Výfukové systémy práca na premenení tých nebezpečných toxických výfukových plynov na niečo menej nebezpečné, kým sa dostanú do atmosféry. Vo väčšine áut sa nachádza katalyzátor naplnený drahocennými kovmi, ako sú platina, paládium a rodium. Tieto materiály pomáhajú premieniť oxid uhoľnatý na bežný oxid uhličitý a zvyšky nespálenej palivovej zmesi na vodnú paru a ďalší oxid uhličitý. Novšie modely vozidiel na cestách dnes skutočne znížia emisie škodlivín približne o 90 percent, čo je pomerne pozoruhodné, ak sa pozrieme na predpisy ako napríklad normy Euro 6. Výrobcovia áut nemali inú možnosť, iba vyvinúť tieto zložité viacstupňové katalyzátory, keď začali vlády uplatňovať prísne limity emisií. A nezabudnime ani na to, čo sa stane, ak niekto zanedbá údržbový plán svojho auta. Štúdie ukazujú, že zlá údržba môže znížiť účinnosť týchto katalyzátorov takmer o polovicu, čo znamená, že do ovzdušia sa dostane viac znečisťujúcich látok a vodiči, ktorí neprejdú emisnými testami, hrozia pokuty.
Tento systém zohráva kľúčovú úlohu pri zabránení vniknutiu smrteľného oxidu uhličitého do kabíny. Výfukové kolektory dosahujú veľmi vysoké teploty – niekedy viac ako 1 400 °F (približne 760 °C), a preto je potrebné odviesť všetko toto teplo od komponentov, ktoré by mohli byť poškodené. Práve v tomto prípade sa ukazujú užitočné tepelné clony. Odrazujú intenzívne tepelné žiarenie, čím chránia dôležité komponenty, ako sú palivové potrubia, elektrické káble a rôzne materiály pod vozidlom. Dôležitá je aj poloha výfukových rúr. Ak sú správne umiestnené, výfukové plyny smerujú nadol a dozadu namiesto toho, aby sa dostávali do priestoru pre cestujúcich. Toto usporiadanie udržiava hladinu oxidu uhličitého v kabíne pod 0,1 %, čo je výrazne menej ako nebezpečná hranica 1,28 % stanovená priemyselnými bezpečnostnými normami, ktorým sa všetci riadia.
Kyslíkové senzory, ktoré sa dnes nachádzajú v väčšine áut, sú umiestnené pred aj za katalyzátorom a neustále monitorujú stav vo výfukovom systéme. Ich úlohou je posielať informácie späť do počítačového „mozgu“ auta, ktorý sa krátko označuje ako ECU (elektronická riadiaca jednotka). Na základe týchto údajov ECU upravuje pomer vzduchu a paliva premiešavaného v motore. Ideálny pomer nastáva pri približne 14,7 častiach vzduchu na 1 časť paliva. Keď všetko funguje správne, autá s funkčnými kyslíkovými senzormi môžu ušetriť až približne 15 % paliva v porovnaní s vozidlami, kde tieto senzory postupne prestali správne fungovať. A ide tu nielen o úsporu peňazí na čerpacej stanici. Presné udržiavanie pomeru vzduchu a paliva znamená, že z motora uniká menej škodlivých plynov. To má obzvlášť veľký význam pre dieselové motory, pretože bráni usadzovaniu sa sadzí v drahých filtroch jemných častíc, čím sa predlžuje ich životnosť medzi výmenami.
Spôsob, akým sa výfukové plyny pohybujú, má veľký vplyv na výkon motora, najmä z dôvodu troch navzájom prepojených faktorov. Prvým z nich je spätný tlak, čo v podstate znamená, čo sa deje, keď sa výfukové plyny stretávajú s odporom. Ak je tu príliš veľké obmedzenie, objemová účinnosť môže klesnúť približne o 15 %. To spôsobuje, že v valcoch zostávajú zvyšné produkty spaľovania, čo negatívne ovplyvňuje prísun novej palivovej zmesi. Na druhej strane sa technika nazývaná pulzné vyfukovanie (pulse scavenging) využíva tieto tlakové vlny zo výfuku na nasávanie väčšieho množstva vzduchu a paliva do valcov. Ak je táto technika správne nastavená, môže zvýšiť naplnenie valcov približne o 8 až 12 %. Dôležitá je aj rýchlosť pohybu výfukových plynov. Príliš veľké potrubia spomaľujú tok plynov, čo zníži krútiaci moment pri nižších otáčkach motora. Ak sú však potrubia príliš malé, obmedzujú výkon v oblasti vyšších otáčok. Preto mnoho špecializovaných dielní pre výkonové úpravy uprednostňuje potrubia ohnuté pomocou mandrelu (mandrel bent tubing) pre svoje výfukové systémy. Tieto potrubia zachovávajú stály vnútorný priemer aj v miestach ohybov, čím sa pri prechode plynov vytvára menej turbulencie. Samotné zníženie turbulencie môže ušetriť medzi 3 a 5 percentami straty výkonu (konzumovanej energie).
Keď hovoríme o ladení výkonu, každá hlavná súčiastka má svoju vlastnú úlohu. Vezmime si napríklad výfukové kolektory – tieto v podstate nahrádzajú obmedzujúce liatohlinové kolektory rúrkami rovnakej dĺžky. To pomáha pri tzv. pulznej extrakcii. Kolektory s dlhými rúrkami zvyčajne zvyšujú krútiaci moment na nízkych otáčkach približne o 10 až 15 percent, zatiaľ čo kolektory so skratkami sú navrhnuté tak, aby poskytovali maximálny výkon pri vyšších otáčkach motora. U motorov s turbodúchom riadia výfukové potrubia to, čo sa deje za turbínou. Dobré výfukové potrubia znížia spätný tlak približne o 20 až 30 percent, čo znamená menšie oneskorenie turbodúchu pri zrýchľovaní. Katalyzátory sú však trochu zložitejšie. Originálne katalyzátory výrazne obmedzujú prietok vzduchu, avšak existujú vysokovýkonné alternatívy s kovovým nosičom, ktoré stále spĺňajú viac ako 95 percent emisných noriem a zároveň umožňujú prietok vzduchu o 35 percent ľahší. Správnym spojením všetkých týchto súčiastok je možné zvýšiť výkon približne o 5 až 10 percent bez poškodenia komponentov ani porušenia emisných noriem, hoci výsledky sa môžu líšiť v závislosti od toho, ako dobre sa všetky súčiastky navzájom dopĺňajú.
Moderný výfukový systém funguje podľa špecifického postupu operácií. Začínajúc od výfukového kolektora, alebo niekedy aj integrovanej turbínovej skrinky v prípade turbo nastavení, táto súčasť zhromažďuje všetky horúce spaľovacie plyny vychádzajúce z valcov motora. Najdôležitejšie je tu, ako dobre vydrží extrémne vysoké teploty, často nad 1400 stupňov Fahrenheita, pričom zároveň udržiava nízky spätný tlak, pretože príliš veľký odpor môže výrazne poškodiť výkon motora – možno až znížiť účinnosť približne o 15 percent. Po opustení oblasti kolektora sa tieto plyny presúvajú cez niekoľko potrubí, kým nedosiahnu katalyzátor, kde sa čistia za účelom kontroly emisií. Následne prechádzajú cez výfukový tlmič, ktorý robí presne to, čo od neho očakávame – zníži úroveň hluku. Nakoniec sa všetko vypúšťa cez výfukovú rúru na zadnom konci vozidla.
Výber materiálov vždy znamená ťažké rozhodovanie medzi tým, čo funguje najlepšie, a tým, čo sa zmestí do rozpočtu. Liatina je vynikajúca pri udržiavaní stability pri teplotných zmenách, avšak určite pridáva navyše na hmotnosti. Nerezová oceľ? No, lepšie odoláva korózii, lepšie vydržiava teplo a celkovo má dlhšiu životnosť, no za tieto vlastnosti spotrebitelia zaplatia prémiovú cenu. V súčasnosti sa mnoho výkonnostných nastavení orientuje na rúrkové kolektory, ktorých dĺžky boli špeciálne upravené nielen akusticky, ale aj tepelne, aby sa dosiahli maximálne efekty odvádzania tlakových vĺn. Nevýhodou je, že verzie z tenkejšieho plechu majú tendenciu prasknúť po príliš mnohých cykloch zahrievania a ochladzovania. Tepelne izolačné povlaky pomáhajú udržiavať motorový priestor chladnejší počas prevádzky, čo je skvelá správa pre susedné komponenty. Výrobcovia však zvyčajne zaznamenajú nárast výrobných nákladov približne o 30 % kvôli týmto povlakom. Pri turbovalcových motroch sa inžinieri konkrétne obracajú na integrované kolektory z niklových zliatin, ktoré vydržia výfukové teploty až 1800 stupňov Fahrenheita. Tento konštrukčný výber odstraňuje všetky tieto otravné prírubové spojenia a zároveň vytvára hladkú cestu pre výfukové plyny, aby sa mohli pohybovať priamo z spaľovacej komory až po turbínové koleso.
EN