نحوه کار سیستم اگزوز خودرو

حقیقتاً، انتشار گازهای گلخانه‌ای یک خودرو در مقایسه با سایر منابع آلودگی نسبتاً کم است. اما وقتی صدها هزار نفر هر کدام در یک ماشین نشسته اند و یک بزرگراه را به اندازه ظرفیت کامل آن پر می کنند، اثرات تجمعی بسیار زیاد است. همانطور که در یک ترافیک نشسته اید، به دودی که از لوله اگزوز خودروی جلویی خارج می شود خیره می شوید، برای لحظه ای فکر کنید که آن دود چیست؟ ممکن است زیاد به نظر نرسد، اما این دود از لحظه‌ای که چند لحظه قبل از داخل موتور خودرو رانده شده، راه طولانی را طی کرده است.

نگرانی در مورد تأثیر خودروها بر محیط زیست چیز جدیدی نیست. سازمان های حفاظت از محیط زیست همیشه تمهیداتی را برای کاهش اثر گازهای خروجی از خودروها در نظر گرفته است و پیشنهاداتی برای بهبود آن ها ارائه می دهد. در حالی که خودروهای جدید بسیار سبزتر و ایمن تر از خودروهای 40 سال پیش هستند، اما امروزه مردم تمایل دارند مسافت‌های طولانی‌تر و بسیار بیشتر را رانندگی کنند و این امر باعث آلودگی بسیار بیشتری می‌شود.

سازندگان خودرو و تامین کنندگان قطعات باید با این تغییرات همگام شوند و همانطور که می توانید تصور کنید، سیستم اگزوز خودرو نیز باید به طور قابل توجهی تکامل یابد.

 وظیفه اصلی این سیستم هدایت گازهای خروجی از موتور خودرو به بیرون می باشد. یکی دیگر از وظایف مهم اگزوز خودرو، کاهش صدای ایجاد شده ناشی از حرکت سوپاپ ها در موتور و عمل احتراق می باشد. خودرویی با سیستم اگزوز ضعیف، مشکلاتی مانند راندمان سوخت پایین، صداهای عجیب و سرسام آور از لوله اگزوز یا صدا خفه کن و امکان تولید گازهای خطرناک را ایجاد می کند.

اجزای سیستم اگزوز

لوله های رابط

سیستم اگزوز عمدتاً از لوله هایی در چندین شکل مختلف تشکیل شده است که هر کدام برای اتصال به یکدیگر طراحی شده اند و هر کدام به شکلی مطابق با بخش خاصی از قسمت زیرین خودرو طراحی شده اند. هر لوله وظیفه انتقال گازهای خروجی به سمت انتهای خودرو را بر عهده دارد، اما بسیاری از بخش‌ها تخصصی هستند. به عبارت دیگر، از نمای بیرونی، سیستم به سادگی مانند دسته‌ای از بخش‌های لوله متصل به نظر می‌رسد که از محفظه موتور تا سپر پشتی حرکت می‌کنند، اگرچه برخی از آنها هدف بیشتری نسبت به خروج گازها برعهده دارند.

اگرچه ممکن است وجود تعدادی زیادی لوله به جای یک لوله سراسری پیچیدگی بیشتری داشته باشد، اما  همه آن ها یک هدف را دنبال می کنند. اتصال بخش های کوچک زاویه دار به لوله های مستقیم آسان تر از شکل دادن به یک لوله بلند، گران قیمت و سنگین است که متناسب با تمام خطوط ماشین باشد. همچنین، اجزای سیستم اگزوز در فواصل زمانی معین فرسوده می شوند که البته به سازنده، مواد آن، شرایط رانندگی و عوامل محیطی بستگی دارد. تعویض یک بخش زنگ زده لوله، صدا خفه کن ضربه خورده یا مبدل کاتالیزوری فرسوده آسان تر و کم هزینه تر از نصب یک سیستم کاملا جدید است.

منیفولد

بخش اول سیستم اگزوز را منیفولد هوا هم می‌نامند و فرآیند خروج دود از این قطعه شروع می شود و دود و گاز جریان خود را از طریق لوله های مختلف و اجزای دیگر آغاز می کند. این بخش در موتورهای مختلف اتومبیل به دو صورت است. در اتومبیل‌هایی با موتورهای خطی، در یک طرف موتور قرار دارند. در اتومبیل‌هایی با موتور خورجینی V شکل هم، در دو طرف موتور ایجاد می‌شوند. در واقع این بخش، وظیفه دارد تا دود و گاز تولید شده در سرسیلندرها را، به سمت لوله اگزوز راهنمایی کند. پس منیفولدها را باید قطعاتی بدانیم که وظیفه‌شان دریافت دود و گاز ناشی از احتراق در موتور و سیلندرها و هدایت آن‌ها به یک بخش دیگر است.

منیفولد که با نام دیگر چندراهه نیز شناخته می شود، یکی از قطعات مهم در خودرو می باشد که در دو نوع منیفولد ورودی هوا و منیفولد خروجی دود وجود دارد. منیفولد در خودرو وظیفه ورود هوا و خروج دود از سیلندرها را دارد و یکی از اجزای اصلی سیستم احتراق است.
در صورت نبود این قطعه شما سر و صدای بسیار زیادی را درون خودرو خود خواهید شنید. البته لازم به ذکر است که کاربرد این قطعه فقط منتهی به صدا نمی شود. منیفولد در واقع ترکیب سوخت و هوا که منجر به احتراق می شود را از سیلندر و از طریق اگزوز خارج می کند. در صورتیکه این قطعه در خودرو نباشد، در حین رانندگی دود خروجی خودرو وارد کاپوت می شود و از جلوی خودرو دود بلند می شود.

صدا خفه کن

صدا خفه کن (muffler) بخشی از سیستم اگزوز خودروی شماست که در قسمت عقب خودرو و بین بدنه و زمین قرا می گیرد. صدا خفه کن به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و سر و صدای موتور کمک می کند.

جنس استفاده شده برای ساختن این قطعه فولاد است که برای محافظت از آن در برابر گرما و محصولات شیمیایی حاصل از احتراق، از روکش آلومینیوم برای آن استفاده می شود. از این قطعه برای از بین بردن صداهای بلند ایجادشده توسط پیستون ها و سوپاپ های موتور استفاده می شود، زیرا هر بار که سوپاپ تخلیه (Exhaust Valve) موتور باز می شود، انفجار بزرگی از گازهای سوخته در اثر احتراق درون سیلندر وارد اگزوز می شود. انتشار این گازها امواج صوتی بسیار قدرتمندی ایجاد می کند.

صدا خفه کن یک محفظه استوانه ای گرد یا بیضی می باشد که در داخل خود دارای صفحات و لوله های سوراخ دار است. لوله های داخل صدا خفه کن به دو صورت جریان معکوس و مستقیم یا یکسره وجود دارند. لوله های سوراخ دار داخل صدا خفه کن به تعداد زیادی موجود دارند تا سطح بیشتری را برای صدا گیری ایجاد کنند. در برخی صدا خفه کن ها داخل انبار اگزوز از مواد نسوز نیز پر می گردد.

رزوناتور

این قطعه مشابه صدا خفه کن، ارتعاشات صوتی موتور را تغییر می دهد و می تواند قبل یا بعد از صدا خفه کن در سیستم اگزوز قرار گیرد. وظیفه اصلی رزوناتور سازماندهی و تنظیم صداهای ارتعاشی است و همچنین نقش مهمی در بهبود اثربخشی جریان اگزوز ایفا می کند. درست مانند یک صدا خفه کن با طراحی خوب، رزوناتور نیز می تواند به عملکرد بهتر و بهره وری سوخت منجر شود.

پیشنهاد میکنیم مقاله روش های کاهش مصرف سوخت را نیز مطالعه کنید.

کاتالیست

مبدل های کاتالیزوری که در دهه 1970 رایج شدند، اصلی ترین و کارآمدترین وسیله برای کاهش سطح سموم در اگزوز خودرو هستند. درون یک مبدل کاتالیزوری با فلزات پوشیده شده است. انواع مختلف مبدل های کاتالیزوری از ترکیبات مختلفی از پلاتین، پالادیوم و رودیوم استفاده می کنند. قبل از اینکه دود و گاز به کاتالیست برسد، حاوی ترکیبی قوی و فوق سمی از مونوکسید کربن، اکسید نیتروژن و هیدروکربن است. وقتی این سموم با فلزات پوشش دهنده داخل کاتالیزور تماس پیدا می کنند، یک واکنش شیمیایی رخ می دهد که باعث می شود گازهای خروجی کمتر مضر باشند. همانطور که دودها از کاتالیست عبور می کند، سطح مواد شیمیایی باید به اندازه کافی کاهش یابد تا با مقررات دولتی مطابقت داشته باشد. کارشناسان می‌گویند که اگر این قطعه درست کار کند تا ۹۰ درصد این گازهای سمی گرفته می‌شود. در حقیقت کاتالیست یک نوع فیلتر در راه این گازهای خروجی است. کاتالیست‌ها، چون نیاز به دمای ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد دارند، در همان قسمت اولیه و بعد از منیفولد تعبیه می‌شوند.

لوله پخش‌کننده دود

و در آخرین مرحله دود از آخرین بخش اگزوز یعنی لوله خروجی خارج می‌شود. لوله خروجی از سمت انبار گازها را به بیرون هدایت می‌کند. در اگزوز سازی از استیل برای ساخت لوله خروجی استفاده می‌شود. طراحی این لوله نیز اهمیت زیادی دارد چرا که در صورت غیراستاندارد بودن، شتاب و بازدهی را کاهش خواهد داد.

نحوه کار سیستم اگزوز خودرو

برای درک نحوه عملکرد اگزوز یک وسیله نقلیه، باید درک کاملی از نحوه کار موتور خودرو داشت. موتور احتراق داخلی در ساده ترین شکل خود یک پمپ هوای بزرگ است. هوا داخل محفظه شده، سوخت به آن اضافه می شود، جرقه توسط شمع ایجاد شده و مخلوط هوا و سوخت مشتعل می گردد که به آن احتراق می گوبند که این فرآیند باعث تولید ناخالصی هایی نیز می شود. برای یک سیستم احتراق داخلی، محصولات زائد گازها، ذرات کربن و ذرات ریز معلق در گازها هستند که در مجموع به عنوان دود شناخته می شوند. سیستم اگزوز این زباله ها را فیلتر می کند و به خروج آن از خودرو کمک می کند.

اگر یک موتور عملکرد صد در صدی داشت، تمام سوخت موجود را در طول چرخه های احتراق می سوزاند و تمام سوخت وارد شده به چرخه را به منبع انرژی تبدیل می کرد. اما همانطور که میدانید، طراحی موتور برای چنین عملکردی تقریبا امکان پدیر نیست و مقداری از سوخت همیشه نسوخته یا تا نیمه سوخته باقی می ماند و این بقایای سوخت باید به سرعت از خودرو خارج شوند، تا جایی برای چرخه بعدی احتراق موتور باز شود.

دود و گازهای تولید شده ابتدا از موتور خارج شده و از طریق منیفولد اگزوز وارد سیستم می شود. از آنجا، از طریق لوله های به هم پیوسته به پایین سیستم حرکت می کند تا از طریق لوله اگزوز، نزدیک سپر عقب، خارج شود. خود لوله‌ها در واقع به خنک کردن دودها کمک می‌کنند، اما بیشتر راهی برای ورود به مبدل کاتالیزوری و صدا خفه کن هستند.

مبدل کاتالیست باید تا حد امکان به موتور نزدیک باشد، زیرا تا زمانی که به دمای عملیاتی نرسد کاملاً کارایی ندارد. در بسیاری از موارد، سازنده کاتالیست را کمی بعد از منیفولد قرار می دهد، بنابراین گرمای موتور به گرم شدن کاتالیزور و رساندن سریع آن به دمای بالا کمک می کند.

پس از عبور گازها از مبدل کاتالیست در حالی که حدود 90درصد از سموم آن ها حذف شده است، سپس، دود تصفیه شده به رزوناتور خودرو و بعد از آن به منبع رزوناتور (منبع اگزوز) وارد می شود. در این مرحله آلودگی صوتی موتور تا حد زیادی کاهش می یابد. صدای ناهنجار وارد شده به محفظه رزوناتور، پس از انعکاس های پی در پی، ملایم تر شده و به سمت خروجی اگزوز روانه می شود.

در ویدیو زیر می توانید نحوه عملکرد سیستم اگزوز خودرو را مشاهده کنید.