آلودگی هایی که یک خودرو به تنهایی تولید می کند مقدار نسبتا ناچیزی است و به نظر نمی رسد طراحی سیستمی برای کاهش آلودگی نیاز باشد. اما هنگامی که هزاران خودرو به صورت همزمان در یک منطقه فعالیت نمایند، وجود یک سیستم برای به حداقل رساندن این آلودگی ها و تاثیرات منفی آن ها روی محیط زیست کاملا ضروری است. سیستم اگزوز خودرو دقیقا راه حلی است که دنبال آن می گردیم.
این سیستم معمولا خط لوله ایست که گازهای تولیدی از انفجار کنترل شده در موتور خودرو را به بیرون راهنمایی می کند. بسته به نوع کلی سیستم اگزوز، گازهای خروجی می توانند از یا چند قطعه زیر عبور کنند:
- سرسیلندر و مینفولد (manifold)
- توربوشارژر
- مبدل کاتالیستی
- صداگیر (muffler)
در شکل زیر شمای کلی سیستم اگزوز خودرو قابل مشاهده است :
حال به بررسی قسمت‌های مختلف این سیستم می پردازیم:
مینفولد
هدف از طراحی این قطعه جمع آوری گازهای خروجی از چند لوله مختلف و انتقال آن ها به یک لوله واحد است. جنس مینفولد معمولا از چدن است و ممکن است در طراحی آن از تکنیک های صرفه‌جویی در مواد مانند کاهش حجم قطعه یا کاهش قیمت تمام شده محصول استفاده شود. حال اگر در فرایند طراحی این قطعه، به وزن و قیمت توجهی نشود و تمام تلاش برای بهینه کردن جریان عبوری گازهای خروجی باشد، قطعه نهایی هدر (header) نامیده خواهد شد. با این تعریف، هدر در جمع‌آوری گازهای خروجی عملکرد بهتری خواهد داشت. هدرها لوله های فولادی با خم های محاسبه شده ای هستند که طول مسیر عبور گازها را از سیلندر به خارج از خودرو یکسان می کنند.
یک روش معمول برای افزایش توان موتور استفاده از هدرهای تقویت شده است. این افزایش توان به علت افزایش سطح مقطع لوله ها و در نتیجه کاهش اصطکاک در مسیر گازهای خروجی است. همچنین به ازای طول معینی از لوله‌ها می توان فشار را طوری تنظیم کرد که حداکثر جمع‌آوری گازهای خروجی را داشته باشیم.
برای موتورهای خطی چهار سیلندر (inline-four engines) و موتورهای هشت سیلندر (V8 engines)، مینفولدها معمولا دارای طراحی ۴-۲-۱ (ابتدا چهار لوله به دو لوله تبدیل می شوند و در نهایت این دو لوله نیز ادغام شده و یک لوله اصلی را تشکیل می دهند) یا طراحی ۴-۱ ( چهار لوله به صورت مستقیم ادغام شده و لوله اصلی را تشکیل می دهند) هستند.
![]()
مبدل کاتالیستی
هدف اصلی طراحی مبدل های کاتالیستی کاهش آلودگی های ناشی از خروج گازهایی نظیر هیدروکربن ها، کربن مونواکسید و اکسیدهای نیتروژن است. روش کلی کار این قطعه به این صورت است که گازهای نام برده شده را به آب و کربن دی‌اکسید تجزیه می کند. توجه داشته باشید عملکرد مبدل‌های کاتالیستی در تمام دماها یکسان نیست.
حال به بررسی واکنش‌های شیمیایی انجام شده در مبدل‌های کاتالیستی می‌پردازیم:
در این مبدل‌ها واکنش‌های کاهش به وسیلۀ پلاتین (platinum) و رودیم (rhodium) صورت می‌گیرد. با این واکنش‌ها اکسیدهای نیتروژن به عنصر نیتروژن و اکسیژن تبدیل می شوند.
۲NO => N۲ + O۲
۲NO۲ => N۲ + ۲O۲
همچنین واکنش‌های اکسایش نیز به وسیلۀ پلاتین (platinum) و پالادیم (palladium) انجام می شود. با این سری از واکنش‌ها کربن مونواکسید و هیدروکربن‌های خام که در موتور موفق به سوختن نشده اند به کربن دی‌اکسید و آب تبدیل می شوند.
۲CO + O۲ => 2CO۲
HC + O۲ => CO۲ + H۲O
امروزه مبدل‌های کاتالیستی از سنسورهای اکسیژن نیز استفاده می کنند. علت این کار این است که به صورت لحظه‌ای مقدار اکسیژن اندازه گیری شود و در صورت نیاز اکسیژن بیشتری برای به حداکثر رساندن راندمان واکنش‌های شرح داده شده وارد مبدل گردد.
نمونه واقعی یک مبدل کاتالیستی در خودرو:
![]()
لوله اگزوز
لوله‌کشی‌هایی قسمت‌های مختلف سیستم اگزوز خودرو را به هم متصل می‌کند را لوله اگزوز می‌نامیم. اگر قطر این لوله خیلی کوچک باشد، هنگام دور موتورهای بالا (High RPMs) توان موتور کاهش پیدا خواهد کرد. اگر قطر لوله خیلی بزرگ باشد، گشتاور در دور موتورهای پایین (Low RPMs) کاهش پیدا می کند و باعث می شود گازهای خروجی سرعت لازم برای خروج را نداشته باشند. به مشکلات قطر بزرگ لوله اگزوز می تواناین را هم افزود که در تولید انبوه باعث افزایش چشم‌گیر هزینه‌ها و استفاده غیر ضروری از منابع اولیه خواهد شد. بنابراین محاسبه قطر دقیق لوله اگزوز برای هر خودرو اهمیت ویژه‌ای دارد.
خودروهایی که شامل دو لولۀ اگزوز هستند معمولا از یک اتصال عمودی به شکل حرف H-pipe یا یک اتصال زاویه دار به شکل X-pipe استفاده می کنند.
صداگیر (muffler)
همانطور که از نام این قطعه مشخص است وظیفۀ اصلی آن کاهش صدا است. این کار به وسیلۀ بازتاب های متوالی صدا درون صداگیر انجام می شود و با تکرار این عمل سطح صدا کاهش پیدا خواهد کرد. معمولا مقدار صدای مجاز را بخشنامه های دولتی تعیین می کنند و مهندسان موظف هستند قطعه را تا حداکثر سطح صدای مجاز طراحی کنند.
صداگیر معمولا آخرین قطعه از سیستم اگزوز خودرو است که در قسمت انتهایی نصب می شود. صدای گازهای داغ خروجی از موتور خودرو با سرعت زیاد در چند مرحله و توسط مسیرها و محفظه‌هایی که با فایبرگلاس ایزوله شده‌اند کاهش می یابد.
یکی از عوارض غیرقابل جلوگیری استفاده از صداگیر در سیستم اگزوز،کاهش سرعتی است که گازها در هنگام خروج از خودرو پیدا می کنند و این باعث میشود تا موتور خودرو قسمتی از توان خود را صرف بیرون راندن گازهای خروجی کند و در نتیجه بازده موتور کاهش می یابد.
تیل پایپ (Tailpipe)
به آخرین قسمت از سری لوله های نصب شده در سیستم اگزوز، تیل پایپ می گویند. (دقت کنید در مکالمات غیرفنی و روزمره به این قسمت صرفا اگزوز گفته می شود). معمولا این تنها قسمت قابل مشاهده برای یک ناظر بیرونی است و به هوای آزاد راه دارد. این قسمت معمولا کرومیزه می شود تا علاوه بر ظاهر زیباتر و نظافت راحت تر، در مقابل خوردگی نیز مقاوم شود.
تیونینگ سیستم اگزوز خودرو
تیونینگ سیستم اگزوز زیرمجموعۀ تیونینگ موتور خودرو است و از آن جایی که معمولا به تعویض کل سیستم اگزوز یا حداقل بخش وسیعی از آن منتهی می شود دارای هزینه بالا است. با این حال، ارتقاع سیستم اگزوز باعث بهبود چشم گیر کارایی موتور خودرو می شود.
این تیونینگ بر پایۀ دو اصل کلی است:
- کاهش فشار لازم برای خروج گازها که متعاقبا باعث افزایش راندمان موتور میشود.
- کاهش گرمای مبادله شده بین گاز و قسمت‌های حساس به دما در سیستم اگزوز
دقت کنید در مورد دوم، علاوه بر اینکه با کاهش تبادل گرما سیستم اگزوز عمر مفید بیشتری خواهد داشت، گازها با دمای بیشتر دارای سرعت بیشتر نیز خواهند بود و این باعث می شود موتور توان کمتری را صرف بیرون راندن گازها بکند و در نتبجه راندمان موتور نیز افزایش می یابد.
با تخصصی ترین مرجع تیونینگ ایران ، رینگ اسپورت همراه باشید …
