Utgasystem arbete för att omvandla dessa farliga giftiga avgaser till något mindre farligt innan de släpps ut i atmosfären. I de flesta bilar finns en katalysator som innehåller ädla metaller som platina, palladium och rhodium. Dessa material hjälper till att omvandla kolmonoxid till vanlig koldioxid samtidigt som återstående bränslerester omvandlas till vattenånga samt mer CO₂. De nyare modellerna på vägarna idag minskar faktiskt föroreningar med cirka 90 procent, vilket är ganska imponerande om man tänker på regleringar som Euro 6-standarderna. Bilproducenter hade ingen annan möjlighet än att utveckla dessa komplexa flerstegskatalysatorer när regeringarna började införa strikta utsläppsbegränsningar. Och låt oss inte glömma vad som händer om någon försummar sin bils underhållsschema. Studier visar att dåligt underhåll kan minska effektiviteten hos dessa katalysatorer med nästan hälften, vilket innebär att mer föroreningar släpps ut i luften och att förare riskerar böter om de inte klarar utsläppstester.
Systemet spelar en avgörande roll för att hålla dödlig kolmonoxid borta från passagerarutrymmet. Avgasfördelare blir extremt heta – ibland över 1 400 grader Fahrenheit eller cirka 760 grader Celsius – så de måste leda bort all den värmen från delar som annars kan skadas. Där kommer värmesköldarna in i bilden. De reflekterar tillbaka den intensiva strålningen för att skydda viktiga komponenter, såsom bränselledningar, elektriska kablar och olika material under fordonet. Också placeringen av avgasrören är avgörande. När de är korrekt monterade leder de avgaserna nedåt och bakåt istället för att tränga in i passagerarutrymmet. Denna konstruktion håller kolmonoxidnivåerna i passagerarutrymmet under 0,1 procent, vilket ligger långt under den farliga nivån på 1,28 procent som fastställs i de industriella säkerhetsstandarder som alla följer.
Syensorserna som finns i de flesta bilar idag sitter både före och efter katalysatorn och övervakar ständigt vad som sker i avgassystemet. Dessa sensorer skickar information till bilens datorhjärna, som vi förkortar till ECU. Baserat på denna återkoppling justerar ECU hur mycket luft och bränsle som blandas ihop i motorn. Den ideala blandningen uppstår när det finns cirka 14,7 delar luft per 1 del bränsle. När allt fungerar korrekt kan bilar med bra syensorser spara cirka 15 % på bränsleförbrukningen jämfört med fordon där dessa sensorer börjat försämras med tiden. Och det handlar inte bara om att spara pengar vid tankstationen. Att hålla luft-bränsle-blandningen exakt innebär att färre skadliga gaser släpps ut från motorn. Detta gör en stor skillnad särskilt för dieselmotorer, eftersom det förhindrar sotavlagring i de dyrbara partikelfilterna, vilket betyder att de håller längre mellan utbyten.
Sättet som avgasflödet fungerar på har en stor inverkan på hur motorer presterar, främst på grund av tre sammankopplade faktorer. För det första är det backtrycket, vilket i grund och botten innebär vad som händer när avgaserna möter motstånd. Om det finns för mycket begränsning här kan det minska den volymetriska verkningsgraden med cirka 15 %. Detta lämnar förbränningsgaser kvar i cylindrarna, vilket stör den nya bränsleblandningen som ska komma in. Å andra sidan utnyttjar en teknik som kallas pulssköljning faktiskt tryckvågorna från avgasen för att dra in mer luft och bränsle i cylindrarna. När denna teknik är korrekt inställd kan den öka cylinderns fyllnadsgrad med cirka 8–12 %. Även hastigheten på vilken avgasen rör sig spelar roll. Rör som är för stora saktar ner gasflödet, vilket skadar vridmomentet vid lägre varvtal. Men om rören är för smala blockerar de istället effekten vid högre varvtal. Därför föredrar många prestationsverkstäder mandrelböjda rör för sina avgassystem. Dessa rör behåller en konstant innerdiameter även genom böjningarna, så att mindre turbulens uppstår när gaserna rör sig genom dem. Enbart denna minskning av turbulensen kan spara mellan 3 och 5 procent i effektförlust.
När det gäller prestandaoptimering har varje större komponent sin egen uppgift. Ta till exempel utloppsrör (headers) – de ersätter i princip de begränsande gjutjärnsutloppskollektorerna med rör av samma längd. Detta bidrar till något som kallas pulstömning (pulse scavenging). Utloppsrör med långa rör ger vanligtvis cirka 10–15 procent bättre vridmoment vid låga varvtal, medan utloppsrör med korta rör är avsedda att ge maximal effekt vid högre varvtal. För turboförbränningsmotorer styr nedrör (downpipes) vad som sker efter turbinen. De bästa nedrören minskar återtrycket med cirka 20–30 procent, vilket innebär mindre turbolås vid acceleration. Katalysatorer är dock lite knepiga. Fabriksmonterade katalysatorer begränsar luftflödet avsevärt, men det finns högpresterande alternativ med metallbaserade substrat som fortfarande uppfyller över 95 procent av utsläppskraven samtidigt som de tillåter 35 procent lättare luftflöde. Att montera ihop alla dessa komponenter på rätt sätt kan öka effekten med cirka 5–10 procent utan att skada någon del eller misslyckas vid utsläppstester, även om resultaten varierar beroende på hur väl allt samspelar.
Det moderna avgassystemet fungerar enligt en specifik ordning av operationer. Det börjar med avgasmanifolden, eller ibland vad som kallas en integrerad turbinhusning vid turboanordningar, där denna del samlar in alla de heta förbränningsgaserna som kommer ut från motorcylindrarna. Det viktigaste här är hur väl den hanterar extrema temperaturer, ofta över 1400 grader Fahrenheit, samtidigt som den håller mottrycket lågt – eftersom för mycket motstånd kan påverka motorprestandan negativt, kanske till och med minska effektiviteten med cirka 15 procent. Efter att ha lämnat manifoldområdet passerar dessa gaser genom några rör innan de når katalysatorn, där de rensas för att uppfylla kraven på utsläppskontroll. Därefter passerar de genom ljuddämparen, som gör precis vad vi förväntar oss – minskar bullernivån. Slutligen expelleras allt genom avgasröret i fordonets baksida.
Att välja material innebär alltid att göra svåra val mellan vad som fungerar bäst och vad som passar budgeten. Gjutjärn är utmärkt för att bibehålla stabilitet vid temperaturförändringar, men det lägger definitivt på extra vikt. Rostfritt stål? Ja, det motverkar rost bättre, hanterar värme mycket bättre och har längre livslängd totalt sett, men kunderna betalar en premiumpris för dessa egenskaper. Idag väljer många prestandaorienterade installationer rörräckor där längderna specifikt anpassats både akustiskt och termiskt för att uppnå maximal pulsavskiljningseffekt. Nackdelen? Tunnväggiga versioner tenderar att spricka efter för många cykler av uppvärmning och svalning. Värmespärrbeläggningar hjälper till att hålla motorrummet svalare under drift, vilket är utmärkt nyheter för närliggande komponenter. Tillverkarna ser dock vanligtvis sina produktionskostnader öka med cirka 30 % på grund av dessa beläggningar. När det gäller turboackomprimerade motorer använder ingenjörer specifikt nickel-legerade integrerade insamlingsrör som kan hantera avgastemperaturer upp till 1800 grader Fahrenheit. Detta konstruktionsval eliminerar alla dessa irriterande flänsanslutningar samtidigt som det skapar en slät väg för avgaserna att färdas från förbränningskammaren direkt till turbinen.
EN