نقش اگزوزهای سفارشی در مهندسی خودرو؛ آموزش و انتخاب مناسب
بعضی اگزوزهای ساخت برندهای مشهور، قدرت خروجی پیشرانه را افزایش می‌دهد. افرادی نیز وجود دارند که با پرداخت مبالغ سنگین، اگزوزهای سفارشی را برای تغییر صدای خروجی، روی خودرو نصب می‌کنند؛ اما آیا هزینه برای این تجهیزات، منطقی است؟
اگر سیستم‌های اگزوز سفارشی یا اصطلاحا افترمارکت، می‌توانند صدای گمشده و قدرت پنهان خودروهای اسپرت را آزاد می‌کنند؛ چرا توسط شرکت‌های سازنده از ابتدا نصب نمی‌شوند؟ فروش بالا و سود بسیار خوب برندهایی مثل آکراپوویج، نشانه‌ی مهندسی مورد نیاز در اگزوزها است.
شنیدن صدای خاص موتور یکی از لذت‌های رانندگی با خودروهای اسپرت است، اما امروزه برای خودروسازان طراحی صدای عالی، روزبه‌روز دشوارتر می‌شود. مقررات سخت‌گیرانه برای گازهای آلاینده و صدای موتور، سطح صدا را کاهش داده و نصب فیلترها یا مبدل‌های کاتالیستی اضافی که قدرت موتور را کاهش می‌دهند، ضروری کرده است.
اینجاست که اگزوز سفارشی وارد می‌شوند. یک سیستم ارتقاءیافته که به‌درستی طراحی شده باشد می‌تواند پتانسیل پنهان موتور را با افزایش قدرت نشان دهد، صدای بیشتری تولید کند و در برخی موارد سبک‌تر و بادوام‌تر از قطعات کارخانه‌ای باشد. اگر هوشمندانه انتخاب کنید، این تجهیزات لزوماً نباید بیش‌ازحد پرصدا یا گران باشند. در ادامه، نحوه طراحی این سیستم‌ها، چگونگی استخراج قدرت بیشتر از موتور و محدوده‌های قانونی را بررسی می‌کنیم.
اجزای تشکیل‌دهنده سیستم اگزوز
طرح سیستم اگزوز بسته به نوع خودرو، تعداد سیلندرها، محل قرارگیری موتور و غیره متفاوت است، اما بیشتر آن‌ها از اجزای مشترک مشابهی تشکیل شده‌اند:
- منیفولد (هدر): گازهای خروجی را مستقیماً از هر سیلندر موتور جمع‌آوری می‌کند و جریان را به یک لوله پایین‌رونده (داون‌پایپ) می‌فرستد که سپس به مبدل کاتالیستی متصل می‌شود تا آلاینده‌های مضر کاهش یابند.
- فیلتر ذرات (برای خودروهای دیزلی و مدل‌های بنزینی جدید): به بخش مرکزی (که اغلب مجهز به صداگیر است) متصل می‌شود و پس از آن صداگیر باکِس عقب و لوله خروجی قرار دارد.
اکثر خودروهای معمولی از فولاد برای این قطعات استفاده می‌کنند، اما خودروهای اسپرت بالا رده و گزینه‌های افترکارکت ممکن است از فولاد ضدزنگ برای مقاومت در برابر خوردگی یا فلزات سبک‌وزن مانند تیتانیوم یا اینکونل (یک سوپرآلیاژ پایه نیکل) استفاده کنند.
شرکت‌های تیونینگ می‌توانند قطعات ارتقاءیافته را به‌صورت جداگانه ارائه دهند، اما سیستم‌های آن‌ها اغلب به‌عنوان یک بسته کامل طراحی می‌شوند تا جریان گاز را از موتور تا لوله خروجی بهینه‌سازی کنند.
اگزوز ارتقاءیافته
در خودروهای تولید انبوه، خودروسازان به‌دلیل محدودیت‌های هزینه توسعه و مواد (به‌علاوه مقررات صدا / آلایندگی) در طراحی سیستم‌های اگزوز، پتانسیل‌های افزایش کارایی را نادیده می‌گیرند. این همان جایی است که سیستم‌های سفارشی وارد عمل می‌شوند. به‌طور کلی، هدف این است که مسیر خروج گازها کارآمدتر شود که این امر از طریق محاسبه دقیق مسیر لوله‌ها، طول و قطر آن‌ها، همچنین خم‌های نرم‌تر و جوشکاری بهتر قابل دستیابی است.
گاهی از پوشش‌های سرامیکی نیز استفاده می‌شود که گرما را در داخل لوله‌ها حفظ می‌کنند تا گازها سریع‌تر حرکت کنند و دمای محفظه موتور کاهش یابد، ضمن اینکه در برابر خوردگی مقاومت می‌کنند.
امروزه تخصص برخی شرکت‌های اگزوزساز توجه خودروسازان را جلب کرده و منجر به همکاری بین آن‌ها شده است. برای مثال، شرکت بریتانیایی جانسپید در دهه ۶۰ میلادی سیستم‌های ویژه برای مینی‌ها توسعه داد و اکنون با برندهایی مثل بنتلی، استون مارتین و لوتوس همکاری می‌کند. آکراپوویچ نیز یکی دیگر از تأمین‌کنندگان اگزوزهای سفارشی است که برای برندهایی مانند آلفارومئو و فولکس‌واگن سیستم اگزوز تولید می‌کند. این موارد، علاوه‌بر اگزوزهایی هستند که آکراپوویچ مستقلا برای بی‌ام‌و با دیگر برندهای مشهور می‌سازد.
منیفولد و داون‌پایپ‌های ارتقاءیافته
انواع مختلفی از پیکربندی‌های منیفولد موجود است که روش‌های متفاوتی برای هدایت گازهای خروجی از هر سیلندر به یک جریان واحد ارائه می‌دهند. برای مثال:
- سیستم ۴-۲-۱: گازهای چهار سیلندر را جمع‌آوری کرده و ابتدا به دو لوله و سپس به یک لوله واحد هدایت می‌کند. این طرح قدرت میانی موتور را افزایش می‌دهد.
- سیستم ۴-۱: همان‌طور که از نامش پیداست، چهار لوله اولیه را مستقیماً به یک لوله واحد متصل می‌کند. این طرح معمولاً قدرت در دورهای بالا را بهبود می‌بخشد.
همچنین منیفولدهای با طول مساوی و نامساوی موجودند. در نوع نامساوی، لوله‌های اولیه مسیر مستقیمی از موتور به داون‌پایپ دارند، در حالی که در نوع مساوی، مسیر پیچیده‌تری طراحی می‌شود تا گازهای هر سیلندر مسافت یکسانی را طی کنند.
در مورد قطر لوله اگزوز، بزرگ‌تر همیشه بهتر نیست. به‌طور کلی، لوله‌های با قطر کوچک‌تر جریان گاز را سریع‌تر کرده و گشتاور در دورهای پایین را افزایش می‌دهند، در حالی که لوله‌های با قطر بزرگ‌تر فشار معکوس را کاهش داده و قدرت در دورهای بالا را بهبود می‌بخشند.
خودروهای توربو موارد خاصی هستند، زیرا از جریان گاز پرسرعت در اگزوز بهره می‌برند تا توربو را بچرخانند. این امر معمولاً با استفاده از منیفولد با قطر کوچک‌تر محقق می‌شود. پس از توربو، لوله‌های با قطر بزرگ‌تر برای کاهش فشار معکوس و حداکثر پاسخ‌دهی توربو مفید هستند. داون‌پایپ‌های سفارشی راه‌حل محبوبی برای دستیابی به این هدف هستند.
البته باید تعادل رعایت شود و قطر اگزوز با قدرت موتور متناسب باشد. اگر قطر لوله بیش‌ازحد بزرگ باشد، گازها به‌اندازه کافی سریع از سیستم عبور نمی‌کنند. تولیدکنندگان سفارشی معمولاً بر اساس مشخصات موتور شما، قطر لوله مناسب را پیشنهاد می‌دهند.
مبدل‌های کاتالیستی ارتقاءیافته (کات اسپرت)
به منظور کاهش فشار معکوس، تولیدکنندگان سفارشی مبدل‌های کاتالیستی ارتقاءیافته‌ای ارائه می‌دهند که محدودیت کمتری نسبت به نمونه‌های کارخانه‌ای دارند و در برخی موارد همچنان برای استفاده در جاده قانونی هستند.
داخل یک مبدل کاتالیستی ساختار لانه‌زنبوری با کانال‌های متعدد وجود دارد که با پوشش‌های فلزی خاصی پوشانده شده‌اند تا واکنش‌های شیمیایی با گازهای خروجی را تقویت و آلاینده‌ها را کاهش دهند. در مقایسه با کات استاندارد، یک کات اسپرت تعداد این کانال‌ها (که سلول نامیده می‌شوند) را کاهش می‌دهد تا جریان گاز بهبود یابد و صدای بهتری تولید شود. با وجود تعداد کمتر سلول‌ها، بسیاری از کات‌های اسپرت همچنان آلاینده‌ها را به سطحی کمتر از حد مجاز برای قبولی در تست معاینه فنی (MOT) کاهش می‌دهند، اما قبل از نصب بهتر است این موضوع را با تولیدکننده تأیید کنید.
در مورد قانونی بودن، حذف کات و نصب لوله جایگزین کات (دکَت) مسئله دیگری است که بعداً به آن می‌پردازیم.
باکس‌های عقب و صداگیرهای ارتقاءیافته
یکی از رایج‌ترین ارتقاءهای اگزوز، نصب باکس عقب اسپرت (که گاهی به آن اگزوز «کَت-بک» نیز گفته می‌شود) است. تعویض باکس عقب استاندارد با نمونه‌ای که محدودیت کمتری دارد می‌تواند تغییر چشمگیری در تن و صدای موتور ایجاد کند و حتی ممکن است عملکرد آن را بهبود بخشد. کلید این موفقیت در طراحی صداگیر نهفته است که در خودروهای جاده‌ای معمولاً تعادل دقیقی بین عملکرد و صدا برقرار می‌کند.
به‌طور کلی، یک سیستم آزاد با حداقل صداگیری بیشترین بازدهی را از موتور خارج می‌کند، اما ممکن است سطح صدای غیرمجاز (و ناهنجار) تولید کند.
جیمز هپل، مدیر مهندسی جانسپید، توضیح می‌دهد:
«از نظر عملکردی، یک اگزوز مستقیم (بدون صداگیر) بهترین است. اما ما سیستم‌هایی طراحی می‌کنیم که در عین بهینه‌سازی جریان گاز، سطح صدای معقول و صدای بالغ و تنظیم‌شده‌ای ارائه می‌دهند. نکته اصلی حذف صدای نامطلوبی است که در برخی سیستم‌ها در دورهای میانی موتور شنیده می‌شود.»
یکی از راه‌حل‌های مشکل صدای بیش‌ازحد، استفاده از سیستم اگزوز مجهز به شیر کنترل است. بسیاری از خودروهای اسپرت مدرن از کارخانه با تنظیمات قابل تغییر اگزوز عرضه می‌شوند و برخی محصولات سفارشی می‌توانند این قابلیت را از طریق یک کنترلر شیر و ریموت داخل خودرو به مدل‌های قدیمی اضافه کنند. در خودروهایی که از ابتدا اگزوز دارای شیر بوده‌اند، سیستم‌های سفارشی گاهی می‌توانند به سوئیچ‌ها/حالت‌های رانندگی استاندارد متصل شوند تا عملکرد کارخانه‌ای حفظ شود.
ملاحظات قانونی
هنگام استفاده از سیستم‌های اگزوز پس‌از فروش، باید به چند نکته مهم توجه کرد:
- حذف کاتالیست (دکَت):
- در اروپا برای خودروهای تولید شده از سپتامبر 2002 به بعد، جایگزینی مبدل کاتالیستی با لوله مستقیم، استفاده از خودرو در جاده را غیرقانونی می‌کند.
- تست معاینه فنی وجود کاتالیست را الزامی می‌داند.
- حذف کاتالیست ممکن است باعث عبور از حد مجاز آلایندگی خودرو شود.
- محدودیت‌های صدا:
- بسیاری از کشورهای دنیا مقررات EU 540/2014 را برای خودروهای جدید اجرا می‌کنتد.
- سطح صدا در تست‌های تأیید نباید از 72 دسی‌بل تجاوز کند.
- تغییر سیستم اگزوز برای افزایش صدا نسبت به حالت استاندارد غیرقانونی است.