سیستم خروج دود چیست؟

سیستم خروج دود شامل چه قسمت هایی می شود؟ در این مقاله همه آنچه که باید راجع به سیستم خروج دود ماشین بدانید را برایتان جمع آوری کردیم و تمام قسمت های آن را از ابتدا تا آخر بررسی نمودیم.

1- منیفولد اگزوز فابریک

منیفولد اگزوز فابریک شروع سیستم خروج دود موتور است. در موتور خودرو پس از انجام یک سیکل کامل، سوپاپ دود باز میشود و دود حاصل از احتراق وارد منیفولد اگزوز میشود.

ساختار منیفولد اگزوز به این صورت است که برای هر سیلندر لوله‌ی جدا دارد که به هرکدام از این لوله‌ها رانر گفته میشود و رانر ها در یک قسمت یکی میشوند که به قسمت یکی شدن رانر‌ها، کالکتور گفته میشود. بعد از کالکتور معمولا قطعه‌ی کاتالیزور قرار میگیرد که کاهش آلایندگی و از بین بردن گاز‌های سمی حاصل از احتراق را بر عهده دارد.

شرکت‌های خودرو سازی به علت تولید انبوه و صرفه‌ی اقتصادی، منیفولد‌های اگزوز را به روش ریخته‌گری تولید میکنند. البته تعداد محدودی از منیفولد‌های اگزوز فابریک ریخته‌گری نیستند و از جنس آهن تولید میشوند که راندمان بهتری برای خروج دود دارند مثل سراتو و تندر۹۰.

پیشنهاد مطالعه: منیفولد هوا را دقیق بشناسیم

برخی از منیفولد‌های فابریک با کاتالیزور به شکل یک تیکه تولید میشوند که عموما قیمت بالایی دارند و این موضوع باعث میشود تا صاحب خودرو، در صورت خرابی کاتالیزور و یا منیفولد دود مجبور به تعویض همزمان هر دو قطعه شود.

طراحی و ساختار منیفولد‌های فابریک، سرعت خروج دود را کاهش میدهد و دستیابی به بالاترین راندمان برای خروج دود را محدود میکند و همین امر باعث افت توان موتور خواهد شد.

بهترین جایگزین برای منیفولد اگزوز فابریک، قطعه‌ای به نام هدرز میباشد که در ادامه به بررسی انواع هدرز میپردازیم.

هدرزها

هدرز در واقع بهینه‌سازی شده‌ی منیفولد اگزوز میباشد. هدرز‌ها از سه بخش فلنچ، رانر، و کالکتور ساخته میشوند و شکل، ساختار، آلیاژ و روش ساخت مختلفی دارند که همه این گزینه ها قیمت و بازدهی یک هدرز را تعیین می کند.

معمولا هدرز‌های موجود در بازار در سه آلیاژ آلومینایز، آهنی و استیل و دو نوع خم کاریه زانو جوشی و خم سی ان سی تولید و عرضه میشوند.

هدرزها برای خودروهای چهار سیلندر به دو مدل 4 -1 یا 4 -2-1 و دو نوع Equal length وUnequal length  تولید میشوند که در هدرزهای equal طول رانرها باهم یکی هستند اما در هدرزهای unequal طول رانر ها باهم یکی نیستند که هرکدام معایب و مزایای مختص خود را دارند.

دان پایپ Down pipe چیست؟

دان پایپ قطعه ای است که برای حذف کاتالیزور در خودروهای توربو نصب میشود. نام گذاری دان پایپ به این علت است که مسیر دان پایپ بعد از توربو به زیر موتور میرود و به سیستم اگزوز وصل میشود.

کاتالیزور مودیفای

کاتالیزور مودیفای در واقع همان کاتالیزور خالی است که داخل آن یک قطعه قیفی شکل قرار میدهند و بعد از قیفی لوله ای به سمت اگزوز اضافه میشود. در واقع نقش قیفی در کاتالیزور مودیفای شبیه به نقش کالکتور در هدرز است اما صد در صد قیفی نمیتواند مثل یک کالکتور عمل کند.

اگر بخواهیم بازدهی یک هدرز خوب را با کاتالیزور مودیفای مقایسه کنیم، اگر به هدرز نمره 9 از 10 را بدهیم باید به کاتالیزور مودیفای نمره ی 6 از 10 را بدهیم.

هدرزهای آلومینایز

در حال حاضر ارزانترین هدرزهای موجود در بازار هدرزهای آلومینایز هستند. این نوع هدرزها با خم سی ان سی و در دو مدل 4-1 و 4-2-1 و قطر رانرهای مختلف در بازار تولید و عرضه میشوند.

آلیاژ هدرزهای آلومینایز در واقع همان آلیاژی است که شرکت ها در ساخت لوله ی اگزوز فابریک به کار میبرند. یکی از ضعف های این هدرز طول عمر پایین آن می باشد که باز نسبت به قیمت، مقاومت مناسبی در برابر دما و رطوبت دارد.

یکی دیگر از ضعف های این هدرز ایجاد نیروی scavenging (به اطلاح اسکونجینگ)است که به علت ضعف در طراحی کالکتور ایجاد میشود. در ادامه درباره ی عملیات scavenging به طور مختصر توضیح خواهیم داد.

این نوع هدرز ارزانترین جایگزین برای منیفولد اگزوز فابریک میباشد که برای استیج های پایین در تیونینگ گزینه ی مناسبی میباشد.

هدرزهای آهنی

هدرزهای آهنی نسبت به هدرزهای آلومینایز کمی قیمت بالاتری دارند. این هدرزها به صورت دست ساز و شرکتی تولید میشوند و خمکاری آنها به شکل زانو جوشی یا سی ان سی میباشد.

هدرزهای آهنی نیز مثل دیگر هدرزها در دو مدل 4-1 و 4-2-1 تولید میشوند. از مزایای این هدرز میتوان به خمکاری، کالکتور و scavenging بهتر نسبت به هدرزهای آلومینایز اشاره نمود. متاسفانه آلیاژ آهنی این هدرزها ضعف اصلی این هدرزها میباشد.

آهن دفع حرارت چندان خوبی ندارد و در برابر رطوبت ضعیف است و همین امر باعث کاهش طول عمر این هدرزها میشود. اما برای بهبود این ضعف، تولید کنندگان هدرز، هدرزهای آهنی را آبکاری کروم یا رنگ میکنند.

با این کار مقاومت هدرز در برابر رطوبت افزایش پیدا میکند و در نتیجه طول عمر هدرز بیشتر میشود. این هدرزها از لحاظ صرفه ی اقتصادی جایگاهی خوبی دارند زیرا نسبت به هدرز های آلومینایز راندمان خروج دود بهتری دارند و تفاوت قیمت کمی با هدرزهای آلومینایز دارند و برای استیج های شهری گزینه ی خوبی هستند.

هدرزهای استیل

بهترین آلیاژ برای هدرز، استیل میباشد. معمولا برای تولید هدرز استیل از استیل زد زنگ با گرید 304 استفاده میشود. این نوع استیل دفع حرارت عالی و مقاومت بالایی در برابر رطوبت دارد که همین باعث طول عمر بالای این هدرز میشود.

این هدرزها هم مثل هدرز های آهنی در انواع مختلف با خمکاری مختلف به شکل دستساز یا شرکتی تولید میشوند. از برندهای موجود در بازار میتوان به Enginearts  و HZ Power اشاره نمود که هر دو شرکت هدرزهای خود را با دو آلیاژ استیل و آهنی تولید میکنند.

 

هدرزهای استیل طراحی مهندسی شده ای برای رانرها و کالکتور دارند و اکثرا scavenging خوبی ایجاد میکنند که همین موضوع، دستیابی به بالاترین راندمان خروج دود را فراهم میسازد. هدرزهای استیل نسبت به قیمت بالایی که دارند، بالاترین بازدهی و طول عمر را دارند و از این هدرزها در همه استیجها میتوان استفاده کرد.

راندمان هدرز4-2-1 (چهار دو یک) بالاتر است یا 4-1 (چهار به یک)؟

در انتخاب هدرز همیشه این مشکل به وجود میاید که آیا هدرز 4-1 مناسب تر است یا هدرز 4-2-1؟

طبق سوابق تجربی تولید کنندگان هدرز و کسانی که از انواع هدرزها استفاده کرده اند، انتخاب بین این دو مدل کاملا بستگی به شرایط استفاده مالک از خودرو دارد.

هدرزهای 4-2-1 به علت نوع تخلیه دود در دورموتورهای میانی گشتاور بهتری تولید میکنند و در نتیجه برای خودروهایی که مصرف شهری و روزمره دارند، یا خودرو هایی که دارای میلسوپاپ های استیج بالا هستند و به گشتاور در دورموتورهای پایین و میانی نیاز دارند بهترین گزینه هستند.

هدرزهای 4-1 برعکس هدرزهای 4-2-1 گشتاور را به دور موتورهای بالا انتقال میدهند و گزینه مناسبی برای کسانی که با دور موتور بالا رانندگی میکنند و موتور خودروی آن ها لوازم افترمارکت خاصی ندارد می باشد و یا خودروهایی که در دور موتورهای بالا ضعف دارند مثل موتورهای هشت سوپاپ.

Scavenging چیست؟

پیش تر گفتیم که یک منیفولد اگزوز یا هدرز از رانر و کالکتور تشکیل میشود. وظیفه ی رانرها انتقال دود از کانال های سرسیلندر به سمت کالکتور و وظیفه ی کالکتور یکی کردن رانر ها بدون ایجاد اختشاش دود و انتقال دود به مسیر اگزوز است.

بدیهی است که احتراق در موتور به شکل ترتیبی انجام میشود که همین امر باعث ایجاد حالت ضربانی هنگام خروج دود میشود و حالت یکنواخت ندارد. هنگامی که یک ضربان دود از هر یک از سیلندرها خارج میشود، پشت جبهه دودی که در رانر ایجاد شده و در حال حرکت است یک خلاء نسبی ایجاد میشود و باعث ایجاد نیروی مکنده پشت جبهه دود میشود.

به این نیروی مکنده، نیروی scavenging گفته میشود. حال اگر طراحی رانر ها و کالکتور مهندسی شده و استاندارد باشد هنگامی که جبهه دود از قسمت کالکتور عبور میکند این نیروی مکنده در رانرهای دیگر نیز ایجاد شده و دیگر فشار اضافه برای تخلیه دود بر روی موتور نداریم و همین باعث افزایش راندمان خروج دود و در نتیجه افزایش توان و گشتاور موتور میشود.

علت اصلی ای که حذف یا خالی کردن کاتالیزور بازدهی هدرز را ندارد دقیقا همین نیروی scavenging میباشد زیرا وقتی که جبهه دود به محل قرارگیری کاتالیزور خالی شده میرسد مسیر خود را گم میکند و اختشاش پیدا میکند و در نتیجه نیروی scavenging از بین میرود.

بازدهی یک هدرز از مقدار جریان خروج دود و نیروی scavenging مشخص میشود که مرجع اصلی آن آلیاژ و طراحی هدرز میباشد.

هرچقدر مسیر داخل لوله های هدرز صیقل تر و مستقیم تر باشد دود راحت تر جریان پیدا میکند و scavenging را بیشتر حفظ میکند. همین امر در کالکتور نیز صدق میکند و مسیر کالکتور باید به گونه ای باشد که دود مسیر خود را گم نکند و به طور یکنواخت وارد مسیر اگزوز شود.

فشار برگشتی یا backpressure چیست؟

بکپرشر درواقع یک فشار در خلاف جهت حرکت دود است که باعث افت سرعت خروج دود و افزایش حرارت اگزوز و هدرز میشود. این فشار معمولا به علت کوچک بودن قطر لوله ها یا خمکاری نامناسب اتفاق می افتد و شدیدا باعث کاهش بازدهی کل سیستم هدرز و اگزوز میشود.

هدرز Equal (ایکوآل) و Unequal (آنایکوآل)چیست؟

در زبان انگلیسی Equal به معنی مساویی و Unequal به معنی نامساوی میباشد. این موضوع مربوط به طول رانرهای هدرز میباشد. گاها تولید کنندگان هدرز در پروسه تولید یک هدرز به مشکل کمبود جا در محل قرارگیری هدرز بر میخورند و راهی به جز تغییر طول رانرهای هدرز نیست.

این مشکل باعث میشود که طول رانرها برای هر سیلندر متفاوت باشد و هدرز حالت Unequal پیدا کند. هنگامی که هدرز به حالت Unequal تولید میشود در خروج دود تاخیر ایجاد میشود و رانری که طول کوتاه تری دارد تخلیه دود را سریعتر انجام میدهد.

زمان رسیدن هر ضربان دود به کالکتور یکسان نیست که همین باعث اختلال دود و ضعف در انجام عملیات scavenging میشود و راندمان خروج دود آن هدرز کم میشود. اما در هدرزهای Equal این مشکل برای تخلیه دود وجود ندارد و بهترین بازدهی ممکن را ارائه میدهد.

برای ساخت هدرز Equal در برخی از خودروها به علت کمبود جا ممکن است نیاز به تغییر جای قرارگیری قطعات دیگر باشد که پروسه ساخت و نصب هدرز را سخت تر میکند اما کسانی که بازدهی هدرز را در اولویت دارند باید سختی این موضوع را بپذیرند.

قطر و طول رانرهای هدرز چه تاثیری در بازدهی هدرز دارد؟

طبق قانون فیزیک سیالات، هرچقدر سطح مقطع یک لوله کوچک تر و طول لوله بیشتر باشد سرعت سیال در لوله بیشتر میشود اما حجم کمتری از گاز از آن عبور میکند و هرچقدر سطح مقطع یک لوله بزرگ تر و طول لوله کمتر باشد سرعت سیال در لوله کمتر میشود.

اما حجم بیشتری از گاز توانایی عبور از لوله را دارد. تجربه نشان میدهد هرچقدر حجم گاز بیشتری از رانر عبور کند، یعنی طول رانر کم و قطر آن زیاد باشد، پیک توان و گشتاور به دور موتور های بالاتر انتقال میابد و بلعکس.

پس طول و قطر رانرها باید به گونه ای باشد که دود با سرعت و حجم مناسب و درست از آن عبور کند تا افت بازدهی در هیچ دور موتوری نداشته باشیم.

لوله اگزوز و انواع منبع اگزوز

لوله اگزوز مانند رانرهای هدرز وظیفه انتقال دود به منبع‌ها را دارد. هرچقدر مسیر لوله اگزوز صاف تر باشد، یعنی قطر آن تا انتها یکنواخت باشد و پیچ و خم کمتری داشته باشد دود سرعت و نیروی scavenging را بهتر حفظ میکند.

پس سایز لوله نه باید آنقدر زیاد باشد که ضربان دود سرعتش را از دست بدهد، نه باید آنقدر کوچک باشد که باعث ایجاد فشار برگشتی backpressure در خلاف جهت دود شود.

در تمام مسیر خروج دود سه منبع اصلی وجود دارد که اولین منبع کاتالیزور (catalytic converter)، دومین منبع رزوناتور (resonator) و سومین منبع مافلر (muffler) میباشد. پیش تر درباره کاربرد کاتالیزور توضیح دادیم که وظیفه اصلی آن کاهش گاز‌های سمی حاصل از احتراق است و باعث کاهش آلودگی‌ هوا میشود.

منبع دوم و سوم یعنی رزوناتور و مافلر وظیفه تغییر و ساکت کردن صدای اگزوز را دارند. رزوناتور ساختاری ساده دارد و به این شکل است که یک لوله‌ی سوراخ کاری شده از یک سر منبع به سر دیگر به شکل مستقیم متصل می شود و دور قسمت سوراخ کاری شده از الیافی که خواص جذب صوت را دارند مثل پشم شیشه یا پشم فلز اسفاده میشود.

رزوناتور ها باعث کاهش صدای اگزوز میشوند اما وظیفه‌ ی اصلی رزوناتور ها تغییر توناژ صدا است. یعنی با نوع ساختار و طراحی مختلف میتوانند صدای اگزوز را بم تر یا تیز تر کنند که هر شرکت نسبت به فرکانس صدای خروجی هر موتور اقدام به ساخت و طراحی رزوناتور میکند.

رزوناتور ها به علت مستقیم بودن لوله داخلی ای که دارند کمترین افت سرعت دود خروجی را دارند و پس از نصب رزوناتور روی اگزوزی که دارای منبع رزوناتور نبوده افت توان چشمگیری حس نخواهد شد.

پس از رزوناتور دود وارد منبع سوم یعنی مافلر میشود. وظیفه ی اصلی مافلرها کاهش حداکثری صدای اگزوز است اما همین کاهش حداکثری صدا معایب زیادی در پیش دارد.

مافلرها اکثرا اندازه ای بزرگ و ساختاری پیچیده دارند و دود در مافلر از چندین مسیر عبور میکند و شدیداً دچار افت سرعت میشود و افت توان و از دست رفتن نیروی scavenging را در پی دارد. بهترین جایگزین برای منبع های مافلر استفاده از منبع رزوناتور است.

جایگزینی منبع مافلر با نمونه رزوناتور طبیعتا افزایش صدای اگزوز را در پی خواهد داشت اما اگر از این مشکل چشم‌ پوشی شود میتوان به افزایش توان چشمگیر و تغییر صدا به سلیقه راننده دست یافت.

آیا نصب هدرز یا تغییر در سیستم اگزوز باعث افزایش مصرف سوخت میشود؟

به طور کلی افزایش یا کاهش مصرف سوخت مربوط به نوع رانندگی میشود. پس از نصب هدرز یا هر تغییری که باعث افزایش توان موتور شود.

اگر سبک رانندگی صاحب خودرو رانندگی با دور موتورهای پایین و به شکل سر گاز باشد قطعا کاهش مصرف سوخت خواهیم داشت، زیرا توان موتور بیشتر شده و راننده با درصد کمتری از گاز به شتاب دلخواه خود میرسد.

اما اگر راننده سبک رانندگی پر گاز و دور بالا داشته باشد، ای سی یو این تغییرات در موتور را تشخیص داده و دستور پاشش بیشتر سوخت را میدهد و در نتیجه افزایش مصرف سوخت را خواهیم داشت.

آیا با نصب هدرز آلایندگی و معاینه فنی به مشکل برمیخورد؟

پس از نصب هدرز این سوال برای خیلی از افراد پیش می آید که آیا پس از نصب هدرز و حذف کاتالیزور، خودروی آنها قادر به پاس کردن تست معاینه فنی و آلایندگی هست یا خیر؟

اگر پس از نصب هدرز و هرگونه تغییر در سیستم موتور خودرو، ای سی یو طبق تغییرات جدید دوباره تنظیم و ریمپ شود و برای نسبت هوا به سوخت تغییرات لازمه اعمال شود آلایندگی در حد استاندارد باقی خواهد ماند و خودرو قادر به پاس کردن تست معاینه فنی خواهد بود.

نا گفته نماند که هر ایراد مربوط به تنظیم موتور مثل ایراد در پاشش انژکتور ها یا ایراد در سیستم جرقه یا ورود هوا تاثیر زیادی در آلایندگی خودرو خواهد داشت.

نصب هدرز چه مقدار افزایش توان خواهد داشت؟

همانطور که قبل تر گفتیم بازدهی هدرز و اگزوز مربوط به طراحی و ساختار آن و نوع موتور خودرو و منیفولد اگزوز فابریک آن میشود پس نمیتوان به طور کلی گفت که یک هدرز چقدر میتواند افزایش توان داشته باشد.

اما معمولا هدرز ها حداقل 5 تا 15درصد افزایش توان موتور دارند و حداکثر بازدهی آنها به نوع و ساختار آنها بستگی دارد.

نتیجه گیری

نصب هدرز و تغییر در سیستم اگزوز از کم هزینه ترین و مبتدی ترین تغییراتی است که میتوان بر روی خودرو انجام داد و تاثیرات هر یک از این قطعات به شکل کاملا محسوس حس می شود.

اما تغییرات اشتباه و نادرست در هر قسمت از این سیستم میتواند باعث کاهش توان و ایجاد مشکلات متعدد شود که نتیجه آن هزینه ی الکی و بد بینی به هر نوع تغییر در این سیستم است.