سیستم اگزوز خودرو چگونه کار می‌کند؟

اگزوز قطعه‌ای در خودرو و دیگر وسایل نقلیه است که دود حاصل از واکنش شیمیایی را که در سیلندر ایجاد می‌شود به خارج از خودرو انتقال می‌دهد. این تعریف اگرچه بیانگر عمده کار اگزوز می‌باشد اما امروزه ویژگی‌های اگزو گسترش یافته و وظایف دیگری نیز بر عهده دارد.

اجزای تشکیل دهنده سیستم اگزوز در یک خوردو شامل منیفولد خروجی دود، لوله های رابط، لوله اگزوز، انباره صدا خفه کن و لوله پخش کننده دود است.

منیفولد خروجی:

منیفولد خروجی دود موظف است دودهای خروجی را از مجاری موجود در سرسیلندر گرفته و به لوله اگزوز انتقال دهد. در انواع مختلفی موجود می باشد، که به طور مثال در یک موتور ردیفی در کناره موتور و یا در موتورهای V شکل در دو طرف موتور قرار می گیرد.

لوله‌های رابط اگزوز:

این لوله ها رابط بین منیفولد دود، انباره و سر اگزوز است و از نظر طراحی دارای یک سری استاندارها می باشند که با توجه به جنس، طول و شعاع قوس ها و از همه مهم تر قطر اسمی لوله تاثیر بسزایی در کاهش فشار منفی دارد.

انباره ی اگزوز:

انباره ی اگزوز خودرو وظیفه دارد سرعت گاز های خروجی را گرفته و صدای خروج گاز ها کم و بی سر و صدا کند. هر کدام از انباره ها با توجه به جنس و ابعاد و ویژگی هایش صدای مخصوص به خود را دارد.

گازهای خروجی:

بعد از سوختن هوا و بتزین مقداری از هیدروکربن نسوخته، منواکسید کربن، دی اکسید کربنو فسفر با فشار بسیار زیاد پیستون از محفظه احتراق خارج شده و وارد منیفولد یا هدرز می شود. گرمای این گازها به قدری زیاد است که با حرارت کوره ذوب فلزات برابری می کند. برای خروج گازها نیاز به لوله های جداگانه نمی باشد. برای مثال برای موتور چهار سیلندر چهار عدد لوله جداگانه تعبیه نمی شود بلکه یک لوله که با محاسبات دقیق انتخاب می گردد و تاانتهای مسیر را برای گازهای خروجی پوشش می دهد.

منیفولد دود وظیفه دارد محصولی که در محفظه احتراق و از سوپاپ های خروجی گرفته به لوله اگزوز انتقال دهد. در برخی از خودروها که منیفولد گاز در بالای منیفولد دود نصب شده وظیفه دیگری که گرم کردن منیفولد گاهی برای بی صدا کردن دودها از دو صدا خفه کن استفاده می شود. این طرح در موتورهای پرقدرت ضروری است. طراحی صدا خفه کن از نظر شکل و محفظه در حذف فشار منفی و صداهای ناهنجار تاثیر منفی دارد.

برای کاستن از سرعت گازهای خروجی موتور و بی صدا کردن آنها از صدا خفه کن استفاده می شود. صدا خفه کن باید طوری طراحی شود که گازهای خروجی موتور در آن به آهستگی انبساط یافته و به اندازه کافی از انرژی حرارتی آن کاسته شود. همچنین باید فشار منفی در آن به حداقل برسد. فشار منفی از خروج گازهای اگزوز جلوگیری کرده و تخلیه کامل دود را با اشکال روبه رو می کند که نتیجه آن افت قدرت مفید موتور خواهد بود.

گاهی برای بی صدا کردن دودها از دو صدا خفه کن استفاده می شود. این طرح در موتورهای پرقدرت ضروری است. طراحی صدا خفه کن از نظر شکل و محفظه در حذف فشار منفی و صداهای ناهنجار تاثیر منفی دارد.

برای افزایش قدرت موتور در هنگام طراحی موتور باید موارد زیر را در نظر گرفت:

•  هوا به راحتی وارد موتور شود؛ هنگامی که پیستون پایین می رود در مرحله مکش, مقاومت هوا می تواند مقداری از قدرت موتور را از بین ببرد. در بعضی از خودروهای جدید از منیفولدهای که دارای ورودی های صیقلی هستند استفاده می شود تا مقاومت هوا را بر طرف کنند و از طرف دیگر با کاهش لوله های ورودی و فیلتر هوای بزرگتر می توان در افزایش جریان هوا تاثیر مثبت گذاشت.
• مسیر خروج دود مقاومت کمتری داشته باشد؛ اگر مقاومت هوا یا برگشت آن وجود داشته باشد فشار آن باعث تاخیر در خروج دود از محفظه سیلندر در مرحله تخلیه خواهد شد و در نتیجه قدرت موتور کاهش می یابد. بوجود آمدن فشار منفی میتواند به دلیل وجود لوله اگزوز بسیار کوچک یا مقدار زیاد مقاومت هوا در صدا خفه کن باشد. در سیستم های خروجی با عملکرد بالا از هدرز استفاده می کنند؛ لوله هایی که انتهایی گشاد و آزاد دارند فشار داخل انباره های اگزوز را کاهش و فشار منفی(معکوس) را در سیستم اگزوز کاهش می دهند.
• سرسیلندر و بادامک ها را تعویض می نمایند؛ در بسیاری از موتورهای موجود از یک سوپاپ ورودی و یک سوپاپ خروجی استفاده می شود. استفاده از یک سر سیلندر جدید که چهار سوپاپ در هر سیلندر دارد جریان هوای ورودی و خروجی را به مقدار زیادی بهبود می بخشد و می تواند قدرات را بیشتر کند. همچنین استفاده از بادامک های کارا سبب یک تغییر بزرگ در عملکرد موتور می شود.
• افزایش حجم پرشده سیلندر؛ اگر بتوان هوا و سوخت بیشتری را در یک سیلندر که اندازه ی معلومی دارد گنجاند، در نتیجه می توان قدرت بیشتری از سیلندر استخراح نمود. توربوشارژها و سوپرشارژرها فشار هوای ورودی را تنظیم می کنند و سیلندر با هوای بیشتری پُر می شود.
• کاهش دمای هوای وردی؛ دما هوای وردی به واسطه متراکم کردن آن افزایش می یابد. بهتر است خنک ترین هوای ممکن در سیلندر را داشت زیرا وقتی احتراق انجام می شود، هوای داغ با حجم بالایی در سیلندر بوجود می آید. بدین منظور خیلی از خودروهای مجهز به توربو شارژر و سوپرشارژر دارای اینترکولر نیز هستند. اینترکولر یک مبدل حرارتی میانی است که دمای هوای متراکم شده را قبل از ورود به سیلندر کاهش می دهد.
• استفاده از اجزائی با آلیاژ سبک؛ قطعات سبک وزن به بهتر کارکردن موتور کمک می کنند. هر دفعه که پیستون تغییر جهت می دهد، مقداری از انرژی صرف از بین بردن جابه جایی در یک مسیر می شود و این عمل دوباره تکرار می شود. پیستون سبک تر، انرژی کمتری مصرف می کند و همچنین قطعات سبک تر به موتور اجازه می دهند که سریع تر بچرهند و چرخش سریع تر باعث تولید قدرت بیشتر می شود.
•  افزایش نسبت تراکم؛ افزایش نسبت تراکم تا یک نقطه مشخص باعث افزایش قدرت تولیدی می شود. با این وجود اگر مخلوط سوخت وهوا بیشتر متراکم شود به احتمال زیاد قبل از اینکه شمع جرقه بزند خود به خود آتش گرفته و منفجر می شود. بنزین هایی با عدد اکتان بالاتر تقریباً از اشتعال زودهنگام جلوگیری می کنند، لذا موتورهایی با عملکرد بالا به بنزین اکتان بالا نیاز دارند و این موتورها برای دریافت قدرت بیشتر از نسبت تراکم بالاتری استفاده می کنند.
• افزایش حجم جابجایی؛ جابجایی بیشتر به معنی قدرت بیشتر است چون می توان با هر بار چرخش موتور بنزین بیشتری سوزاند. همچنین با بزرگ کردن حجم سیلندر می توان جابجایی را افزایش داد.
• اگر تا به حال صدای موتور بدون صدا خفه کن را شنیده باشید، می دانید که یک صدا خفه کن تا چه حد روی صدا تاثیر دارد. صدا خفه کن متشکل از تعدادی مجرای ساده با سوراخ هایی می باشد. مجرا و محفظه ها به خوبی یک ساز موسیقی کوک شده اند و می توانند امواج صدای تولید شده توسط موتور را طوری بازتاب کنند که تاحدی یکدیگر را خنثی نمایند.
• گازهای اگزوز و امواج صدا از مجرای مرکزی وارد شده و به دیواره انتهایی برخورد می کند و از سوراخ ها به قسمت اصلی صدا خفه کن بر می گردند سپس از بین سورا خ ها وارد لوله دیگر شده و از آن خارج می شوند. محفظه تشدید کننده با یک سوراخ به محفظه اول متصل شده است، محفظه تشدید کننده دارای حجم مشخص و طول معینی می باشد تا صداهایی با بسامد مشخص را خنثی نماید.

منبع تولید صدا

صدا یک موج فشار است که از نوسان فشار هوا تولید می شود. این تپش ها در هوا با سرعت صوت حرکت می کنند.

در یک موتور ثپش ها وقتی به وجود می آیند که سوپاپ خروجی باز می شود و جریان گاز فشرده ناگهان وارد سیستم اگزوز می شود، مولکول های گاز خروجی با مولکول های کم فشار درون لوله برخورد کرده و آن ها را فشرده تر می کنند. این مولکول های فشرده، مولکول های مجاور را فشرده تر می کنند و خود کم فشار می شوند و بدین ترتیب موج صدا خیلی سریع تراز جریان گاز در لوله های خروجی حرکت می کند. پرده گوش انسان با نوسانات فشار می لرزد و مغز این لرزش را به عنوان صدا درک می کند.

بسامد بیشتر به این معنی است که هرچه موتور سریع تر کار کند فشار هوا سریع تر تغییر می کند، در نتیجه صدای زیرتری می شنویم و تغیرات آرام تر و کندتر سبب شنیدن صدای بم تر می شود.
دامنه امواج بلندی صدا را تعیین می کنند. امواج صدایی با دامنه بیشتر، پرده گوش ما را بیشتر حرکت می دهند و درنتیجه ما صدای بلندتری را می شنویم. می توان دو یا چند صدا را با هم تلفیق کرد و صدای کمتری به دست آورد.

خنثی کردن صدا

انرژی نه بوجود می آید و نه از بین می رود بلکه از صورتی به صورت دیگر تبدیل می شود. در سیستم اگزوز هم با کاهش انرژی صوتی و تبدیل آن به انرژی گرمایی سعی در بی صدا کردن آن می باشد و این کار به خودی خود باعث به وجود آمدن فشار منفی شده و باعث کاهش قدرت موثر موتور می شود. صدای شنیده شده توسط گوش جمع تمام امواج صوتی است که در یک لحظه به گوش می رسد. میتوان موج صدایی تولید کرد که دقیقاً مخالف موج دیگر باشد، این اساس کار گوش یهای از بین برنده سر و صدا می باشد. اگر دو موج هم فاز باشند با هم جمع شده و موجی با همان بسامد قبلی و با دامنه ای دو برابر تولید می کنند که آن را تداخل سازنده می نامند. در لحظه ای که موج اول در فشار بیشینه و موج دوم در کمینه است. اگر هر دوی این موج ها پرده گوش را در یک زمان تحریک کنند چیزی نخواهید شنید چون این دو موج همیشه همدیگر را خنثی می کنند./جام جم