发动机排气背压是指发动机在排放排气时所遇到的阻力。在涡轮增压发动机中，通常测量的是排气涡轮出口处的表压；而在自然吸气发动机中，则是测量排气歧管出口处的压力。这一现象主要由排气系统中的部件如消声器和排气后处理装置等引起。
1.1 ◇ 定义与单位
发动机排气背压的度量单位有多种，包括千帕（kPa）、毫巴（mbar）、英寸水柱（in H2O）和英寸汞柱（in Hg）。这些单位之间可以通过一定的数学关系进行转换。1千帕（kPa）等于10百帕（hPa），也等于10毫巴（mbar），同时，还等于4.0147英寸水柱和0.2953英寸汞柱。单位之间的转换对于理解和比较不同的测量结果至关重要。
1.2 ◇ 背压效应
随着柴油机配备DPF（柴油微粒过滤器），排气背压的增加成为不容忽视的问题。即便在正常工况下，这些压力增加是相对较小的，但仍有潜在风险。若DPF未定期再生，烟灰的积聚会导致压降增加，进而影响发动机性能。这将导致发动机需要更高的压缩力来排出废气，从而增加了泵送功损失。同时，进气歧管增压压力的降低会影响汽缸扫气及燃烧效果。涡轮增压器也可能因为需要额外的机械功来压缩排气而导致性能下降。这些问题的最终结果是PM（颗粒物）和CO（一氧化碳）排放上升，以及燃料消耗和排气温度的增加。更高的排气温度可能引起排气门和涡轮的过热，进一步导致发动机负荷增加和NOx排放量上升。
1.3 ◇ 背压限制
发动机制造商会设定最大允许背压，若背压超出此限制，发动机保修可能失效。不同发动机型号和尺寸的背压限制不尽相同。例如，40 kW发动机可承受最高40 kPa的背压，而更大功率如500 kW的发动机则限制在20 kPa。发动机在设计上若不具备承受更高背压的能力，持续的高压将对其性能产生负面影响。
背压的增加对发动机排放与燃料消耗的影响不容小觑。尽管尚未有详尽的文献数据支持，普遍观点认为，背压上升会导致PM、CO、HC等污染物的增加，同时，油耗也会相应上升。
2.1 ◇ 排放和油耗影响
在Deutz BF6M 1012 Euro II发动机上，当背压超过限值后，随着背压的增加，碳烟排放量显著上升，同时，油耗也增加。此外，这种影响在自然吸气发动机中表现得更为显著。例如，每增加10 kPa的背压，估计油耗将增加1.5至2.5个百分点。某些情况下，由于DPF改造带来的背压增加，NOx排放可能略有下降，这通常限制在2-3%以内。
2.2 ◇ 油耗理论分析
背压通过增加泵送功直接影响油耗。这部分影响可以通过对指示平均有效压力（IMEP）和制动平均有效压力（BMEP）的分析来估算。这种分析表明，不同工况下，燃油经济性的损失与排气背压的变化相关联，从而能够进行理论上的估算。
2.3 ◇ 实际测试结果
实际测试证实了背压增加会导致油耗和排放上升。特别是在满负荷条件下，这种影响更加显著。例如，在配备DPF的沃尔沃D12D Euro III发动机的测试中，随着发动机规模的变化，相对燃油消耗损失也表现出显著差异。
排气背压的变化对发动机性能的影响非常复杂，涉及到多个因素，如涡轮增压器的性能、进气压力以及发动机转速等。
3.1 ◇ 性能模拟研究
对于不同压降特性的DPF，其对发动机满负荷性能的影响也不尽相同。模拟研究表明，在不同转速下，发动机可容忍不同排气背压。例如，在较高的发动机转速下，可以容忍更高的背压，而在较低转速下，更高的背压可能导致性能损失。
3.2 ◇ 涡轮增压器影响
排气背压的增加可能导致涡轮增压器转速降低，进而影响增压压力和发动机性能。涡轮增压器依靠发动机润滑油来进行润滑和冷却，过高的排气压力会增加其密封失效的风险，导致故障。
3.3 ◇ 背压性能极限
随着发动机转速增加，其能够容忍的排气背压也随之提高。然而，一旦背压超过某个临界值，发动机性能将显著下降。这种关系在不同工况下表现出明显的非线性特征。
3.4 ◇ 温度与材料影响
高背压会引发排气温度升高，这可能导致排气门和涡轮材料强度的降低，从而增加故障风险。过高温度还可能对涡轮叶片和其他部件造成热损伤，进而削弱发动机的整体耐久性。
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