Jak działają samochodowe układy wydechowe

Wersja ustawy o czystym powietrzu z 1970 r. Dała EPA szerokie uprawnienia do regulowania emisji samochodowych. John Foxx / Stockbyte / Getty Images

Prawdę mówiąc, emisje z pojedynczego samochodu są stosunkowo niskie w porównaniu z innymi źródłami zanieczyszczeń. Ale kiedy setki tysięcy ludzi siedzą w samochodzie, zapełniając autostradę, skumulowane skutki są ogromne. Siedząc w korku, wpatrując się w dym wydobywający się z rury wydechowej przed Tobą i unoszący się, by dołączyć do smogu na niebie, pomyśl przez chwilę, czym jest ten dym. Może nie wygląda na dużo, ale ten dym przeszedł długą drogę, odkąd został przepchnięty przez silnik samochodu chwilę wcześniej.

Troska o wpływ naszych samochodów na środowisko nie jest niczym nowym. Wersja ustawy o czystym powietrzu z 1970 r. Dała EPA szerokie uprawnienia do regulowania emisji samochodowych. Wraz z postępem technologii EPA naciskała na bardziej rygorystyczne standardy. I chociaż nowe samochody są znacznie czystsze niż te sprzed 40 lat, ludzie mają tendencję do pokonywania większych odległości i znacznie częściej, co powoduje znacznie większe zanieczyszczenie. Ustawa o czystym powietrzu została odnowiona i zwiększona w 1977, a następnie ponownie w 1990.

Producenci samochodów i dostawcy części musieli nadążać za tymi zmianami, a jak możesz sobie wyobrazić, układ wydechowy samochodu również musiał się znacznie zmienić.

Zawartość

1. Elementy układu wydechowego - rury dymne
2. Inne elementy układu wydechowego - nagłówki, wieszaki i inne
3. Droga wyjścia
4. Utrzymywanie rur w czystości

Układ wydechowy składa się głównie z rur o kilku różnych kształtach, z których każda jest zaprojektowana tak, aby łączyć się ze sobą, a każda z nich jest dopasowana do określonej części spodu samochodu. (Rury są często zginane, aby owinąć się lub w inny sposób dopasować inne pobliskie elementy samochodu, takie jak osie). Każda rura jest odpowiedzialna za przemieszczanie spalin do tyłu, ale wiele segmentów jest specjalistycznych. Innymi słowy, z zewnątrz system wygląda po prostu jak zbiór połączonych odcinków rur, które biegną od komory silnika do tylnego zderzaka, chociaż niektóre służą dodatkowemu celowi, gdy spaliny przepływa przez tę konkretną rurę..

Na przykład rura Y (która jest po prostu, no cóż, rurą w kształcie litery Y) może być zainstalowana tak, aby koniec z dwoma otworami przykręcił do dwóch odpowiadających im otworów w kolektorze wydechowym, łącząc odpady silnika, aby przejść przez system. Lub, po zainstalowaniu z tyłu samochodu, rura w kształcie litery Y może pomóc w stworzeniu podwójnego układu wydechowego z rurą wydechową po każdej stronie samochodu (dla często poszukiwanego sportowego wyglądu). Do tłumika lub rezonatora mogą być dołączone rury pośrednie, które są innymi ważnymi elementami systemu (przejdziemy do nich na następnej stronie). Rury równoważące, występujące w podwójnych układach wydechowych, pomagają wyrównać impulsy wydechowe przemieszczające się po stronie kierowcy i pasażera samochodu. Rury ze szczeliną powietrzną to wyspecjalizowane rury zagnieżdżone, które działają jak osłona termiczna i izolator, zapewniając dodatkową warstwę dla przepływu powietrza. Rura wydechowa, która zwykle wystaje spod tylnego zderzaka, ma zwykle większy otwór i może być wykonana z bardziej wyrazistego metalu, aby nadać wygląd wydajnego układu wydechowego, który jest typową cechą samochodów z wyższej półki..

Chociaż posiadanie tony rur zamiast jednej może wydawać się nieefektywne, tak naprawdę wszystkie te segmenty służą swojemu celowi. Po pierwsze, gięcie rur jest ciężką pracą i łatwiej jest łączyć małe, ustawione pod kątem segmenty z prostymi rurami, niż kształtować jedną długą, kosztowną i ciężką rurę pasującą do każdego konturu samochodu. Ponadto elementy układu wydechowego zużywają się w regularnych odstępach czasu (w zależności oczywiście od producenta, jego materiałów, warunków jazdy i czynników środowiskowych). Łatwiej i taniej jest wymienić jeden zardzewiały odcinek rury, wybity tłumik lub zużyty katalizator, niż zainstalować cały nowy system.

Możesz się zastanawiać, jak te wszystkie rury pasują do siebie. Cóż, niektóre końce zachodzą na siebie, podczas gdy inne są sparowane od końca do końca; ale nie bez odrobiny pomocy.

Tłumik to kolejny kluczowy element układu wydechowego Twojego samochodu. Matthias Tunger / The Image Bank / Getty Images

Najpierw omówiliśmy różne rury, ponieważ są one najbardziej widocznymi i dominującymi elementami układu wydechowego, a także dlatego, że są wszędzie. Ale układ wydechowy naprawdę zaczyna się od kolektora wydechowego (znanego również jako kolektor wydechowy). Głowica wygląda jak szereg sąsiednich sklejonych ze sobą rur (chociaż często jest wykonana z wytrzymałego odlewu metalowego). Zbiera spaliny bezpośrednio z silnika, więc został zaprojektowany tak, aby każdy otwór był dopasowany do jednego z otworów wydechowych silnika, z kołnierzami, które tworzą szczelne uszczelnienie, aby zapobiec ucieczce spalin. Od tego momentu wydech zaczyna przepływać przez różne rury i inne elementy.

Bardzo ważną rolę odgrywają uszczelki, które są montowane pomiędzy każdą rurą. Utworzenie doskonałego uszczelnienia metal-metal jest trudne, jeśli nie niemożliwe, dlatego uszczelki są umieszczane między każdym połączeniem, aby zapobiec przedwczesnemu wydostawaniu się trujących gazów. Są wykonane z włókien lub innych wytrzymałych, odpornych na ciepło materiałów, które mają wystarczającą elastyczność, aby lekko się ścisnąć, gdy rury są mocno zaciśnięte. Pomaga to w utworzeniu szczelnego uszczelnienia.

Tłumik to kolejna kluczowa część układu wydechowego. Wygląda jak duża okrągła lub owalna komora (zwykle, ale nie zawsze, znajdująca się w tylnej części samochodu). Ta komora ma jednak bardzo złożoną konstrukcję - odpowiada za wyciszenie większości hałasu silnika, mimo że musi pozwolić na płynny przepływ spalin. Szereg komór i rurek wypełnionych kamieniem, wełną lub włóknami syntetycznymi pochłania i kontroluje hałas. A to nie wszystko - tłumik musi być w miarę odporny na uszkodzenia, korozję i zatrzymywanie ciepła. Rezonator jest dodatkowym lub zastępczym elementem eliminującym dźwięk, używanym do wzmocnienia tłumika lub w przypadkach, gdy przestrzeń jest na wagę złota, może być nawet używany zamiast tłumika.

Katalizatory, które stały się powszechne w latach siedemdziesiątych XX wieku, są podstawowym i najskuteczniejszym sposobem obniżania poziomu toksyn w spalinach samochodu. Wnętrze katalizatora (lub „kota”) pokryte jest metalami. Różne typy katalizatorów wykorzystują różne kombinacje platyny, palladu i rodu. Zanim spaliny dotrą do kota, zawierają silną, supertoksyczną kombinację tlenku węgla, tlenku azotu i węglowodorów. (Kiedy bierzesz samochód do testu emisji, są to poziomy chemiczne, które są testowane.) Kiedy te trucizny wchodzą w kontakt z metalami pokrywającymi wnętrze kota, zachodzi reakcja chemiczna, która sprawia, że ​​spaliny są mniej szkodliwe. . Gdy spaliny przechodzą przez kota, poziom chemikaliów powinien zostać zmniejszony na tyle, aby zachować zgodność z przepisami rządowymi.

Mówiliśmy już o uszczelkach, ale układ wydechowy wymaga innych podstawowych elementów sprzętu. Kołnierze służą na ogół do tego samego celu co uszczelki, ale są one wykonane z metalu (i czasami są formowane bezpośrednio na końcu rury). Różne zaciski i wsporniki łączą elementy układu wydechowego i trzymają je w pojeździe, a wieszaki wydechowe dosłownie zawieszają rury pod spodem samochodu, z wystarczającą wytrzymałością, aby utrzymać je na miejscu, ale także na tyle elastyczną, aby wytrzymać ruchy spowodowane jazdą. I wreszcie osłony termiczne: metalowe (czasami izolowane) płyty, które służą jako dodatkowa bariera, gdy gorące części układu wydechowego znajdują się szczególnie blisko innej części samochodu lub bezpośrednio pod kabiną pasażerską.

Gdyby silnik działał idealnie, spalałby całe dostępne paliwo w trakcie cykli, zamieniając wszystkie brudne części w źródło energii. Jednak pozostałości istnieją jako zanieczyszczenia, ponieważ silnika po prostu nie można zaprojektować tak, aby działał idealnie - jest o wiele za dużo zmiennych. Pewna ilość paliwa zawsze pozostanie niespalona lub częściowo spalona, ​​a resztki te muszą zostać szybko usunięte z pojazdu w postaci spalin, aby zrobić miejsce na kolejny cykl spalania w silniku.

Jak wspomnieliśmy wcześniej, spaliny najpierw opuszczają silnik i wchodzą do układu przez kolektor wydechowy. Stamtąd przemieszcza się w dół systemu przez połączone ze sobą rury, aż do wyjścia przez rurę wydechową, w pobliżu tylnego zderzaka. Same rury faktycznie pomagają chłodzić wydech, ale w większości są one sposobem, w jaki wydech przemieszcza się do (i przez) katalizator i tłumik.

Kot musi znajdować się jak najbliżej silnika, ponieważ nie jest w pełni funkcjonalny, dopóki nie osiągnie temperatury roboczej. W wielu przypadkach producent umieszcza kota tuż za kolektorem, dzięki czemu ciepło z silnika pomaga kotu rozgrzać i szybko podgrzać do temp..

Po przejściu gazów przez kota, który spali się i usunie do 90 procent toksyn ze spalin, kolejnym priorytetem jest filtrowanie dźwięku silnika [źródło: Allen]. Tłumik i rezonator są zwykle umieszczone tuż za kotem. Istnieje wiele odmian tej kombinacji - niektóre uspokajają wydech tak bardzo, jak to możliwe, podczas gdy inne są specjalnie dostrojone do agresywnych tonów. Stamtąd układ wydechowy przepływa przez pozostałe rury, aż opuści samochód.

Przy tych wszystkich chemikaliach wirujących wokół, to nie lada wyczyn, że układ wydechowy działa tak dobrze, jak działa. Dobrze utrzymany układ wydechowy powinien wystarczyć na dwa do trzech lat, ale rury powodują uszkodzenia zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz. Na zewnątrz są podatne na warunki drogowe, takie jak uderzenia gruzu i czynniki środowiskowe, takie jak śnieg, lód i sól drogowa.

Jednak bardziej istotna przyczyna degradacji układu wydechowego jest wewnętrzna i nie można jej zobaczyć, dopóki rury nie skorodują rdzy. Wiemy, że gdy silnik spala paliwo, aby wytworzyć moc, produkty uboczne tego procesu pozostają - dlatego potrzebny jest układ wydechowy. Jednym z tych produktów ubocznych jest kwaśna wilgoć, która jest naprawdę szkodliwa dla metalu. Niestety, tak naprawdę nie ma sposobu, aby utrzymać wnętrze rur w czystości.

Kiedy rura wydechowa pęka lub poluzowuje się połączenie, następuje wyciek spalin. Wyciek jest prawie zawsze natychmiast widoczny z głośnym, nieprzyjemnym dźwiękiem i, być może, problemami z prowadzeniem, takimi jak sporadyczne wahania mocy. Ale wierz lub nie, to nie są prawdziwe problemy. Sytuacja staje się nieco poważniejsza, jeśli wyciek nastąpi przed katalizatorem, co oznacza, że ​​spaliny nie są odpowiednio przetwarzane, a wszystkie te gorące chemikalia rozlewają się wszędzie do atmosfery. Zawsze dobrze jest jak najszybciej naprawić nieszczelności, aby uniknąć narażania siebie, pasażerów i otoczenia na niefiltrowane spaliny.

Te chromowane końcówki wydechu tak naprawdę nikogo nie oszukają. Tomasz Pietryszek / Photodisc / Getty Images

Silniki wysokoprężne, często obwiniane za nieproporcjonalnie wysokie poziomy toksycznych emisji, mogą nieco uratować swoją reputację dzięki nowym i ulepszonym filtrom wydechowym, które deklarują zmniejszenie emisji o około 25 procent, z dodatkową korzyścią w postaci zwiększonej oszczędności paliwa. Kilku producentów samochodów z historią oferowania modeli z silnikiem Diesla wprowadziło podobne systemy, które łączą katalizatory o dużej mocy z filtrami cząstek stałych. Jednym z takich przykładów są turbodiesel Volkswagena BlueMotion (sprzedawany głównie w Europie i Ameryce Południowej) oraz diesle Mercedes BlueTec. W wielu przypadkach te komponenty OEM i modele samochodów wykorzystują redukcję masy i inne techniki usprawniające, aby poprawić ogólną wydajność.

Poprawiona wydajność wydechu ma kluczowe znaczenie dla maksymalnego wykorzystania możliwości samochodu, a są nawet sposoby na ulepszenie starszego samochodu (zakładając, że jest ogólnie w dobrym stanie - wydajny układ wydechowy nie zdziała cudów na całkowitym jalopie). Mechanik zwykle może zamówić identyczne oryginalne części zamienne, ale istnieją również alternatywy u dostawców części zamiennych o wysokiej wydajności, które często poddają samochód liftingowi (przynajmniej na tyle, na ile można wzmocnić podwozie samochodu). Istnieje kilka często wymienianych zalet wydajnych układów wydechowych. Producenci części zamiennych doskonale zdają sobie sprawę, że wrażenia słuchowe mają kluczowe znaczenie dla przyjemnej jazdy, a także informują pobliskich kierowców, że na samochód wydano również trochę dodatkowej monety. Większość producentów oferuje różnorodne systemy o różnym brzmieniu, od subtelnego gardłowego po wszechobecny ryk. Dobry, wydajny układ wydechowy na rynku wtórnym może poprawić reakcję przepustnicy (jak szybko i płynnie samochód reaguje na nacisk wywierany na pedał gazu) i zwiększyć moc. Niektóre systemy mogą nawet poprawić oszczędność paliwa. Wydajne wydechy są w stanie zapewnić ten wzrost mocy, ponieważ są mniej restrykcyjne niż wydechy standardowe. Jeśli silnik może wypchnąć więcej powietrza (co oznacza również, że może przyjąć więcej powietrza), pomaga silnikowi uzyskać większą moc. Ale w przeciwieństwie do tego, co mogłoby się wydawać, całkowicie płynny system przyniesie efekt przeciwny do zamierzonego. Nieoryginalne wydechy są zaprojektowane tak, aby zapewniać odpowiednią ilość przeciwciśnienia, tak aby silnik nie pracował z mocą poniżej szczytu. Dlatego ważne jest, aby wybrać taki, który został zaprojektowany i zoptymalizowany pod kątem konkretnego pojazdu. A zanim wyrwiesz rury wydechowe, upewnij się, że system, który chcesz, jest zgodny z prawem drogowym i nie spowoduje, że Twój samochód nie przejdzie testu emisji spalin.

Zrozum też, że prawdziwie wydajny układ wydechowy nie może zapewnić oszałamiających korzyści przy banalnej inwestycji. Uważaj na tanie produkty, takie jak mocowane na zatrzaski lub przykręcane „wydajne” elementy układu wydechowego lub końcówki układu wydechowego, które mają wyglądać jak układ o pełnej wydajności. Nie poprawią właściwości jezdnych samochodu, a nawet mogą mu przeszkodzić, dodając dodatkową masę i odporność na wiatr. A poza tym te krzykliwe wskazówki nikogo nie oszukają.

Powiązane artykuły

• Jak działają tłumiki
• Jak działają silniki samochodowe
• Jak działają katalizatory
• Jak działają silniki wysokoprężne
• Jak działają kolektory wydechowe, aby poprawić wydajność silnika?

Źródła

• Abuelsamid, Sam. „Bezużyteczne dodatki dotyczące osiągów samochodu”. Popularna mechanika. (29 stycznia 2012) http://www.popularmechanics.com/cars/how-to/products/performance-sapping-aftermarket-add-ons
• Allen, Mike. „Jak zainstalować układ wydechowy Cat-back”. Popularna mechanika. 18 grudnia 2009. (29 stycznia 2012) http://www.popularmechanics.com/cars/how-to/maintenance/4270747
• Dow Automotive Systems. „Motoryzacja - redukcja emisji spalin”. (29 stycznia 2012) http://www.dowautomotive.com/capabilities/industry/automotive/reducing.htm
• Flowmaster. „Wydajne układy wydechowe”. 2011. (29 stycznia 2012) http://www.flowmastermufflers.com/index.php?cat=2
• Biuro Źródeł Mobilnych Amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska. „Emisje samochodowe - przegląd”. Sierpień 1994. (29 stycznia 2012) http://www.epa.gov/otaq/consumer/05-autos.pdf
• Wydech Walkera. „Walker Exhaust 101”. (29 stycznia 2012) http://www.walkerexhaust.com/support/exhaust101/componentsAndDesign.asp