سیستمهای عادم کاری که این گازهای سمی و خطرناک را پیش از خروج به جو، به مواد کمخطرتری تبدیل میکند. در اکثر خودروها، یک کاتالیزور (مبدل کاتالیستی) نصب شده است که حاوی فلزات گرانبها مانند پلاتین، پالادیوم و رودیوم است. این مواد به تبدیل مونوکسید کربن به دیاکسید کربن معمولی کمک میکنند و همچنین ذرات سوخت باقیمانده را به بخار آب و دیاکسید کربن اضافی تبدیل میسازند. مدلهای جدیدتر خودروهای امروزی در واقع آلایندهها را حدود ۹۰ درصد کاهش میدهند که این رقم، در مقایسه با استانداردهایی مانند یورو ۶، بسیار قابل توجه است. تولیدکنندگان خودرو مجبور شدند پس از اعمال محدودیتهای سختگیرانهی دولتی بر روی انتشار آلایندهها، این مبدلهای پیچیده و چندمرحلهای را توسعه دهند. و البته نباید فراموش کرد که در صورت عدم رعایت برنامهی نگهداری منظم خودرو چه اتفاقی میافتد: مطالعات نشان میدهند که نگهداری نامناسب میتواند کارایی این مبدلها را تقریباً به نصف کاهش دهد؛ یعنی آلایندههای بیشتری به هوا وارد میشوند و رانندگانی که در آزمونهای انتشار آلایندهها شکست میخورند، ممکن است با جریمههایی مواجه شوند.
این سیستم نقش حیاتی در جلوگیری از ورود مونوکسید کربن کشنده به فضای کابین ایفا میکند. منیفولدهای خروجی بسیار داغ میشوند — گاهی اوقات بیش از ۱۴۰۰ درجه فارنهایت یا حدود ۷۶۰ درجه سانتیگراد — بنابراین لازم است تمام این گرما از قطعاتی که ممکن است آسیب ببینند، دور شود. در اینجا پوششهای حرارتی (Heat Shields) به کار میآیند. این پوششها تابش شدید گرمایی را بازتاب میدهند تا اجزای مهمی مانند لولههای سوخت، سیمهای برق و مواد مختلف زیر خودرو را محافظت کنند. نحوه قرارگیری لولههای خروجی نیز اهمیت دارد. هنگامی که بهدرستی نصب شدهاند، گازهای خروجی به سمت پایین و عقب هدایت میشوند، نه اینکه به فضای سرنشینان نفوذ کنند. این تنظیمات سطح مونوکسید کربن داخل کابین را در حد کمتر از ۰٫۱ درصد نگه میدارد که بسیار پایینتر از سطح خطرناک ۱٫۲۸ درصد تعیینشده توسط استانداردهای ایمنی صنعتی است که همهی افراد از آن پیروی میکنند.
سنسورهای اکسیژن موجود در اکثر خودروهای امروزی، هم پیش از کاتالیست و هم پس از آن نصب شدهاند و بهطور مداوم وضعیت داخل سیستم عادیسازی (اسپرت) را بررسی میکنند. وظیفه این سنسورها ارسال اطلاعات به «مغز رایانهای» خودرو — که بهاختصار ECU نامیده میشود — است. بر اساس این بازخورد، ECU میزان هوای تزریقشده به موتور و سوخت مصرفی را تنظیم میکند. نسبت ایدهآل هوای ترکیبشده با سوخت، حدود ۱۴٫۷ قسمت هوای خالص به ۱ قسمت سوخت است. وقتی همه چیز بهدرستی کار میکند، خودروهایی که سنسورهای اکسیژن سالمی دارند، میتوانند تا حدود ۱۵٪ در مصرف سوخت نسبت به خودروهایی که این سنسورها بهمرور زمان دچار خرابی شدهاند، صرفهجویی کنند. اما این موضوع فقط محدود به صرفهجویی در هزینه سوخت نمیشود. حفظ دقیق بودن نسبت هوای ترکیبشده با سوخت به معنای کاهش گازهای مضر خروجی از موتور است. این امر بهویژه برای موتورهای دیزل اهمیت فراوانی دارد، زیرا از تشکیل دوده در فیلترهای ذرات (Particulate Filters) گرانقیمت جلوگیری میکند و عمر این فیلترها را بین تعویضهای متوالی افزایش میدهد.
روش جریان گازهای خروجی تأثیر بزرگی بر عملکرد موتورها دارد، عمدتاً به دلیل سه عامل مرتبط با هم. اولین عامل فشار معکوس (بکپرشر) است که در واقع به مقاومتی اشاره دارد که گازهای خروجی با آن روبهرو میشوند. اگر این مقاومت بیش از حد باشد، بازده حجمی موتور تقریباً ۱۵ درصد کاهش مییابد. این امر منجر به باقیماندن گازهای احتراقی باقیمانده در سیلندرها میشود که ورود مخلوط تازه سوخت و هوا را مختل میکند. از سوی دیگر، پدیدهای به نام «پاکسازی پالسی» (Pulse Scavenging) از امواج فشار گازهای خروجی برای جذب هوای بیشتر و سوخت بیشتر به داخل سیلندرها استفاده میکند. اگر این روش بهدرستی تنظیم شود، میتواند پر شدن سیلندرها را تا حدود ۸ تا ۱۲ درصد افزایش دهد. سرعت جریان گازهای خروجی نیز اهمیت دارد. لولههایی که قطر بیش از حد بزرگی دارند، جریان گاز را کند میکنند و این امر گشتاور را در دورهای پایین موتور کاهش میدهد. اما اگر لولهها قطر بیش از حد کوچکی داشته باشند، در دورهای بالاتر موتور، توان را محدود میکنند. به همین دلیل بسیاری از مراکز تخصصی ارتقاء عملکرد، از لولههای خمشده با روش مندل (Mandrel Bent Tubing) در سیستمهای خروجی خود استفاده میکنند. این لولهها حتی در قسمتهای خمیده نیز قطر داخلی ثابتی حفظ میکنند؛ بنابراین ایجاد آشفتگی در جریان گازها کاهش مییابد. این کاهش آشفتگی به تنهایی میتواند از ۳ تا ۵ درصد از افت توان (Horsepower Loss) جلوگیری کند.
هنگام صحبت دربارهٔ تنظیم عملکرد، هر بخش اصلی وظیفهٔ خاص خود را دارد. به عنوان مثال، سرآوردها (هدِرها) جای مانیفولدهای آهنی ریختهگریشدهٔ محدودکننده را با لولههایی با طول یکسان از هم میگیرند. این امر به پدیدهای به نام «پالس اسکاوِنجینگ» (پاکسازی پالسی) کمک میکند. سرآوردهای لولهبلند معمولاً حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد گشتاور بیشتری در محدودهٔ دورهای پایین ایجاد میکنند، در حالی که سرآوردهای لولهکوتاه برای دستیابی به حداکثر توان خروجی در دورهای بالاتر طراحی شدهاند. در موتورهای توربوشارژ، لولههای خروجی (دانپایپها) کنترلکنندهٔ آنچه پس از توربین رخ میدهد هستند. نمونههای خوب این لولهها فشار معکوس را حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد کاهش میدهند؛ بنابراین هنگام شتابگیری، تأخیر توربو (توربو لاگ) کمتر میشود. اما مبدلهای کاتالیستی کمی پیچیدهتر هستند: مدلهای نصبشده در کارخانه واقعاً جریان هوا را محدود میکنند، اما گزینههای باکیفیت بالا با زیرلایههای فلزی وجود دارند که همچنان بیش از ۹۵ درصد استانداردهای آلایندگی را رعایت میکنند و در عین حال جریان هوا را ۳۵ درصد راحتتر میسازند. نصب صحیح تمام این قطعات میتواند توان خروجی را بدون آسیبرساندن به سیستم یا عدم موفقیت در آزمونهای آلایندگی، حدود ۵ تا ۱۰ درصد افزایش دهد؛ البته نتایج بسته به نحوهٔ تطبیق و هماهنگی کلیهٔ این اجزا با یکدیگر متفاوت خواهد بود.
سیستم اگزوز مدرن بر اساس ترتیب مشخصی از عملیات کار میکند. این فرآیند از منیفولد اگزوز آغاز میشود، یا گاهی اوقات آن را «پوسته توربین یکپارچه» نیز مینامند — بهویژه در سیستمهای توربوشارژر — که وظیفه جمعآوری تمام گازهای داغ احتراقی خروجی از سیلندرهای موتور را بر عهده دارد. مهمترین نکته در این بخش، مقاومت این قطعه در برابر گرمای شدید است که اغلب از ۱۴۰۰ درجه فارنهایت (معادل حدود ۷۶۰ درجه سانتیگراد) بیشتر میشود، در عین حال فشار معکوس (back pressure) را در حداقل ممکن نگه میدارد؛ زیرا افزایش بیش از حد این فشار میتواند عملکرد موتور را بهطور قابلتوجهی تحت تأثیر قرار دهد و شاید باعث کاهش بازدهی تا حدود ۱۵ درصد شود. پس از عبور از ناحیه منیفولد، این گازها از طریق لولههایی جریان یافته و به کاتالیست کنverter میرسند که در آنجا برای کنترل انتشار آلایندهها پاکسازی میشوند. سپس گازها وارد سیلنسِر (مُفلر) میشوند که دقیقاً همان کاری را انجام میدهد که انتظار داریم: کاهش سطح صدا. در نهایت، تمام این گازها از طریق لوله اگزوز (تايلپایپ) در انتهای عقب خودرو خارج میشوند.
انتخاب مواد همیشه به معنای انجام انتخابهای دشوار بین آنچه بهترین عملکرد را دارد و آنچه با بودجهی موجود سازگار است، میباشد. چدن برای حفظ پایداری در برابر تغییرات دما عالی است، اما قطعاً وزن اضافی قابل توجهی به سیستم اضافه میکند. فولاد ضدزنگ؟ خب، این ماده مقاومت بهتری در برابر زنگزدگی دارد، تحمل حرارتی بالاتری دارد و عمر کلی طولانیتری نیز دارد؛ اما مصرفکنندگان برای این ویژگیها قیمتی بسیار بالاتر پرداخت میکنند. امروزه بسیاری از سیستمهای پرفورمنس، از سرآغازهای لولهای (توبولار) استفاده میکنند که طولهای آنها بهصورت ویژهای از نظر صوتی و حرارتی تنظیم شدهاند تا بیشترین اثر پالس اسکاوِنجینگ (پاکسازی پالسی) را به دست آورند. نقطه ضعف این روش چیست؟ نسخههای با ضخامت کم (تیوبلر با ضخامت کم) پس از تعداد زیادی چرخه گرمشدن و سردشدن تمایل به ترک خوردن دارند. پوششهای عایق حرارتی به کاهش دمای محفظهی موتور در حین کار کمک میکنند که این امر برای اجزای مجاور بسیار مفید است. با این حال، تولیدکنندگان معمولاً هزینههای تولید خود را بهدلیل استفاده از این پوششها حدود ۳۰ درصد افزایش میدهند. در مورد موتورهای توربوشارژر، مهندسان از منیفلدهای یکپارچهی آلیاژ نیکل استفاده میکنند که قادر به تحمل دمای گازهای خروجی تا ۱۸۰۰ درجه فارنهایت هستند. این انتخاب طراحی، تمامی اتصالات فلنجی مزاحم را حذف کرده و مسیری هموار برای عبور گازهای خروجی از محفظه احتراق تا توربین فراهم میکند.
EN