第三节 进排气系统改装
23 进排气系统改装的目的是什么？
进排气系统是为提升汽车动力性能改装得比较多的一个部位。进排气系统和点火系统的改装可以使汽车运行得更顺畅，提高发动机的工作效率，还可以使油气混合得更充分，从而降低废气的排放。
24 进气系统是如何工作的？
一般进气系统主要包括空气滤清器和进气歧管。在燃油喷射式发动机中，还包括空气流量传感器或进气歧管压力传感器。空气经空气滤清器滤去杂质后，流过空气流量传感器，经过计量后，再经由节气门通道进入进气歧管，与喷油器喷出的汽油混合后形成适当比例的可燃混合气，最后由进气门送入各个气缸。
另外，由于进排气是间歇的，所以进排气管存在压力波动。在特定的进气管条件下，可以利用此压力波动来提高进气门关闭前的进气压力，以提高容积效率，这就形成了动态效应。动态效应可分为惯性效应和脉动效应两种。
进气管的惯性效应是指进气门打开、空气流入气缸内时，由于惯性的作用，即使活塞已经到达下止点，空气仍将继续流入气缸内。若在气缸内压力达最大时关闭进气门，容积效率将达到最大值。
进气管的脉动效应是指发动机除了在极低的转速外，进气门前的压力在进气期间会不断地产生变动。这是由于进气门的开、闭动作，使得进气歧管内产生一股压缩波前后波动。如果进气歧管的长度设计正确，能让压缩波在适当的时间到达进气门，则可燃混合气可借其本身的波动进入气缸，提高发动机的容积效率，反之则会导致容积效率下降。脉动效应又称为“共振效应”。
进气歧管的长度也在很大程度上影响了这两种效应。若想得到最佳的容积效率就必须同时考虑脉动效应及惯性效应，也就是说在气缸压力达到最大、关闭进气门的同时，前方进气歧管内的压缩波也应同时达到最高的位置（波峰）。较长的进气歧管在发动机低转速时的容积效率较高，最大转矩值会较高，但随着转速的提高，发动机的容积效率及转矩都会急剧降低，不利于发动机高速运转。较短的进气歧管可以提高发动机高转速运转时的容积效率，但会降低发动机的最大转矩值及其出现的时机。因此若要兼顾在发动机高低转速下的动力输出，维持任何转速下的容积效率，只有采用可变长度的进气歧管才能解决此问题。
25 进气系统改装的技术要点是什么？
前面已经提到配气机构改装的宗旨是提高发动机的容积效率，而进气系统的改装同样是要提高发动机的容积效率，可由下述几个方面着手。
（1）空气滤清器
改装进气系统的首要工作就是换用高效率、高流量的空气滤清器。空气滤清器的阻力随结构的不同而有所不同。空气滤清器必须在保证滤清效果的前提下，尽可能减小阻力，如加大气流通过截面积，改进滤清器性能，研制出更加低阻、高效的新型滤清器等。换装高流量的滤芯可降低发动机的进气阻力，从而提高发动机运转时单位时间的进气量及容积效率。例如可以将原厂纸质的滤芯更换为以单层纤维布等为过滤材料的高流量滤芯，以达到在减少发动机进气阻力的同时增大单位时间内的进气量的效果（由于原厂的空气滤清器多为多层纸质制成，较大的阻力决定了在进气的同时发动机负荷会有所增加）。与此同时，空气流经空气流量传感器后，空气流量传感器将进气量增加的信号送至电控单元（ECU），ECU便会发出指令控制喷油器喷出更多的燃油与之配合，使得更多的可燃混合气（值得注意的是，更多并不意味着更浓）进入气缸，从而使发动机输出功率增加。若更换滤芯仍不能满足需求，则可将整个空气滤清器总成换成俗称“冬菇头”的滤芯外露式滤清器，如图3-26所示。这种滤清器有效增大了滤清器有效过滤面积。“冬菇头”通常与原车装配的或改装后的进气管路连接，以应对发动机高转速所需要的更大的吸气量，进一步降低进气阻力。
图3-26 进气“冬菇头”套件
由于涡轮增压发动机的机舱温度较高，不利于发动机的工作，同时也使进气温度很高，所以会降低发动机的进气效率，影响发动机的寿命。“冬菇头”很好地解决了这个问题，进气道的开口设计得比原装车大，能够将发动机舱外的新鲜空气直接导入。
对于发动机没有重度改装或是采用自动变速器的汽车，为保持原车的低速转矩能力，还是使用原厂的滤芯更合适。在使用中，应经常清洗滤清器，及时更换滤芯。
有些车主甚至用碳纤维风箱来取代原车的空气滤清器。碳纤维具有良好的隔热性，使进气温度不受发动机舱高温的干扰，空气密度更大，燃烧效率更好。而且风箱特殊的内部构造，能使进气形成涡流，使可燃混合气更好地混合以促进燃烧。东南菱悦轿车所用的碳纤维风箱如图3-27所示。
图3-27 碳纤维风箱
（2）进气道和进气管
进气道和进气管必须保证足够的流通面积，避免弯管和截面突变，并改善管道表面的光洁程度，以减小阻力，提高容积效率。
进气道的改装可从抛光进气道、改变进气道的形状和更换进气道的材质三个方面着手。抛光进气道可以降低气道表面的粗糙度。平滑的表面可有效降低进气阻力，减少空气流经气道时在气道表面产生停滞的现象；抛光后气道直径也会有小幅度的加大，这可视为抛光后所带来的附加效益。进气道抛光后可加快气体的流速，加强了扫气效应，使残余废气排得更彻底，提高发动机的容积效率。相应的，排气道的抛光也能起到一样的效果。
改变进气道形状的目的在于改变进气蓄压（以满足急加速节气门突然全开时的需要）和增加进气流速，但这类产品通常有特殊性的限制，也就是说换装其他车型的进气道并不一定能发挥其最大的效果。
进气道的材质应选用不吸热且质量轻的材料，目前最常用的就是碳纤维材料。碳纤维材料具有不吸热的特性，可以保证进气温度不受发动机舱高温的影响，使进气密度更高，即单位体积的含氧量增加，从而提高发动机的动力性能，但是价格较高。
改装进气道时，常将形状及材质同时改变，以获得最大的效果。同时将空气滤清器一起拆除，并将进气口延伸至车外，直接对准前方，以便在车速提高的同时进气压力也能随之增大，进气量也相应增加。
（3）直喷式进气歧管
一些高性能汽油机采用了直线型进气系统，在直线化的同时，还应注意合理设计气道截流和进气管长度等，以期达到高转速、高功率的目的。赛车发动机需要高转速的动力表现，故可牺牲低转速时的转矩输出，因此都将进气歧管尽量缩短并取消空气滤清器，充分消除进气阻力，以获得最佳的高速表现。传统的后方进气、前方排气的发动机，在换装直喷式进气歧管后，所面临的最大问题是如何从车外导入足够的新鲜空气。直喷式进气歧管与经过空气动力学设计的碳纤维进气道是最佳的组合，也是目前针对赛车的最佳选择。尤其在将发动机位置降低后，利用发动机上方所空出的空间，安装一个大型进气导管，其开口与车头散热器保护罩充分密合，使得空气能有效地送到处于后方的进气歧管。
（4）可变进气歧管
汽车对进气歧管的要求是：在高转速、大功率时，应配装短粗的进气歧管；在中低速、最大转矩时，应配装细长的进气歧管（这在前文进气管的动态效应中已有所提及）。为了同时满足这两个要求，可采用可变进气歧管。
（5）二次进气
二次进气是指除了从原有空气滤清器吸入的空气外，另外再利用进气歧管的真空压力差，从发动机曲轴箱强制通风（PCV）管路外接另一个进气装置，通过导入适量的新鲜空气来达到提高容积效率的目的。目前市场有许多利用二次进气原理制成的产品，价格较高。二次进气所能得到的动力提升效果最主要的是在前段（低转速段），因为在节气门全开、空气大量进入使真空度降低时，二次进气装置所能导入的空气量就相对变得微不足道了。进行大幅度进气系统改装时，必须考虑与燃油供给系统的配合问题。若只是大幅增强进气能力，而燃油供给系统无法提供足够的供油量与之配合，则势必无法达到提高动力性能的目的，因为发动机所需的是比例适当的可燃混合气而不是大量的空气。此外还必须考虑噪声的问题，因为除了排气管所产生的噪声，进气管也会产生噪声。
最后，还可以选择再增加一些附加的进气装置来提供更加充足的进气量，比如现在市面上比较多见的安装在负压真空管上的负压进气装置。该装置可以在车辆电控单元（ECU）已设定的工作范围（指在已编制好的ECU程序里，为了保护发动机内部机械不会过多的磨损，ECU为进气、供油、点火等工作程序都设定了一个较宽的识别区间）内，根据每辆车的实际情况和需求，用手工进行精确的空燃比调整，使气缸内混合气体的空气含量在不影响ECU正常工作的情况下达到最完美的稀薄燃烧状态。这样，在不影响发动机使用寿命的情况下提升发动机低、中速转矩，达到省油、环保的效果。由于设备的安装过程是在不改动发动机任何构造和设置的前提下进行的，所以在不需要时，经拆卸即可恢复原车的原装状态。
26 排气系统是如何工作的？
排气系统的功用是以尽可能小的排气阻力和噪声，将气缸内的废气排到大气中。排气系统主要包括排气歧管、排气管以及消声器。废气从连接燃烧室的排气口，经由排气歧管、排气管前中段（包括三元催化转化器）和排气管尾段（俗称尾排），最后排放至外界空气中。
在前文进气系统的改装中已经提到，降低进气阻力和排气阻力、提高气缸内压力、降低进气终了的温度、降低排气管内残余废气的压力、加大进气门面积都可提高发动机的容积效率，使发动机的功率和转矩相应增加，提高动力性能。所以在排气系统的改装上，应尽可能扩大自由排气阶段气缸内和排气管内的压力差，充分利用排气惯性，降低排气阻力，降低排气管内残余废气的压力，减少残余废气的含量，最终使得排气顺畅、快速，提高容积效率，获得更好的动力性能。要让排气系统获得更高的排气效率，就要充分利用排气系统在运作时产生的回压（背压）和“吸啜”效果。发动机在工作时，排气系统输送的废气并不是连续不断的，而是一波一波的；汽车发动机的气缸数量越多或转速越高，废气波越密集。高压的废气波被高速排出气缸后产生的低气压便是回压。适量的回压可使排气系统内产生良好的吸啜效果。原理是：若排气管直径适中，第一波被排出气缸的废气在膨胀后便会紧逼排气管内壁向下游快速排出，同时在上游部分产生一个低压区，吸啜发动机排出的第二波废气。而第二波废气在紧逼排气管内壁向外排出时在其后方产生的低压又在吸啜第三波废气，依此类推，使发动机不费劲地完成排气动作之余，排气效率也比完全不用排气系统更高，残余在气缸内的废气更少，而气缸内可容纳供燃烧用的新鲜空气也更多。所以，只有充分利用回压和吸啜效果，排气系统才能达到较高的性能。
27 排气系统改装的技术要点是什么？
在进排气系统改装中，排气系统的改装更为受到欢迎，因为排气系统尤其是其尾段，不但露于车外清晰可见，而且还可以发出慑人的音频和声响，是少数能直接为车主提供视觉与听觉双重感观刺激的改装部件。原厂的排气系统由于要顾及成本、噪声污染和各地不同的排放标准等限制，在设计时都会非常保守，并会在一定程度上因排气效率不高而限制了发动机的性能表现。所以排气系统的改装也常常能为车主带来意想不到的收获。
（1）排气系统的改装可遵循由浅入深的方法
1）一般的排气系统改装，只涉及排气管的尾段，可适当加大排气管尾部的直径及改变消声器的结构形式，使得单位面积内通过的气流增加，从而使废气排放更为顺畅。最基本的改装就是在排气管的末端套上一个更为美观的不锈钢护套，其优点是价格便宜、安装方便，且不会对原车有任何影响，如图3-28所示。
2）较深层次的改装可以锯掉原车排气管的尾段，在截断部位加焊特制尾喉，或者直接更换由不同品牌推出的原装专用车型尾喉。这种尾喉由不锈钢制成，它最大的特点是可以发出一种低频声音，音质虽然低沉，却很清爽。但如采用这种改装方式，车主就必须放弃原厂汽车排气管尾段。
图3-29所示为宝马130i换装纯手工打造的德国Eisenmann尾喉。
3）更深层次的改装重点在排气管的前中段和排气歧管。排气管前中段的改装涉及三元催化转化器和排气管内壁与直径的改装；排气歧管的改装涉及排气线路的安排。
（2）排气系统不同组成部位的改装
1）排气歧管。排气歧管的改装一般是改装排气系统中最昂贵的部分，由于对长度、弯度和直径的严格要求，所以其开发和制作成本很高。但排气歧管的设计优良与否对整套排气系统的吸啜效果起着举足轻重的作用。
一般对四缸发动机的车型来说，排气线路的安排分两种：“四出一（4-1）”，与四缸发动机联动部分出来的四根排气歧管直接汇总至一条排气管的管路设计，如图3-30所示；“四出二出一（4-2-1）”，两根排气歧管先汇总成一管，再加一段膨胀室以降低废气压力，从这两部分分流出来的废气汇总成最终的一条排气管。传统概念是：“四出一”的设计会更适合高转速时的废气波动频率，有助于汽车在高转速时提升动力性能；而“四出二出一”的设计则更有利于低转速时的转矩输出，所以更适合日常市内工况行车之用。但现在很多最新设计的“四出二出一”排气歧管能同时改善发动机在中、高转速时的表现，所以更能满足用户全方位的要求。另外，“四出二出一”的改装方法，需要拆卸原有排气管，安装新的排气管路，此时如选择较佳的排气管，就可以得到“魅力十足”的排气声及较高的排气效率，同时还能兼顾美观与耐用性。
图3-28 排气管改装
a）尾喉 b）尾喉（弯管） c）尾喉（直管） d）尾喉安装效果图
图3-28 排气管改装（续）
e）排气管改装效果图1 f）排气管改装效果图2 g）排气改装套件
图3-29 宝马130i换装德国Eisenmann尾喉（纯手工打造）
a）宝马原装尾喉与Eisenmann尾喉 b）Eisenmann尾喉上可以清楚看到Eisenmann的商标和产地 c）拆下原车尾喉 d）拆下原车尾喉后的效果 e）安装Eisenmann尾喉，接口及固定如图 f）安装Eisenmann尾喉后的效果
图3-30 “四出一”的排气线路
2）三元催化转化器。三元催化转化器是控制废气有害成分的重要装置，主要净化发动机废气中的碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）等有害气体。有许多改装商为了尽可能减少排气阻力，便将三元催化转化器强行拆除，这不仅会令汽车排放超标，还可能使车内部分有自我诊断功能的汽车ECU发出错误信号，影响正常行车，因此建议保留原车的三元催化转化器。现在很多新款的三元催化转化器并不会对排气流速产生多少阻碍，可换一个改装专用的高性能三元催化转化器，但价格较高。
3）排气管。仅仅更换消声器不会使汽车的动力性能提高多少，但如果把整段排气管更换成高性能的型号，则会对动力的提升起到不小的作用（特别是发动机经过改装后）。高性能排气管比原装的直径大、内壁较光滑、弯曲度较小，这些设计令发动机在高转速时产生的大量废气能畅顺地高速通过，明显地提升了排气效率。但要注意的是，直径过大的排气管会影响回压效果并使废气降温太快，在减慢流速之余更减少了排气管的离地间隙，增加汽车被“托底”的机会。一般来说，如果发动机没有经过大幅度改装，则排量在2L以下的自然进气发动机的排气管直径不应超过50mm，而2L涡轮增压发动机的排气管直径也应为70～80mm。
中段排气管没有单独更换的必要，如需更换，则需要和消声器一起换。中段排气管原是系统中最便宜的部分，但加上了三元催化转化器后价位会有所升高。
4）消声器。消声器很容易装配，改装起来很简单。高档的消声器用不锈钢（甚至是钛合金）制造，改装后的消声器比原装铸铁制造的更轻、更耐用，也更美观。消声器大致可分成两种：第一种是利用交错隔板造成反射波的方式来降低音量，原厂消声器几乎都是此种类型。其优点是成本低而消声效果好，缺点是排气阻力大而笨重。第二种为高性能型号中常见的、用玻璃棉等吸声材料来消声的吸声式。优点是限流少、重量轻，缺点是消声效果较低，因此一般都会有较大的排气声，但排气声的大小和发动机的性能并没有直接关系。另外，消声器末端的排气口直径也要配合前端排气管的直径，太大并不会有实际效果。在选购消声器时，如果只要求外观、大排气声和一般性能的提升，则很多较为便宜的国产改装用消声器即可胜任，但如果要求更高性能的提升，则可选择国外相关知名品牌的产品。
案例3奥迪汽车的发动机改装
图3-31所示为奥迪A41.8T汽车换装Supersprint头、中、尾全段排气安装图。此款排气系统是Supersprint专门针对A41.8T车型而研发的，尾段为左右双出、单椭圆口。
图3-31 奥迪A41.8T汽车换装Supersprint头、中、尾全段排气安装效果图
a）Supersprint排气头段 b）Supersprint排气中段
图3-31 奥迪A41.8T汽车换装Supersprint头、中、尾全段排气安装效果图（续）
c）Supersprint排气尾段 d）头、中段连接处 e）中段排气 f）中、尾段连接处 g）尾段 h）后部观看效果图
爱车改装小贴士 喷涂排气歧管保护罩
排气歧管保护罩占据了很大的空间，因此对美观的影响很重要。下面介绍使用喷漆的方法装饰排气歧管的要点：
1）排气歧管的温度通常非常高，因此要等到发动机完全冷却后再拆卸保护罩。拆卸时，最好戴手套。
2）由于排气歧管在发动机正常工作时温度很高，因此需要使用耐高温油漆。
3）在喷涂油漆前，要使用砂纸将保护罩打平，不一定要将原来的油漆去掉，只要保证表面光滑平顺即可。
4）喷涂时，先喷涂底漆，然后再均匀喷涂面漆。