Ang pagkuha ng pinakamahusay na resulta mula sa isang sistema ng exhaus ay nangangahulugan ng pagbabalanse ng tatlong pangunahing kadahilanan na madalas na sumasalungat sa isa't isa. Para sa mabuting kahusayan ng daloy, kailangan nating panatilihin ang mababang backpressure sa pamamagitan ng paggamit ng mga makinis na baluktot at ng mga tubo na may tamang sukat. Kapag sobra ang paghihigpit, bumababa ang kapangyarihan ng mga 3 hanggang 5% sa bawat karagdagang pound per square inch (ito ay batay sa pananaliksik ng SAE noong 2022). Mayroon ding isyu sa init. Ang temperatura ng exhaus ay maaaring umabot sa higit sa 1,200 degrees Fahrenheit (humigit-kumulang 650 Celsius), kaya kinakailangan ng mga tagagawa na gamitin ang mga materyales tulad ng 409 stainless steel at ilagay ang mga angkop na heat shield upang maiwasan ang pinsala sa mga bahagi na nasa malapit. Isa pa ring problema ang espasyo. Ang mga modernong kotse ngayon ay may napakapiit na engine compartment, na nagpapahirap sa tamang pagkakalagay ng mga collector at sa wastong pagpasok ng muffler. At kung may kagustuhan pa ang isang tao sa forced induction? Idinadagdag nito ang higit pang mga problema dahil kailangan na nilang maisama ang mga turbine housing nang hindi nawawala ang ground clearance sa ibang bahagi ng sasakyan.
Ang karamihan sa mga tagagawa ng kotse ay nananatiling gumagamit ng mga manifold na gawa sa cast iron kapag nagmamanupaktura ng mga kotse sa malaking dami dahil mas mainam nilang kontrolin ang ingay at pagvivibrate kaysa sa iba pang opsyon. Bukod dito, ang mga manifold na ito ay may built-in na mga puwesto para sa catalytic converters at nakakatipid ng 40 hanggang 60 porsyento kumpara sa mga header. Ang hugis ng mga runner nito ay tumutulong na dagdagan ang torque sa mas mababang RPM, na lubhang mahalaga para sa karaniwang pagmamaneho sa kalsada. Ang mga entusyasto sa performance ay madalas pumipili ng tubular headers. Ang mga header na ito ay gumagana nang iba—nililikha nila ang isang uri ng vacuum effect sa pamamagitan ng kanilang mga tubo upang mas mabilis na alisin ang mga gas ng exhaust, na nagbibigay ng humigit-kumulang 6 hanggang 8 porsyento na dagdag na lakas sa gitnang saklaw ayon sa mga kamakailang pag-aaral. Ngunit may kapulutan ito. Ang mga header ay nagpapahintulot ng mas maraming init na lumabas, kaya kailangan ng dagdag na pagpapalamig. Maaari rin silang magdulot ng problema sa pagsusuri ng emissions maliban kung ang mga oxygen sensor ay naka-install nang tama. Para sa mga taong may mas mahigpit na badyet, ang mga shorty header ay maaari pa ring magbigay ng ilang pagpapabuti nang hindi kailangang baguhin ang posisyon ng lahat ng bahagi sa engine.
Upang malaman kung anong uri ng daloy ng usok ang pinakamainam, tinitingnan ng mga inhinyero kung gaano kalaki ang hangin na tinatanggap ng motor kapag ito ay gumagawa ng maximum torque. Ang pagsusuri ay nagsasama ng displacement ng motor sa cubic inches at pinaparami iyon sa bilang ng kanyang revolutions per minute (RPM), pagkatapos ay hinahati ang kabuuan sa 3,456. Kasunod nito ay ang adjustment factor batay sa volumetric efficiency, na karaniwang nasa pagitan ng 75% at 85% para sa mga motor na walang forced induction. Tingnan natin ang isang praktikal na halimbawa: kung mayroon tayong 350 cubic inch na motor na tumatakbo sa 5,000 RPM na may humigit-kumulang 80% na kahusayan, kailangan nito ng humigit-kumulang 405 cubic feet per minute ng airflow. Mahalaga rin ang laki ng tubo. Ang mga tubo na sobrang maliit ay magdudulot ng pagtaas ng presyon dahil hindi makakalabas nang sapat ang mga gas kapag umaabot na ang kanilang bilis sa higit sa 350 feet per second. Sa kabilang banda, ang sobrang laki ng tubo ay magreresulta sa pagkawala ng ilan sa benepisyosong scavenging effect kapag bumaba ang bilis sa ilalim ng 250 feet per second. Karamihan sa mga mekaniko ay inirerekomenda ang paggamit ng tubo na may diameter na nasa pagitan ng 2.5 at 3 pulgada para sa karaniwang V8 setup sa mga antas ng airflow na ito upang mapanatili ang optimal na daloy.
Kapag napapangalanan ang mga sistema ng pagpapalabas ng usok, may malaking pagkakaiba depende sa uri ng motor na pinag-uusapan. Halimbawa, ang mga malalaking V8 na motor na may natural na paghinga (naturally aspirated) ay nangangailangan ng mas malalaking tubo—halos 3 hanggang 3.5 pulgada ang diameter—upang ma-manage ang buong dami ng usok na lumalabas mula sa mga motor na may malaking displacement. Isang magandang halimbawa ang 6.2 litrong LS3 na tumatakbo sa 6,500 RPM, na kailangan ng humigit-kumulang 590 cubic feet per minute ng airflow sa loob ng sistema. Lubhang iba naman ang paraan ng paggana ng mga turbocharged na apat na silindro na motor. Ang kanilang mekanismo ay talagang kawili-wili—una, ang usok ay nagpapatakbo sa turbocharger bago pa man ito umalis sa motor; kaya matapos ang turbo, maaari na tayong gumamit ng mas maliit na sukat ng tubo, karaniwang nasa pagitan ng 2.25 at 2.75 pulgada. Ang posibilidad nito ay dahil sa sariling epekto ng turbo bilang isang 'bottleneck', na binabawasan ang dami ng usok na kailangang dumaloy sa iba pang bahagi ng sistema. Dahil sa restriksyong ito, ang mga tagagawa ay nakakagawa ng mas kompakto at mas maliit na mga sistema ng pagpapalabas ng usok habang nananatiling pareho ang antas ng kapangyarihan, dahil sinadyang pinapanatili nila ang mas mataas na presyon direktang bago ang turbine—kung saan ito pinakamahalaga para sa kabuuang performans.
Ang pagkamit ng mabuting pag-alis ng usok mula sa sistema ng exhaus ay lubhang nakasalalay sa tamang sukat ng mga pangunahing tubo para sa anumang saklaw ng bilis ng pag-ikot (rpm) kung saan karaniwang gumagana ang makina. Ang pinakamainam na diameter ay nakasalalay sa paghahanap ng balanseng punto sa pagitan ng bilis ng gas na lumalabas at ng backpressure. Ang mas maliit na tubo ay lubhang nagpapataas ng bilis, na nakakatulong sa mas mababang rpm kung saan kailangan ng pinakamaraming pag-alis ng usok, ngunit kung sobrang maliit ito, tumataas ang backpressure. Sa kabilang banda, ang mas malalaking tubo ay nagpapahintulot ng mas maraming hangin na dumaloy sa mas mataas na rpm ngunit binabawasan ang ilang bahagi ng pagganap sa mababang bilis. Mahalaga rin ang haba ng pangunahing tubo dahil ito ang nagsisilbing kontrol sa oras kung kailan darating ang mga alon ng presyon. Ang mas mahabang tubo ay talagang inililipat ang pinakamainam na epekto ng pag-alis ng usok papunta sa mas mababang saklaw ng bilis ng pag-ikot. Karamihan sa mga tao na naghahangad ng humigit-kumulang 5,000 rpm ay nakakakita ng mabuting resulta gamit ang mga tubo na may haba na humigit-kumulang 28 hanggang 32 pulgada dahil ang mga ito ay lumilikha ng mga negatibong alon ng presyon nang eksaktong panahon kung kailan nagsisimulang buksan ang mga valve ng exhaus. Gumagana ang buong prosesong ito dahil sa natuklasan ni Bernoulli noong panahong panluma tungkol sa kung paano ang mga likido na gumagalaw nang mabilis ay lumilikha ng mga lugar na may mababang presyon na kumukuha ng iba pang bagay kasama nila. At huwag kalimutang isaalang-alang din ang pamamahala ng init. Ang mga wrapper na gawa sa titanium ay tumutulong upang panatilihin ang sapat na init kaya’t nananatiling malakas ang mga alon ng presyon imbes na mabilis na nawawala.
Kapag tinitingnan ang iba't ibang sukat ng pangunahing tubo, may malinaw na pagkakaiba sa pagganap na dapat pansinin. Sa mga motor na 2.0L turbo, nakita namin na ang mga pangunahing tubo na 1.75 pulgada ay nagbigay ng humigit-kumulang 11% na pagtaas sa torque sa gitnang hanay sa paligid ng 3,500 RPM kumpara sa karaniwang 2 pulgadang tubo. Ano ang dahilan? Mas mabilis na bilis ng usok mula sa eksaust—humigit-kumulang 312 paa kada segundo imbes na 265—na tumutulong sa mas epektibong pag-alis ng mga ginastusang gas kapag ang mga balbula ay nasa estado ng overlapping. Ngunit nagbabago ang sitwasyon sa mas mataas na bilis ng pag-ikot. Kapag lumampas na sa 5,800 RPM, ang mas malalaking tubong 2 pulgada ay talagang binabawasan ang backpressure ng humigit-kumulang 4 kPa, na nagreresulta sa halos 5% na dagdag sa pinakamataas na power output. Kaya para sa karaniwang pagmamaneho sa kalsada kung saan ang mabilis na tugon ang pinakamahalaga, mas mainam ang mas makitid na mga pangunahing tubo. Ang mga sasakyan para sa track naman ay karaniwang mas gumagana nang maayos gamit ang mas malawak na tubo. Isa pa ring dapat isipin ng mga inhinyero: ang pag-aadjust ng haba ay may epekto rin. Ayon sa aming dyno test noong nakaraang buwan, ang pagpapaikli ng mga tubong 1.75 pulgada ng tatlong pulgada lamang ay itinaas ang torque curve ng halos kalahating libong RPM.
Ang back pressure ay tumutukoy sa dami ng paglaban na nararanasan ng mga usok mula sa pagkasunog kapag sinusubukang umalis sa combustion chamber. Maraming tao ang nagkakamali tungkol dito sa mga sistema ng exhaust. Sa katunayan, ang pagpapanatili ng mababang back pressure ay nakakatulong upang tumakbo nang mas maigi ang mga engine dahil nagpapahintulot ito sa mabilis na pag-alis ng mga usok, na nagpapabuti ng scavenging at volumetric efficiency sa loob ng mga silindro. Ngunit kung sobra ang paghihigpit—halimbawa, higit sa humigit-kumulang 40 kPa para sa mga engine na may kapasidad na mababa sa 50 kW—mabilis na lumalala ang sitwasyon. Ang lakas ay bumababa ng humigit-kumulang 2% hanggang 5%, ang gasolina ay nasusunog nang mas mabilis kaysa kailangan, at ang mainit na mga usok ay patuloy na tumataas ang temperatura, na nagdudulot ng mas mabilis na pagsuot sa mga bahagi kaysa dapat. Ang mga turbocharged engine ay lalo pang nadarama ang epekto nito dahil ang mataas na back pressure ay nagpapahirap sa kanilang mga turbine na umikot nang maayos. Itinakda ng Swiss VERT program ang 40 kPa bilang isang mahalagang sukatan na pinag-aaralan ng mga inhinyero, at ang mga pagsusuri ay nagpapakita na ang mga maliit na engine ay mas nahihirapan sa problema na ito dahil ang kanilang mga valve ay hindi gaanong tumpak ang pagbukas at pagsara habang gumagana. Ang paglalagay ng mga bahagi tulad ng muffler nang malayo sa engine block at ang pagtiyak na ang mga tubo ay hindi sobrang manipis ay tumutulong upang mapanatili ang back pressure sa kontrol nang hindi nawawala ang mga benepisyong scavenging na nabanggit natin kanina.
Ang mga catalytic converter ngayon ay pangunahing sumasagot sa parehong mga pamantayan sa emissions at sa pagganap ng engine sa pamamagitan ng kanilang density ng mga cell, na sinusukat sa bilang ng mga cell kada square inch (CPSI). Kapag tinitingnan natin ang mas mataas na rating ng CPSI sa pagitan ng 600 at 900, ang mga yunit na ito ay mas mabilis na umaandar sa panahon ng cold start, na nakakatulong sa pagbawas ng mga unang nakakasirang emissions. Ngunit may tradeoff din dito dahil ang dagdag na bilang ng mga cell ay lumilikha ng higit na backpressure na maaaring magpababa ng 3 hanggang 5 porsyento sa peak horsepower. Sa kabilang banda, ang mga catalytic converter na idinisenyo para sa mas mahusay na airflow ay karaniwang may mga halaga ng CPSI na nasa pagitan ng 200 at 400. Ang mga modelo na ito ay mas kaunti ang paghihigpit sa airflow—mga 15 hanggang 20 porsyentong pagpapabuti—bagaman tumatagal ng mas matagal bago maabot ang operasyon na temperatura. Para sa mga sasakyan kung saan ang performance ang pinakamahalaga, ang mga inhinyero ay madalas na pumipili ng mga materyales na may mas mababang CPSI kasama ang mga bagong teknolohiya sa coating. Ang paraan na ito ay tumutulong na kompensahin ang mas mabagal na pag-init nang hindi lumalabag sa mga regulasyon ng EPA, na nagtataguyod ng isang delikadong balanse sa pagitan ng responsibilidad sa kapaligiran at dynamics ng pagmamaneho.
| Kerntad ng Selula (CPSI) | Panahon ng Pagkabukas | Epekto ng Backpressure |
|---|---|---|
| 600–900 | Mas Mabilis (≈45 segundo) | Mataas (7–12 kPa) |
| 200–400 | Mas Mabagal (≥90 segundo) | Mababa (3–5 kPa) |
Ang bagong teknolohiya sa muffler ay nagbabago ng laro kapag ito ay tungkol sa pagbawas ng ingay ng makina nang hindi naaapektuhan ang paggana ng sistema ng exhaust. Isipin ang mga tubo na may butas-butas sa loob ng mga resonator—ang mga ito ay talagang inaayos upang tugma sa ilang partikular na bilis ng makina, kaya't nakakapagkansela ng mga hindi nais na tunog sa pamamagitan ng isang proseso na tinatawag na destructive interference (siraang interbensyon). Ito ay nakakabawas ng humigit-kumulang 8 hanggang 12 decibel sa antas ng ingay, ngunit panatag pa rin ang daloy ng exhaust. Para sa malalaking makina na V8 na karaniwang kumukulong sa mababang bilis, gumagamit ng espesyal na Helmholtz chamber. Ang mga chamber na ito ay lubhang epektibo sa pagharap sa nakakainis na low-end drone (pangungulog sa mababang tono) na kinaiinisan ng karamihan. Ang paraan kung paano gumagana ang mga muffler na ito ay kasali ang mga kumplikadong istruktura sa loob na sumusunod sa tamang direksyon ng mga gas ng exhaust, na tiyak na pinapahintulutan ang mahahalagang pressure pulse (pulsong presyon) na dumalo upang tulungan ang wastong paglilinis ng mga silindro. Ang mga pagsusuri ay nagpakita na ang mga sistemang ito ay nananatiling nasa loob ng legal na limitasyon sa ingay (humigit-kumulang 95 dB), habang nagpapahintulot ng 98 hanggang 99 porsyento ng daloy ng exhaust kumpara sa isang direktang tubo (straight pipe setup). Ano ang ibig sabihin nito para sa mga drayber? Panatag ang lakas ng kanilang sasakyan kahit kapag buong binabawasan ang pedal (floored), na eksaktong kung ano ang hinahanap ng mga mahilig sa performance mula sa kanilang mga sasakyan.
Ang optimal na sistema ng tambutso ay nagpapaharmoniya sa mga regulasyon at pagganap sa pamamagitan ng estratehikong pagsasama ng mga katalisador na may mababang pagtutol at mga muffler na tinunog para sa tunog.
EN