等現象。
由於音速主要是溫度的函數，在排氣系統中音速幾乎是常數，
所以對於故定排氣系統，波動影響的「時間點」幾乎就固定不
變。但是我們知道引擎轉速可以有很大的變化範圍，因此要利用
排氣脈衝波的特性來提昇引擎性能，說起來容易做起來可不簡單。
也因此一般大眾車的排氣設計，不但不會刻意去微調脈衝波的作用，
大部分情況反而是要壓抑脈衝波的影響。例如一般鑄鐵式的排狀
排氣岐管，不但個管有效長度不同，管末端接一個長條狀不對稱的
共用集氣室，這樣的空間可使不同汽缸來的脈衝波相互干擾抵消，
這樣雖然抑制最高排氣效率的提昇，但可以使排氣效率不隨轉速變
化而有大幅的起落，引擎可以有比較可預期的反應。

9.
頭段和排氣岐管具有相同功能，稱為頭段是在於它的材質和結構獨立性
有別於傳統排氣岐管。
通常頭段管內的表面處理著眼降低氣流阻力，因此有利降低排氣回壓。
幾何形狀上的彈性當然也有降低氣流阻力的作用，不過通常是用來強調
排氣脈衝波的控制，因此頭段最講究的參數除了口徑之外，就是它的長
度和不同汽缸排氣的連結方式。