Системи викиду відходів робота з перетворення цих шкідливих токсичних випарів на менш небезпечні речовини перед їх викиданням у атмосферу. У більшості автомобілів встановлено каталітичний нейтралізатор, наповнений дорогоцінними металами, такими як платина, паладій і родій. Ці матеріали сприяють перетворенню оксиду вуглецю на звичайний вуглекислий газ, а залишки пального — на водяну пару й додатковий CO₂. Сучасні моделі автомобілів, що зараз експлуатуються, зменшують обсяги забруднювальних речовин приблизно на 90 %, що є досить вражаючим показником, якщо врахувати такі нормативи, як стандарт Євро-6. Автомобільні виробники були змушені розробити ці складні багатоступеневі нейтралізатори, коли уряди почали жорстко застосовувати обмеження щодо викидів. І не варто забувати про наслідки несвоєчасного технічного обслуговування автомобіля. Дослідження показують, що неналежне обслуговування може знизити ефективність таких нейтралізаторів майже вдвічі, що означає більше забруднення повітря та потенційні штрафи для водіїв, які не проходять перевірку викидів.
Система відіграє ключову роль у запобіганні потраплянню смертельно небезпечного оксиду вуглецю в салон автомобіля. Випускні колектори нагріваються до надзвичайно високих температур — іноді понад 1400 °F (близько 760 °C), тому їм необхідно відводити це тепло від компонентів, які можуть пошкодитися. Саме для цього застосовуються теплові екрани. Вони відбивають інтенсивне теплове випромінювання, щоб захистити важливі елементи, такі як паливні магістралі, електричні проводи та різні матеріали під днищем автомобіля. Також має значення й розташування вихлопних труб. При правильному розміщенні вихлопні гази спрямовуються вниз і назад, а не проникають у пасажирський салон. Така конструкція забезпечує рівень оксиду вуглецю всередині салону нижче 0,1 %, що значно менше небезпечного рівня у 1,28 %, встановленого міжнародними стандартами промислової безпеки.
Кисневі датчики, які встановлено в більшості сучасних автомобілів, розташовані як перед каталітичним нейтралізатором, так і після нього й постійно контролюють процеси всередині вихлопної системи. Їхня функція полягає в тому, щоб надсилати інформацію до комп’ютерного «мозку» автомобіля, який коротко називають ECU. На основі цих даних ECU регулює співвідношення повітря та палива, що подаються в двигун. Ідеальне співвідношення досягається при приблизно 14,7 частин повітря на 1 частину палива. Коли все працює правильно, автомобілі з справними кисневими датчиками можуть економити близько 15 % палива порівняно з тими, у яких ці датчики почали виходити з ладу з часом. І це не лише економія грошей на заправці. Підтримання точного співвідношення повітря та палива означає, що з двигуна виділяється менше шкідливих газів. Це особливо важливо для дизельних двигунів, оскільки запобігає накопиченню сажі в дорогих фільтрах тонкодисперсних частинок, а отже, продовжує термін їхньої експлуатації між замінами.
Спосіб, у якому працює вихлопна система, суттєво впливає на роботу двигунів, головним чином через три взаємопов’язані фактори. По-перше, це протитиск — тобто опір, з яким стикаються вихлопні гази. Якщо обмеження надто велике, це може знизити об’ємну ефективність приблизно на 15 %. У результаті в циліндрах залишаються залишки продуктів згоряння, що заважає правильному формуванню свіжої паливно-повітряної суміші. З іншого боку, так зване імпульсне продування навпаки використовує тискові хвилі вихлопних газів для кращого наповнення циліндрів повітрям і паливом. За правильно налаштованої системи цей метод може підвищити наповнення циліндрів приблизно на 8–12 %. Також важлива швидкість руху вихлопних газів. Занадто великі труби уповільнюють потік газів, що знижує крутний момент на низьких обертах двигуна. Натомість занадто вузькі труби обмежують потужність на високих обертах. Саме тому багато спеціалізованих майстерень, що займаються тюнінгом, віддають перевагу трубам з гнутими колінами (mandrel bent tubing) у вихлопних системах. Такі труби зберігають постійний внутрішній діаметр навіть у місцях вигину, що зменшує турбулентність потоку газів. Лише це зменшення турбулентності може зекономити втрати потужності в межах 3–5 %.
Під час налаштування продуктивності кожна основна деталь виконує свою власну функцію. Наприклад, випускні колектори замінюють обмежені чавунні колектори на труби однакової довжини. Це сприяє так званому «очищенню імпульсів». Колектори з довгими трубами, як правило, забезпечують приріст крутного моменту на низьких обертах приблизно на 10–15 %, тоді як колектори з короткими трубами спрямовані на досягнення максимальної потужності при високих обертах двигуна. У турбонаддувних двигунів випускні труби (даунпайпи) контролюють процеси після турбіни. Якісні даунпайпи зменшують протитиск приблизно на 20–30 %, що означає меншу затримку турбонаддуву під час прискорення. Каталітичні нейтралізатори — це дещо складніша справа. Штатні каталізатори дійсно обмежують потік вихлопних газів, але існують високопродуктивні варіанти з металевими субстратами, які задовольняють понад 95 % вимог щодо викидів, одночасно забезпечуючи прохідність повітря на 35 % кращу. Правильне поєднання всіх цих компонентів може збільшити потужність приблизно на 5–10 % без пошкодження деталей чи невиконання вимог щодо викидів, хоча результати можуть варіюватися залежно від того, наскільки добре всі елементи узгоджені між собою.
Сучасна система випуску працює відповідно до певної послідовності операцій. Починаючи з випускного колектора або, іноді, інтегрованого корпусу турбіни (у випадку турбонагнітання), ця частина збирає всі гарячі продукти згоряння, що виходять із циліндрів двигуна. Найважливіше тут — як добре вона витримує екстремальні температури, часто понад 1400 °F, одночасно забезпечуючи низький тиск на впуску, оскільки надмірний опір може серйозно погіршити роботу двигуна, знизивши його ефективність приблизно на 15 відсотків. Після виходу з області колектора ці гази проходять через деякі труби, перш ніж потрапити в каталітичний нейтралізатор, де вони очищаються для контролю викидів. Далі вони проходять через глушник, який виконує саме те, чого ми від нього очікуємо: зменшує рівень шуму. Нарешті, усе викидається назовні через вихлопну трубу, розташовану в задній частині транспортного засобу.
Вибір матеріалів завжди означає складні компроміси між тим, що працює найкраще, і тим, що відповідає бюджету. Чавун чудово зберігає стабільність під час змін температури, але його маса значно збільшує загальну вагу. Нержавіюча сталь? Вона краще захищається від корозії, ефективніше витримує високі температури й має триваліший термін служби в цілому, однак споживачі повинні заплатити значну надбавку за ці переваги. У сучасних високопродуктивних системах все частіше використовують трубчасті випускні колектори, довжина яких спеціально підібрана з урахуванням як акустичних, так і теплових параметрів для досягнення максимального ефекту від відсмоктування імпульсів вихлопних газів. Недолік такого рішення? Тонкостінні версії схильні до утворення тріщин після надто багатьох циклів нагріву та охолодження. Теплоізоляційні покриття допомагають знизити температуру в моторному відсіку під час роботи двигуна — це чудова новина для сусідніх компонентів. Однак виробники, як правило, стикаються зі зростанням витрат на виробництво приблизно на 30 % через застосування таких покриттів. Щодо турбонаддувних двигунів, інженери використовують інтегровані випускні колектори з нікелевого сплаву, які витримують температуру вихлопних газів до 1800 °F (приблизно 982 °C). Такий конструктивний вибір усуває всі незручні фланцеві з’єднання й забезпечує плавний шлях для вихлопних газів — від камери згоряння безпосередньо до турбіни.
EN