سیستم اگزوز خودرو چگونه کار میکند؟

 اگزوز قطعه اي 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 ویژگیهاي اگزوز گسترش یافته و وظایف دیگري نیز بر عهده دارد.
اجزاي تشکیل دهنده سیستم اگزوز در یک خوردو شامل منیفولد خروجی دود، لوله هاي رابط، لوله اگزوز، انباره صدا خفه کن و لوله پخش کننده دود است.
منیفولد خروجی: منیفولد خروجی دود موظف است دودهاي خروجی را از مجاري 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 موتورهاي Vشکل در دو طرف موتور قرار می گیرد.
لوله هاي رابط اگزوز: این لوله ها رابط بین منیفولد دود، انباره و سر اگزوز است و از نظر طراحی داراي یک سري 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 ي اگزوز: انباره ي اگزوز خودرو وظیفه دارد سرعت گاز هاي خروجی را گرفته و صداي خروج گاز ها کم و بی سر و صدا کند. هر کدام از انباره ها با توجه به جنس و ابعاد و ویژگی هایش صداي مخصوص به خود را دارد.
گازهاي خروجی: بعد از سوختن هوا و بتزین مقداري از هیدروکربن نسوخته، منواکسید کربن، دي اکسید کربن و فسفر با فشار بسیار زیاد پیستون از محفظه احتراق خارج شده و وارد منیفولد یا هدرز می شود. گرماي این گازها به قدري زیاد است که با حرارت کوره ذوب فلزات برابري می کند. براي خروج گازها نیاز به لوله هاي جداگانه نمی باشد. براي مثال براي موتور چهار سیلندر چهار عدد لوله جداگانه تعبیه نمی شود بلکه یک لوله که با محاسبات دقیق انتخاب می گردد و تاانتهاي مسیر را براي گازهاي خروجی پوشش می دهد. منیفولد دود وظیفه دارد محصولی که در محفظه احتراق و از سوپاپ هاي خروجی گرفته به لوله اگزوز انتقال دهد. در برخی از خودروها که منیفولد گاز در بالاي منیفولد دود نصب شده وظیفه دیگري که گرم کردن منیفولد گاهی براي بی صدا کردن دودها از دو صدا خفه کناستفاده می شود. این طرح در موتورهاي پرقدرت ضروري است. طراحی صدا خفه کن از نظر شکل و محفظه در حذف فشار منفی و صداهاي ناهنجار تاثیر منفی دارد.
براي کاستن از سرعت گازهاي خروجی موتور و بی صدا کردن آنها از صدا خفه کن استفاده می شود. صدا خفه کن باید طوري طراحی شود که گازهاي خروجی موتور در آن به آهستگی انبساط یافته و به اندازه کافی از انرژي حرارتی آن کاسته شود. همچنین باید فشار منفی در آن به حداقل برسد. فشار منفی از خروج گازهاي اگزوز جلوگیري کرده و تخلیه کامل دود را با اشکال روبه رو می کند که نتیجه آن افت قدرت مفید موتور خواهد بود.
گاهی براي بی صدا کردن دودها از دو صدا خفه کن استفاده می شود. این طرح در موتورهاي پرقدرت ضروري است. طراحی صدا خفه کن از نظر شکل و محفظه در حذف فشار منفی و صداهاي ناهنجار تاثیر منفی دارد. براي افزایش قدرت موتور در هنگام طراحی موتور باید موارد زیر را در نظر گرفت:
الف) هوا به راحتی وارد موتور شود؛ هنگامی که پیستون پایین می رود در مرحله مکش, مقاومت هوا می تواند مقداري از قدرت موتور را از بین ببرد. در بعضی از خودروهاي جدید از منیفولدهاي که داراي ورودي هاي صیقلی هستند استفاده می شود تا مقاومت هوا را بر طرف کنند و از طرف دیگر با کاهش لوله هاي ورودي و فیلتر هواي بزرگتر می توان در افزایش جریان هوا تاثیر مثبت گذاشت.
ب) مسیر خروج دود مقاومت کمتري 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 هاي خروجی با عملکرد بالا از هدرز استفاده می کنند؛ لوله هایی که انتهایی گشاد و آزاد دارند فشار داخل انباره هاي اگزوز را کاهش و فشار منفی(معکوس) را در سیستم اگزوز کاهش می دهند.
ج)سرسیلندر و بادامک ها را تعویض می نمایند؛ در بسیاري از موتورهاي موجود از یک سوپاپ ورودي و یک سوپاپ خروجی استفاده می شود. استفاده از یک سر سیلندر جدید که چهار سوپاپ در هر سیلندر دارد جریان هواي ورودي و خروجی را به مقدار زیادي بهبود می بخشد و می تواند قدرت آن را بیشتر کند. همچنین استفاده از بادامک هاي کارا سبب یک تغییر بزرگ در عملکرد موتور می شود.
د) افزایش حجم پرشده سیلندر؛ اگر بتوان هوا و سوخت بیشتري را در یک سیلندر که اندازه ي معلومی دارد گنجاند، در نتیجه می توان قدرت بیشتري از سیلندر استخراج نمود. توربوشارژها و سوپرشارژرها فشار هواي ورودي را تنظیم می کنند و سیلندر با هواي بیشتري پُر می شود.
ه) کاهش دماي هواي ورودي؛ دما هواي ورودي به واسطه متراکم کردن آن افزایش می یابد. بهتر است خنک ترین هواي ممکن در سیلندر را داشت زیرا وقتی احتراق انجام می شود، هواي داغ با حجم بالایی در سیلندر بوجود می آید. بدین منظور خیلی از خودروهاي مجهز به توربو شارژر و سوپرشارژر داراي اینترکولر نیز هستند. اینترکولر یک مبدل حرارتی میانی است که دماي هواي متراکم شده را قبل از ورود به سیلندر کاهش می دهد.
و) استفاده از اجزائی با آلیاژ سبک؛ قطعات سبک وزن به بهتر کارکردن موتور کمک می کنند. هر دفعه که پیستون تغییر جهت می دهد، مقداري از انرژي صرف از بین بردن جابه جایی در یک مسیر می شود و این عمل دوباره تکرار می شود. پیستون سبک تر، انرژي کمتري مصرف می کند و همچنین قطعات سبک تر به موتور اجازه می دهند که سریع تر بچرخند و چرخش سریع تر باعث تولید قدرت بیشتر میشود.
ز) افزایش نسبت تراکم؛ افزایش نسبت تراکم تا یک نقطه مشخص باعث افزایش قدرت تولیدي 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 زود هنگام جلوگیري می کنند، لذا موتورهایی با عملکرد بالا به بنزین اکتان بالا نیاز دارند و این موتورها براي دریافت قدرت بیشتر از نسبت تراکم بالاتري استفاده می کنند.
ي) افزایش حجم جابجایی؛ جابجایی بیشتر به معنی قدرت بیشتر است چون می توان با هر بار چرخش موتور بنزین بیشتري سوزاند. همچنین با بزرگ کردن حجم سیلندر می توان جابجایی را افزایش داد.

اگر تا به حال صداي موتور بدون صدا خفه کن را شنیده باشید، می دانید که یک صدا خفه کن تا چه حد روي صدا تاثیر دارد. صدا خفه کن متشکل از تعدادي مجراي ساده با سوراخ هایی می باشد. مجرا و محفظه ها به خوبی یک ساز موسیقی کوك شده اند و می توانند امواج صداي تولید شده توسط موتور را طوري بازتاب کنند که تاحدي یکدیگر را خنثی نمایند.
گازهاي اگزوز و امواج صدا از مجراي مرکزي 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 سوراخ 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 داراي حجم مشخص و طول معینی می باشد تا صداهایی با بسامد مشخص را خنثی نماید.
منبع تولید 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 تپش ها وقتی به وجود می آیند که سوپاپ خروجی باز می شود و جریان گاز فشرده ناگهان وارد سیستم اگزوز می شود، مولکول هاي گاز خروجی با مولکول هاي کم فشار درون لوله برخورد کرده و آن ها را فشرده تر می کنند. این مولکول هاي فشرده، مولکول هاي مجاور را فشرده تر می کنند و خود کم فشار می شوند و بدین ترتیب موج صدا خیلی سریع تراز جریان گاز در لوله هاي خروجی حرکت می کند. پرده گوش انسان با نوسانات فشار می لرزد و مغز این لرزش را به عنوان صدا درك می کند.
بسامد بیشتر به این معنی است که هرچه موتور سریع تر کار کند فشار هوا سریع تر تغییر می کند، در نتیجه صداي زیرتري می شنویم و تغیرات آرام تر و کندتر سبب شنیدن صداي بم تر می شود.
دامنه امواج بلندي صدا را تعیین می کنند. امواج صدایی با دامنه بیشتر، پرده گوش ما را بیشتر حرکت می دهند و درنتیجه ما صداي بلندتري را می شنویم. می توان دو یا چند صدا را با هم تلفیق کرد و صداي کمتري به دست آورد.

خنثی کردن صدا

انرژي 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 انرژي صوتی و تبدیل آن به انرژي گرمایی سعی در بی صدا کردن آن می باشد و این کار به خودي خود باعث به وجود آمدن فشار منفی شده و باعث کاهش قدرت موثر موتور می شود. صداي 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 گوشیهاي 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 اي دو برابر تولید می کنند که آن را تداخل سازنده می نامند. در لحظه اي که موج اول در فشار بیشینه و موج دوم در کمینه است. اگر هر دوي این موج ها پرده گوش را در یک زمان تحریک کنند چیزي نخواهید شنید چون این دو موج همیشه همدیگر را خنثی می کنند