孙双双 袁征

摘要：汽车排气管的改装是汽车改装中的一种初级技术。本文从汽车排气系统组成、设计原理及改装设计等三方面，详细系统的说明汽车排气系统改装设计的相关内容。

关键词：排气管;设计;改装原理;汽车

中图分类号：U464.171                                 文献标识码：A                                  文章編号：1674-957X（2020）24-0019-02

0  引言

发动机通常在汽车做功之后排放废气，而发动机的效率高低通常会受尾气排放效率的影响。一般更喜欢声音较小的发动机，但是这样的话便会造成低的排气速度效率，同时这样也会对发动机的效率产生影响。排气管的改装通常指的是可以缩短排气的整个过程，改变甚至是可以消除净化装置如消音器，改造排气中、前段，车子通过改装后，加速变快，动力变得充足，动机在做工时动力听觉效果变好。

1  汽车排气管的基本组成

既用于收集也用于排放废气的系统即汽车排气管，它的几个主要组成部分包括排气歧管、排气管、排气温度传感器、催化转换器、汽车消声器与排气尾管等。

1.1 排气歧管

指连接于发动机各缸排气口的那块位置。主要功能是收集流经缸盖排气口的废气并且将其传到排气总管中去，在这个过程中需要最大限度降低排气的阻力，减少各缸间的互相影响，使得尾气通顺地排放出去。

1.2 排气波纹软管

也叫排气软管，位置是在三元催化器、消声器与发动机排气歧管三部分之间，连接方式呈现挠性联接。它的作用是减弱震荡，进行缓冲、安装便捷、加长可以使用的时间、减少噪音等。

1.3 三元催化器

置于汽车排气歧管之后，它的作用是净化尾气。三元催化器的工作原理是把在燃烧不充分而产生的各种有害气体，例如CO、HC、NOX等转换成水、二氧化碳以及氮气等排出进入空气里。

1.4 汽车消音器

功效是减少发动机产生的噪音。汽车消音器有二个长度各异的管道，它们二者的差正好等于二分之一排气声波的波长，这样一来声波便会在叠加的时候出现干涉，减弱噪音或者使其相互抵消，从而进行消音。

1.5 后排气管尾喉

置于原装排气尾端。它起到的作用有两个：一是能够有效地转化排气尾管的声音，使其变得稍加温和，降低噪音;二是起到很好的装饰作用。

2  排气系统改装设计原理

降低发动机排气管的排气回压是排气系统改装的主要原理。排气回压指的是一种排气不顺畅的现象，当汽车的发动机进行正常排气时，排气脉冲的力被来自排气管内的压力阻碍，从而引起排气不畅通。要想降低排气回压，就需要尽量使得发动机进行吸气、排气时工作交替变得越来越畅通，增加进入排气门时候的重叠时间。一般的改装方式是修改消音器的组成结构并且加大发动机排气时候气流流通的面积，从而让排气变的愈发畅通。

对于排气系统改装，一般由中、尾段开始。管形设计是改装中（鼓）至尾（鼓）的关键之处。管形设计包括“细长型”与“短粗型”。前者指的是在排气管的弯曲形状不改变的情况下，只改变管体材质。细长型改装的优点是可以在压力高的排气管没快速排出，在中低转扭力时，发动机显著提升，在日常的市区行驶时候适用。短粗型改装指的是缩减管体的长度，增加管子的直径。这种改装方式的优势在于脉冲当发动机高转速时比较密集，发动机的马力增加幅度比较大，排气相对畅通;这种改装方式的缺点是由于排气管的回压低，废气在发动机进行中低转时流速慢。而且混合气体在气缸内尚没有燃烧充分便被强行排出，从而导致发动机在中低速时扭力略微小，不便在日常行车的时候使用。

3  排气管改装设计

3.1 一般改装设计

直接锯掉排气管的尾端之后再进行特制尾喉的焊接或者更换来自不同厂家的成品尾鼓是相对简单的改装办法。从原厂定制的尾喉通常是通过不锈钢材料制作，这种尾喉的主要优势是能够发出相对好听的低频声音并且音质清爽低沉。不足之处在于所需成本相对偏高。再往深层面的改装的关键之处是在中段和头段的排气管。4-2-1通常是四缸汽车发动机使用的改装方式。这种方式是加一段膨胀室在排气岐管出来的地方从而减少废气压力，再通过三元催化器之后，分流出来的废气进入排气管尾段最后排出到空气里去。此方法涉及的部位包括排气管尾段，也包括排气管的中段和头段。在拿去原排气岐管之后，重新安装改装之后的新的排气岐管。来自排气时的排气效率与发出的音质也与排气管的材质相关。在选取优良的排气管时，需要同时考虑耐用性与美观性这两种性能。

3.2 三元催化器改装设计

是一种必须具有的环保装置。但是它使得废气流动的速度变慢并且产生了一定的阻力作用，会干扰到排气效率高低，所以需进行一些改装。通常的改装进行的方式是直接拿掉三元催化器或者更换一个现有的假催化装置从而提升排气效率。但是这些方式不能将废气转化，会造成检测时发动机尾气排放不合标的情况。

3.3 排气歧管改装设计

通常所用的材料都是铸铁的，也有一些车厂采用不锈钢。在实际生产过程中，如果大批量生产，会发生排气歧管的长度不等、内壁粗糙的现象，此类状况会使得排气干涉发生，从而降低排气的效率。改装排气歧管不仅可以显著提高发动机动力，而且也是改装提升全部排气系统最关键的组成。

3.4 排气波纹软管改装设计

不锈钢SUS304是排气波纹软管的关键材质，接管与卡套的材质可以是镀铝钢或者是不锈钢。通常情况下，因为改装之后效果不明显，一般很少有人会改装排气波纹软管。是否有涡轮增压装置是判断是否需要排气波纹软管改装的依据。废气推动可以推动涡轮增压器的涡轮轮叶，当废气畅通时，涡轮增压器的效率就会变高，相反，当废气不畅通时，涡轮增压器的效率便会很低，对涡轮增压器的工作速度极限值造成影响，使得发动机的充气效率变低。把排气波纹软管换掉是在改装带有涡轮增压发动机的排气管的最方便的方式。

3.5 汽车尾段（喉）改装设计

镀锌或者不锈钢是汽车排气管尾段的两种材质。排气管如果由不锈钢制成，那么它不仅外形美观，表明及其光滑，而且其做工十分精良，具有很好的手感与分量感，而且性能优良，不易变形，具有超强的耐腐蚀性。排气管尾喉由镀锌材质制成是在铁外部镀了一层锌膜，时间一长，锌膜将变得易被腐蚀甚至脱落。通常根据不同款轿车排气管的尺寸大小来对汽车尾喉的设计进行定制。在外形上包括方口、圆口等不同类型。除此之外，为了增加美感，排气管还可以增加花纹图案设计和其他不同的造型。有时为了追求简单，排气管内不设计复杂的花纹而是一通到底。

排气改装涉及车下的中段、从发动机出来的蕉头段、尾喷段、催化器消音器段等。通常排气管尾喉改装分为回压式与直排式两种形式，需要根据车型与其自身的特点来选择采用哪种改装方式。对于回压式，其尾喉内包含多道人為制造的隔障，为了增大排气压力从而增大气缸压力，加大发动机的燃烧比率。回压式的特点是发动机扭矩大、排气管声音大。对于直排式，其尾喉内的内部直径很大，壁面光亮顺滑，可以使得排气通顺。由于发动机的转数相对较高，功率相对较大，相应的声音也相对比较大。通常所见的改装尾鼓的方式是选用直线式。

3.6 汽车排气管余热利用装置改装设计

针对目前现有的技术中存在的一些不足之处，比如说单一的排气管余热利用方式，相对较低的效率等。为了解决上述问题，全面考虑多种因素设计一种相对高效的汽车排气管余热利用装置。

3.6.1 下部集热装置

对于下部集热装置，通过为其设置一下开口式铜制套筒实现与排气管的直接连接，这样一来的话便可以相当充分的吸收来自排气管的一些热能，在这个筒的上方部位就装有一个上封闭式的竖直铜管并且和它相互嵌套在一起，设计制作空心的封闭结构的铜管是为了降低自身本身的重量，并且空心的话可以节约很多的材料。下开口式铜制套筒的上半部分则是通过一种铰链与下方部位的两个部分链接在一起，在左下部分一般情况会设置一种延伸薄片，这样的话便可以插入到右侧下半部分设置的凹槽当中去，通过螺钉来固定左边与右边的套筒通过右侧螺纹孔，从而便可以适应各种各样规格的排气管，以实现增强对于排气管的集热普适性的这一个目标。

3.6.2 中部控温隔热装置

对于中部的控制温度与隔离温度的装置，在封闭式铜管的上表面装置一种实心的圆形铜块，它的四周是通过钢制板材围住，中间位置装有石棉隔热板，这样便可以阻断热量在钢板与铜块之间的一些传导，一般情况下则是选取的一些石棉隔热板是由玻璃纤维、陶土和高品质石棉纤维的材质通过一定量的配比混合而成;一种安装可滑动轨道在了钢板的两边，并且配置一些齿条，通过焊接和钢质板材等方式措施进行齿条的一系列固定操作，可滑动导轨连接汽车底板固定的板材，板材的一边安装有电机，电机这种设备是用来提供所需要的动力的来源，通过齿轮与齿条相互啮合相互配合进行传动，从而便可以实现在中部全部的传热装置的移动来传递热量与隔绝热量。

3.6.3 上部保温加热装置

圆形实心铜块的上部连接封闭铜管，封闭圆柱铜管的上方部位连接环形盘状铜制发热管，一直连通到保温加热箱从而便可以提供热量，对于温度的一些监控装置安装在保温加热箱的上方部位，这样便可以实时地进行检测，并且可以测出在箱体中的温度的高低，之后连接到在外部的可以调节温度的装置，通过汽车中装有的电源对其提供所需要的电能，最终同时实现监控与调节温度这两方面的功能。在装置的上方部位是安装了一个旋转式的箱盖，箱盖和箱体是相连的，他们的连接方式是通过一种铰链，箱盖的上方部位则是安装一种双层的钢化耐高温防爆玻璃，这样做的目的是可以使得用户能够很好的观测到内部的相关状况，箱体内部则是安装了铝制的内胆从而实现更好的保温与加热效果。

参考文献：

[1]Andreas Eilemann. Practical Noise and Vibration Optimization of Hvac Systems. SAE Paper 2017-01-0867.

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[3]Neise W， G H Koo Pmann. Noise reduetion on the centrifugal suction fan of a Berlin street sweeper truek. Noise control engineering， 2019， 9-10.