Izpuhne sisteme delo, da se te nevarne strupene izpušne plinove pretvorijo v manj nevarne, preden zapustijo atmosfero. V večini avtomobilov je nameščen katalizator, napolnjen z dragocenimi kovinami, kot so platina, paladij in rodij. Te snovi pomagajo spremeniti ogljikov monoksid v običajni ogljikov dioksid, hkrati pa ostanki goriva pretvorijo v vodno paro in dodatni CO2. Novi modeli na cestah danes zmanjšajo emisije onesnaževalcev za približno 90 odstotkov, kar je precej impresivno, če upoštevamo predpise, kot so standardi Euro 6. Proizvajalci avtomobilov niso imeli druge izbire kot razviti te zapletene večstopenjske katalizatorje, ko so vlade začele uveljavljati stroge emisijske omejitve. In ne pozabimo, kaj se zgodi, če nekdo prezre vzdrževalni grafik svojega avtomobila. Študije kažejo, da slabo vzdrževanje lahko zmanjša učinkovitost teh katalizatorjev za skoraj polovico, kar pomeni več onesnaževanja zraka in morebitne kazni za voznike, ki ne uspejo pri emisijskih preskusih.
Sistem igra ključno vlogo pri preprečevanju vdora smrtno nevarnega ogljikovega monoksida v kabino. Izpušne kolektorje segreje do izredno visokih temperatur – včasih več kot 1.400 stopinj Fahrenheita oziroma približno 760 stopinj Celzija – zato morajo to toploto odvesti od delov, ki bi se sicer lahko poškodovali. To naredijo toplotni ščiti. Odbijajo intenzivno toplotno sevanje, s čimer zaščitijo pomembne komponente, kot so gorilne cevi, električni kabelski sistemi in različni materiali pod vozilom. Pomembna je tudi postavitev izpušnih cevi. Če so pravilno nameščene, izpušni plini potekajo navzdol in nazaj, namesto da bi se vsrkali v prostor za potnike. Ta konfiguracija zagotavlja, da ostane koncentracija ogljikovega monoksida v kabini pod 0,1 odstotka, kar je znatno manj kot nevarna meja 1,28 odstotka, določena v industrijskih varnostnih standardih, ki jih vsi upoštevajo.
Kisikovi senzorji, ki se nahajajo v večini današnjih avtomobilov, so nameščeni tako pred kot za katalizatorjem in neprestano spremljajo, kaj se dogaja znotraj izpušnega sistema. Njihova naloga je posredovati podatke nazaj v računalniški možgani avtomobila, ki jim pravimo ECU (elektronska nadzorna enota). Na podlagi teh povratnih informacij ECU prilagaja razmerje med zrakom in gorivom, ki se mešata v motorju. Idealno razmerje nastopi, ko je približno 14,7 delov zraka na 1 del goriva. Če vse deluje pravilno, lahko avtomobili z učinkovitimi kisikovimi senzorji prihranijo približno 15 % goriva v primerjavi z vozili, kjer so ti senzorji s časom začeli odpovedovati. In gre ne le za varčevanje z denarjem na črpalki. Natančno ohranjanje razmerja med zrakom in gorivom pomeni, da iz motorja izhaja manj škodljivih plinov. To je zlasti pomembno za dizelske motorje, saj preprečuje nabiranje saj v dragih filtrih za delce, kar pomeni, da ti filtri dlje trajajo med zamenjavami.
Na način, kako delujejo izpušne tokove, je velik vpliv na delovanje motorjev, predvsem zaradi treh povezanih dejavnikov. Prvi je nazadnji tlak, kar pomeni, kaj se zgodi, ko izpušni plini naletijo na upor. Če je omejitev prevelika, lahko volumetrično učinkovitost zniža za približno 15 %. To pusti ostankove izgorevalnih plinov v cilindrih, kar moti vnos sveže gorivne mešanice. Nasprotno pa pulse scavenging (pulsna čiščenja) dejansko uporablja tlakove valove izpušnih plinov, da potegne več zraka in goriva v cilindre. Če je ta tehnika pravilno nastavljena, lahko izpolnitev cilindrov poveča za približno 8 do 12 %. Pomembna je tudi hitrost, s katero se izpušni plini premikajo. Preveliki cevi zmanjšajo hitrost pretoka plinov, kar škoduje navoru pri nižjih vrtljajih. Če so cevi pa preozke, blokirajo moč pri višjih vrtljajih. Zato mnoge strokovne delavnice za izpušne sisteme raje uporabljajo cevi z mandrelno ukrivljenimi lokami. Te cevi ohranjajo stalno notranjo premer tudi pri ukrivljenih delih, kar povzroča manj turbulenc pri pretoku plinov skozi njih. Samo zmanjšanje turbulenc lahko samodejno zmanjša izgubo moči za 3 do 5 odstotkov.
Ko govorimo o nastavitvi zmogljivosti, ima vsak pomemben del svojo lastno nalogo. Vzemimo za primer izpušne glave: z njimi nadomestimo omejevalne litine železne kolektorje z cevmi enake dolžine. To pomaga pri tako imenovanem izčrpavanju impulzov. Izpušne glave z dolgimi cevmi običajno povečajo navor na nizkih vrtljajih za približno 10 do 15 odstotkov, medtem ko izpušne glave z kratkimi cevmi omogočajo doseči največjo moč pri višjih vrtljajih. Pri motorjih z nadzračevanjem nadzorujejo t.i. izpušne cevi (downpipes), kaj se zgodi po turbini. Dobri izpušni sistemi zmanjšajo protitlak za približno 20 do 30 odstotkov, kar pomeni manjšo zakasnitev turbine ob pospeševanju. Katalizatorji so pa nekoliko zapleteni. Tisti, ki so nameščeni v tovarni, resnično omejujejo pretok zraka, vendar obstajajo visoko zmogljivi modeli s kovinskimi nosilci, ki še vedno izpolnjujejo več kot 95 odstotkov emisijskih standardov, hkrati pa omogočajo pretok zraka za 35 odstotkov lažje. Pravilna namestitev vseh teh delov lahko poveča moč za približno 5 do 10 odstotkov brez poškodbe komponent ali spodletelih emisijskih preskusov, čeprav bodo rezultati različni glede na to, kako dobro se vsi deli med seboj ujemajo.
Sodobni izpušni sistem deluje v določenem zaporedju operacij. Začne se z izpušno kolektorjem ali, v primeru turbomotorjev, včasih tudi z integrirano turbinski hišico, ki zbere vse vroče izpušne pline, ki izhajajo iz motorjevih valjev. Ključnega pomena je, kako dobro ta del vzdrži ekstremne temperature, pogosto nad 1400 stopinj Fahrenheita, hkrati pa ohranja nizki protitlak, saj prevelik upor resno škoduje zmogljivosti motorja in lahko zmanjša učinkovitost za približno 15 odstotkov. Po zapustitvi območja kolektorja se ti plini premaknejo skozi nekaj cevi do katalizatorja, kjer se očistijo za nadzor emisij. Nato potujejo skozi glasovni dušilec, ki opravi natanko tisto, kar pričakujemo – zmanjša ravni hrupa. Končno se vse izpusti skozi končno izpušno cev na zadnjem delu vozila.
Izbira materialov pomeni vedno težke odločitve med tem, kar najbolje deluje, in tem, kar ustreza proračunu. Livena jeklena litina je odlična za ohranjanje stabilnosti ob spremembah temperature, vendar pa zagotovo dodatno poveča maso. Nerezno jeklo? No, bolje zdrži korozijo, učinkoviteje prenaša toploto in ima skupno daljšo življenjsko dobo, vendar ljudje za te lastnosti plačajo višjo ceno. V zadnjem času se pri mnogih visokoproduktivnih sistemih uporabljajo cevasti izpušni kolektorji, katerih dolžine so posebej prilagojene tako akustično kot termično, da se doseže največji učinek izpušnega pulznega izčrpavanja. Slaba stran? Različice s tankimi stenami se po preveč ciklih segrevanja in ohlajanja pogosto razpokajo. Toplotne zaščitne prevleke pomagajo ohranjati motorne prostore hladnejše med obratovanjem, kar je odlična novica za sosednje komponente. Proizvajalci pa zaradi teh prevlek običajno opazijo povečanje stroškov proizvodnje za približno 30 %. Pri turbozanjetih motorjih inženirji posebej uporabljajo integrirane izpušne kolektorje iz nikljeve zlitine, ki lahko zdržijo izpušne temperature do 1800 stopinj Fahrenheita. Ta način konstrukcije odpravi vse te naporne priključne flance ter ustvari gladko pot za izpušne pline od zgorevalne komore neposredno do turbine.
EN