摩托车的排气压力是多少?
一、单缸小排量发动机的应用
摩托车燃烧产生的废气进入排气管,高速气流的运动会产生排气惯性,气流运动的同时压力也会运动,但两者是不一样的。压力波的反射会发生在排气管的开口处,造成反射波的反相,即反射后的正压波是负压波,反射后的负压波是正压波。排气阀打开后,高温高压气流进入排气道,以正压波的形式向前传递。当正压波到达排气管出口时,在出口处形成强大的负压波,并返回排气阀。由于排气阀的阻挡作用,负压波不能转化为正压波,仍然以负压波的形式反射回来。反射的负压波在排气管出口处再次反射,转换成正压波,返回排气阀。这样,在反射的过程中,压力波逐渐减弱,新的正压波将主导下一次排气门开启。
根据排气过程中压力波传播的特点,排气中负压波的返回时间与排气门的开启时间相匹配是非常重要的。如果打开下一个排气门,恰逢排气管反射的负压波到来,会大大提高排气效率。相反,如果正压波来了,会降低排气效率。为了调整负压波的反馈时间,提高摩托车的排气效果,设计者将压力波的传播速度等同于声速。通过调节排气管的长度,改变排气阀与排气管口的距离,可以达到良好的反馈效果,促进排气。
二、大排量多缸发动机的应用
大排量多缸发动机的排气控制方式是不同的。目前大排量发动机一般设计有较大的气门重叠角,各循环缸内换气质量受排气门处压力波影响较大。为了美观和简化结构,有利于废气的扩散和消声,大排量多缸发动机的排气管都是相互连通的(即四合一或四合二的方式)。但是,由于排气管的长度是根据发动机在最大功率时气门重叠期间第一负压波反射回排气门的距离而固定的,所以在其他发动机转速下,如怠速和中速时,由于工作频率不同,排气门在重叠期间会受到第一或第二正压波的作用,相应地导致低速到中速时加速性差,怠速不稳。单纯通过控制排气管的长度是无法满足多缸发动机的排放的。同时,在多缸机上使用互联排气系统时,由于各缸压力脉动的干扰,使良好的排气脉动效果减弱,导致排气效果不佳。各大厂商对大排量发动机的排气控制进行了新的改进,其中雅马哈的EXUP(排气极限功率阀)最具代表性,即在排气管上增加一个节流阀,控制排气时间和流量,以产生理想的排气脉动效果。其工作原理如下。当发动机的排气门打开时,高温高压的废气进入排气管的主管道,产生的正压波进入排气管的集中腔(主管道聚集的大腔体)。当压力波进入浓缩室时,废气扩散,产生反向压力波返回气缸,这是主要的负压波。主管道中既有正压波,也有负压波。主管的长度设定为保证主负压波的返回时间处于速度达到最大扭矩值时阀门重叠开启的位置。这时候负压波就实现了两个作用:一个是它把残留的废气拉到了缸外,一个是它的进气门改善了通风空气的流动。
在发动机中低转速的情况下,曲轴转动的时间更长,但排气压力波的速度没有变化。这就使得负压波先于重叠期到来,而在气门重叠期,二次正压波进入气缸将废气补回,稀释了换气效果,造成混合气效果变差。即使严重的时候,也是把废气喷回化油器,化油器把进来的气体汽化,不管是新鲜空气还是废气。汽化的废气通过化油器被推入气缸,燃烧效果变差,导致发动机低速扭矩降低,尾气排放高。同时,如果有害的正压力波反馈到怠速时气门的重叠位置,会造成发动机怠速不稳。
如何在保持较大气门重叠角的前提下,控制压力波在排气管中的传播?雅马哈在排气系统的主管和集气室设置了节流阀,很好的解决了这个问题。节流阀的位置由微处理器控制,并由伺服电机驱动。微处理器接收到发动机转速信号后,根据发动机转速控制伺服电机工作,伺服电机通过两根电缆控制节气门的开启和关闭,从而控制废气流量。在高速区,有效负压波在重叠期间到达,微处理器发出信号驱动节流阀在全开位置旋转,保证压力波的流动不受阻碍。但在怠速和中低速范围内,当有害的正压力波会在气门重叠期间到来时,电机关闭排气管的节流阀或减小节流阀的开度,以消除不必要的正压力波,避免对排气的影响。当速度上升到正常范围时,节流阀返回到全开状态。采用EXUP可以根据不同的发动机转速,通过调节节气门的开度来提供最佳的节气门比,从而消除气门重叠时排气门处的正压波,提高多缸发动机的怠速稳定性,增加中低转速时的扭矩。
目前,尾气控制技术已经在各大摩托车厂商的产品中普及。其他类似的装置,如铃木公司开发的SET(铃木排气正时)系统,本田公司的排气阀,都是通过微处理器来决定排气阀的运行,从而改变排气背压,达到理想的排气效果。