[科普中国]-排气背压

概述

发动机排气系统的主要功能除了能顺利的将废气排出、降噪，在排气系统的开发过程中，排气背压是关键的设计目标之一，排气背压的大小直接影响着发动机的功率损失和噪声水平。

排气背压对发动机经济性、动力性以及声音品质有着重要影响，是开发设计过程中参衡的重要指标之一。排气背压过大，导致充气损失增加，发动机燃烧效率下降，功率输出降低，燃油经济性恶化；排气背压过小会使排气系统开发成本增大，声品质变差。因此合理的排气背压对发动机的性能至关重要。1

实际意义排气背压升高会造成泵气损失增加，从而导致机械功消耗增多，机械效率降低。同时，背压过高使得残余废气系数增大（一定程度上类似于高温 EGR），导致燃烧不充分，燃烧做功减少，燃油经济性恶化。残余废气系数过大还会引起排气温度升高，烟度加大，排放恶化，若安装涡轮增压器，其工作环境变差，柴油机进气压力相应减少。合理的排气背压，能够排除在自由排气阶段的大部分废气，同时减小在强制排气阶段活塞上行的排气消耗功，因此减小排气背压能够使排气阻力小，发动机动力性提高。2

排气背压过高原因1.三元催化转化器堵塞。凡是行驶了12万km以上的汽车，其三元催化转化器都会有不同程度的堵塞。引起三元催化转化器堵塞的原因是多方面的，其中一个重要原因是燃油和润滑油的质量不高。发达国家的汽油不仅辛烷值高、抗爆性好，而且含硫和含磷量极低；因行车途中很少出现长时间堵车，对氧传感器和三元催化转化器造成的污染较低。因此在发达国家很少听说汽车三元催化转化器堵塞的。

2.排气热空气门卡住。

3.排气管受撞击而凹瘪。2

排气背压对发动机的影响当今发动机技术多应用多气门技术，进气门的增加可显著增加进气量，而多排气门技术又可以显著增加排气流经截面积，从而促使排气阻力减小，减小排气背压的产生，在排气自由时间内大量废气被排出，同时可使强制排气时间活塞上行由于排气消耗的有效功也变少，所以发动机扭矩高，动力性得到改善。此时缸内新鲜工质比例也得到提高，排放尾气的质量得到控制。因此排气背压的减小对经济性、动力性以及尾气排放都有好处。排气背压主要发生在排气系统及催化器中，研究排气背压的影响也主要集中在消声器结构。3

排气背压对柴油机微粒捕集器（DPF）有较大影响。一般在处理此方面排气问题时，背压是重点考虑对象。

背压与排气速率设计排气系统的工程师非常理解必须在排气管的排气速率和排气量找到平衡点。废气要尽快的排出发动机，同时废气要在排气管中尽可能的达到最大的排气速度。假设有2段体积相同的排气脉冲，1段在2寸直径的排气管中，1段在3寸直径的排气管中。在2寸排气管中的废气排出的速率要比在3寸管中大的多。排气管越细，废气排出的速度越高。但是同时，必须保证排气管足够粗，这样才会产生最小的背压的前提下，保证废气的排出速率。背压在极端的情况下， 会导致废气倒流回燃烧室。排气系统的设计要领 是在你需要的功率区域中，用最细的排气管产生最小的背压。小口径的排气管会在低转速产生高速排气脉冲， 但在高转速产生相当大的回压。4

排气背压测量点排气背压测量点：离发动机排气管出口或涡轮增压器出口75mm处，在排气连接管里测量，测压头与管内壁平齐。背压传感器的安装位置应在一直径不变的直管段，一般以前3D后4D的的原则；否则安装位置后马上进行变径处理的话，测量时有时会产生负压！

发动机排气背压检测方法在检测排气背压之前，应当首先确认点火正时和配气相位正确、气门间隙正确、进气系统无泄漏和堵塞现象。

1.利用气压表检测：a.拆下氧传感器；b.在该处接上气压表，该表的度量范围为0~30kPa；c.启动发动机，并使发动机温度达到85℃以上；d.将发动机加速到2500r/min；e.读取气压表的读数，即为排气管的背压。其值应在13.8kPa以下才正常，否则说明排气系统存在堵塞。

2.利用废气分析仪检测：将废气分析仪的探头插入排气管口，读取废气中的HC值。然后将发动机加速到2500r/min，再读取HC值，若HC值升高，则表示排气阻力过大。

3.检测进气歧管的真空度：在正常情况下，发动机怠速运转时，若拔下进气管上一根真空管，应该感觉吸力很大，若吸力很小，则排气系统可能有堵塞。这是因为，若排气管时通时堵，则排气时的反压力增大，会使进气管的真空度降低。为了准确测量，可以用真空表软管连接到进气歧管的检测口，启动发动机，待转速稳定后，观察真空表的读数，怠速时的真空度一般为57～71kPa。然后缓慢加速，若转速达到2000~2500r/min时真空度数值很低甚至下降为零，说明排气系统有阻流现象。可以拆下排气管再试，若真空度恢复正常，即可确定排气管堵塞。4

发动机排气背压过高的表现发动机维修中，发动机排气背压过高的一般表现为：

1.发动机有油、有火，但是无法启动；

2.加速不良，没有高速；

3.加速时进气管“回火”，急加速熄火；

4.进气管向外冒白烟；

5.没有超速挡（排气背压过高会造成发动机加速不良，好像没有超速挡，所以有时会误认为是自动变速器的故障）；

6.用故障诊断仪检测电控系统，一般没有故障代码。若读取数据流，往往有多项数据不正常。

有的汽车低速行驶时耸车，减速后再加速耸车更加明显，更换点火线圈高压线、火花塞、电控单元都不见好转，这就要考虑排气背压是否过高了。这种情况与加速不畅、车速提不起来、急加速时回火甚至熄火相比较，只是排气管堵塞的程度不同而已。

总之，若排气背压过高，会造成发动机启动困难、怠速不良、加速无力、转速不稳定、点火调节失控等故障现象。4