Sisteme de evacuare lucrare pentru a transforma acele gaze toxice periculoase în ceva mai puțin periculos înainte ca ele să fie eliberate în atmosferă. În interiorul majorității autovehiculelor se află un convertor catalitic încărcat cu metale prețioase, cum ar fi platină, paladiu și rodium. Aceste materiale ajută la transformarea monoxidului de carbon în dioxid de carbon obișnuit, în timp ce transformă resturile de combustibil neard în vapori de apă și în plus, în CO₂ suplimentar. Modelele mai noi aflate astăzi pe drumuri reduc de fapt poluanții cu aproximativ 90%, ceea ce este destul de impresionant dacă luăm în considerare reglementări precum standardele Euro 6. Producătorii de autovehicule nu au avut altă opțiune decât să dezvolte acești convertori complecși, cu mai multe etape, odată ce guvernele au început să impună aceste limite stricte privind emisii. Și să nu uităm ce se întâmplă dacă cineva neglijează programul de întreținere al autovehiculului său. Studiile arată că o întreținere deficitară poate reduce eficiența acestor convertori cu aproape jumătate, ceea ce înseamnă că în aerul nostru ajung mai mulți poluanți și că șoferii care nu trec testele de emisii riscă sancțiuni financiare.
Sistemul joacă un rol esențial în menținerea monoxidului de carbon, care este mortal, în afara habitaculului. Colectoarele de evacuare funcționează la temperaturi extrem de ridicate — uneori peste 1.400 de grade Fahrenheit sau aproximativ 760 de grade Celsius — astfel încât trebuie să elimine întreaga căldură de lângă componentele care ar putea fi deteriorate. Aici intervin plăcile de protecție termică. Acestea reflectă radiația intensă pentru a proteja elemente importante, cum ar fi conductele de combustibil, cablurile electrice și diversele materiale situate sub vehicul. Poziționarea țevilor de evacuare este, de asemenea, esențială. Atunci când sunt amplasate corect, gazele de evacuare sunt direcționate în jos și înapoi, nu pătrund în spațiul pasagerilor. Această configurație menține nivelul de monoxid de carbon din interiorul habitaculului sub 0,1 %, cu mult sub nivelul periculos de 1,28 % stabilit de standardele industriale de siguranță pe care toată lumea le respectă.
Senzorii de oxigen din majoritatea autovehiculelor actuale sunt amplasați atât înainte, cât și după convertorul catalitic, verificând în mod constant ceea ce se întâmplă în interiorul sistemului de evacuare. Acești senzori transmit informații înapoi la unitatea centrală de comandă a vehiculului, pe care o numim prescurtat ECU. În funcție de aceste date de feedback, ECU reglează cantitatea de aer și combustibil care se amestecă în motor. Amestecul ideal se obține atunci când există aproximativ 14,7 părți de aer la 1 parte de combustibil. Atunci când totul funcționează corect, autovehiculele cu senzori de oxigen buni pot economisi, de fapt, aproximativ 15% din consumul de combustibil comparativ cu vehiculele ale căror senzori au început să cedeze în timp. Și nu este vorba doar de economisirea de bani la pompa de combustibil. Menținerea unei proporții exacte aer-combustibil înseamnă că o cantitate mai mică de gaze nocive părăsește motorul. Acest lucru face o diferență semnificativă în special pentru motoarele diesel, deoarece previne depunerea de funingine în filtrele de particule costisitoare, astfel încât acestea durează mai mult între înlocuiri.
Modul în care funcționează fluxul gazelor de evacuare are un impact semnificativ asupra performanței motoarelor, în principal din cauza a trei factori interconectați. În primul rând, avem presiunea inversă, care, în esență, se referă la ceea ce se întâmplă atunci când gazele de evacuare întâlnesc o rezistență. Dacă restricția este prea mare în acest punct, eficiența volumetrică poate scădea cu aproximativ 15%. Acest lucru duce la rămânerea unor gaze de ardere neevacuate în cilindri, ceea ce perturbă amestecul proaspăt de combustibil care pătrunde în aceștia. Pe de altă parte, un fenomen numit „curățare prin impuls” folosește, de fapt, undele de presiune generate de gazele de evacuare pentru a atrage mai mult aer și combustibil în cilindri. Atunci când este corect configurat, acest procedeu poate îmbunătăți umplerea cilindrilor cu aproximativ 8–12%. De asemenea, viteza cu care se deplasează gazele de evacuare este importantă. Țevile prea largi reduc viteza fluxului de gaze, ceea ce afectează cuplul la turații joase. În schimb, dacă țevile sunt prea înguste, ele limitează puterea la turații înalte. De aceea, mulți specialiști în performanță preferă țevi îndoită cu mandrină pentru sistemele lor de evacuare. Aceste țevi mențin un diametru interior constant chiar și în zonele de îndoire, astfel încât turbulența generată în timpul trecerii gazelor prin ele este redusă. Această reducere a turbulenței poate singură economisi între 3 și 5% din pierderea de putere.
Când vorbim despre afișarea performanței, fiecare componentă majoră are o anumită funcție de îndeplinit. Luați, de exemplu, colectoarele de evacuare: acestea înlocuiesc, în esență, colectoarele restrictive din font cu tuburi de aceeași lungime. Acest lucru contribuie la un fenomen numit „curățarea prin impuls”. Colectoarele de evacuare cu tuburi lungi oferă, în general, un cuplu la turații joase cu aproximativ 10–15% mai mare, în timp ce cele cu tuburi scurte sunt concepute pentru a obține puterea maximă la turații ridicate. În cazul motoarelor turboalimentate, conductele de evacuare (downpipes) controlează ceea ce se întâmplă după turbină. Cele de calitate superioară reduc presiunea inversă cu aproximativ 20–30%, ceea ce înseamnă o întârziere turbo mai mică în momentul accelerării. Convertizoarele catalitice sunt, totuși, destul de delicate. Cele montate de fabrică restricționează într-adevăr debitul de aer, dar există variante de înaltă performanță, realizate cu suporturi metalice, care respectă încă peste 95% dintre standardele de emisii, permițând în același timp trecerea aerului cu 35% mai ușoară. Asamblarea corectă a tuturor acestor componente poate crește puterea cu aproximativ 5–10%, fără a deteriora nicio piesă sau a eșua la testele de emisii, deși rezultatele pot varia în funcție de modul în care se integrează între ele toate elementele.
Sistemul modern de evacuare funcționează conform unei anumite succesiuni de operațiuni. Începând cu colectorul de evacuare sau, uneori, cu carcasă integrată de turbină, în cazul instalațiilor cu turbocompresor, această piesă colectează toate gazele fierbinți rezultate în urma arderii care provin din cilindrii motorului. Cel mai important aspect aici este modul în care suportă temperaturile extreme, adesea peste 1400 de grade Fahrenheit, menținând în același timp presiunea inversă la un nivel scăzut, deoarece o rezistență prea mare poate afecta în mod semnificativ performanța motorului, reducând eventual eficiența cu aproximativ 15 la sută. După părăsirea zonei colectorului, aceste gaze se deplasează prin intermediul unor conducte până ajung la convertizorul catalitic, unde sunt purificate pentru controlul emisiilor. De aici, gazele trec prin silențios, care își îndeplinește exact rolul așteptat – reducerea nivelului de zgomot. În final, totul este evacuat prin țeava de evacuare situată la partea posterioară a vehiculului.
Alegerea materialelor înseamnă întotdeauna luarea unor decizii dificile între ceea ce funcționează cel mai bine și ceea ce se încadrează în buget. Fonta este excelentă pentru menținerea stabilității în fața variațiilor de temperatură, dar adaugă cu siguranță greutate suplimentară. Oțelul inoxidabil? Ei bine, rezistă mai bine la coroziune, suportă mult mai bine căldura și are o durată de viață mai lungă în ansamblu, dar clienții plătesc un preț premium pentru aceste calități. În prezent, multe configurații de performanță folosesc colectoare tubulare ale căror lungimi au fost ajustate special, atât din punct de vedere acustic, cât și termic, pentru a obține efecte maxime de evacuare prin puls. Dezavantajul? Variantele din tablă subțire tind să se crăpe după prea multe cicluri de încălzire și răcire. Învelișurile termoizolante ajută la menținerea temperaturii mai scăzute în compartimentul motorului în timpul funcționării, ceea ce reprezintă o veste excelentă pentru componentele din apropiere. Totuși, producătorii observă, de obicei, o creștere a cheltuielilor de producție cu aproximativ 30% datorită acestor învelișuri. În cazul motoarelor turboalimentate, inginerii recurg la colectoare integrate din aliaje de nichel, capabile să suporte temperaturi ale gazelor de eșapament de până la 1800 de grade Fahrenheit. Această soluție de proiectare elimină toate acele conexiuni nesigure prin flanșe și creează o cale netedă pentru gazele de eșapament, de la camera de ardere până la turbină.
EN