ระบบไอเสียเป็นส่วนสำคัญของเครื่องยนต์รถยนต์ ไม่เพียงส่งผลต่อสมรรถนะของเครื่องยนต์เท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อการควบคุมการปล่อยมลพิษและเสียงรบกวนของรถยนต์ด้วย มาดูส่วนประกอบต่างๆ ของระบบไอเสียและวิธีการทำงานกันดีกว่า
ความเฉื่อยไอเสีย
ก๊าซมีความเฉื่อยบางอย่างในระหว่างกระบวนการไหล และความเฉื่อยของไอเสียมีค่ามากกว่าความเฉื่อยไอดี การใช้พลังงานของความเฉื่อยไอเสียสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพไอเสียได้ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในเครื่องยนต์ที่มีสมรรถนะสูง หลายๆ คนคิดว่าลูกสูบจะดันก๊าซไอเสียออกในระหว่างจังหวะไอเสีย แต่ในความเป็นจริง ทันทีที่วาล์วไอเสียเปิดออก ก๊าซไอเสียจำนวนมากจะถูกขับออกจากวาล์วไอเสียด้วยความเร็วสูงมาก ในเวลานี้สถานะไม่ได้ถูกผลักออกโดยลูกสูบ แต่จะถูกดีดออกด้วยตัวเองภายใต้ความกดดัน หลังจากที่ก๊าซไอเสียเข้าสู่ท่อไอเสีย มันจะขยายและคลายการบีบอัดทันที ก่อให้เกิดสถานะแรงดันลบ
ชีพจรไอเสีย
พัลส์ไอเสียเป็นคลื่นความดันที่ถูกส่งเข้าไปในท่อไอเสียเพื่อสร้างคลื่นความดัน พลังงานของคลื่นแรงดันบวกและคลื่นแรงดันลบสามารถใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพไอดีและไอเสีย พลังงานของคลื่นความดันบวกและคลื่นความดันลบเท่ากัน แต่มีทิศทางตรงกันข้าม
คลื่นความดัน
เมื่อก๊าซไอเสียผ่านพื้นที่หน้าตัดต่างๆ จะเกิดความแตกต่างของแรงดัน ก่อตัวเป็นคลื่นแรงดัน คลื่นความดันสูงสุดมักเกิดขึ้นที่ปลายท่อไอเสีย และคลื่นความดันจะถูกส่งไปมาระหว่างพอร์ตไอเสียและวาล์วไอเสีย ยิ่งมีการสะท้อนมาก พลังงานก็จะน้อยลงจนกว่าจะเกิดคลื่นความดันใหม่ ในการใช้คลื่นแรงดัน เวลาเปิดวาล์วไอเสียมีความสำคัญมาก หากเกิดแรงดันลบเมื่อเปิดวาล์วไอเสีย ประสิทธิภาพไอเสียจะดีขึ้น ในการเปลี่ยนเวลามาถึงของคลื่นแรงดันลบ จะต้องพิจารณาความยาวของท่อไอเสียเนื่องจากความเร็วการนำของคลื่นความดันยังคงไม่เปลี่ยนแปลง
ปรากฏการณ์ดูด
ก๊าซไอเสียที่เข้าสู่ท่อร่วมทำให้เกิดการดูดต่อท่ออื่นๆ ที่ยังไม่หมดแรงเนื่องจากความเฉื่อยในการไหล ก๊าซไอเสียจากท่อที่อยู่ติดกันจะถูกดูดออก ปรากฏการณ์นี้สามารถใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพไอเสียได้ เมื่อกระบอกสูบหนึ่งหมด กระบอกสูบถัดไปจะเริ่มหมด ท่อไอเสียจะถูกรวมเข้าด้วยกันตามกระบอกสูบสัมพัทธ์การจุดระเบิดเป็นมาตรฐานการจัดกลุ่ม และท่อไอเสียอีกกลุ่มหนึ่งถูกรวมเข้าด้วยกันในรูปแบบ 4 ใน 2 ใน 1 โดยใช้ปรากฏการณ์การดูดเพื่อช่วยไอเสีย
ท่อไอเสีย
หากก๊าซไอเสียอุณหภูมิสูงและแรงดันสูงที่เครื่องยนต์ปล่อยออกมาออกสู่ชั้นบรรยากาศโดยตรง ก๊าซจะขยายตัวอย่างรวดเร็วและทำให้เกิดเสียงดังมาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ทำความเย็นและปิดเสียง ภายในท่อไอเสียมีรูเก็บเสียงและช่องสะท้อนเสียงมากมาย และผนังด้านในมีผ้าฝ้ายดูดซับเสียงใยแก้วเพื่อดูดซับแรงสั่นสะเทือนและเสียงรบกวน ประเภทที่พบบ่อยที่สุดคือท่อไอเสียแบบขยายซึ่งต้องมีช่องยาวและสั้นอยู่ข้างใน เนื่องจากจำเป็นต้องใช้ห้องขยายลำกล้องสั้นเพื่อกำจัดเสียงความถี่สูง และใช้ห้องขยายลำกล้องยาวเพื่อกำจัดเสียงความถี่ต่ำ หากใช้เฉพาะช่องขยายที่มีความยาวเท่ากัน ความถี่เสียงเดียวเท่านั้นที่จะถูกตัดออก แม้ว่าเดซิเบลจะลดลง แต่ก็ไม่สามารถสร้างเสียงที่หูของมนุษย์ยอมรับได้ ท้ายที่สุดแล้ว การออกแบบท่อไอเสียต้องคำนึงว่าผู้บริโภคจะยอมรับเสียงไอเสียของเครื่องยนต์ได้หรือไม่
ด้วยการออกแบบและการกำหนดค่าส่วนประกอบเหล่านี้อย่างเหมาะสม ระบบไอเสียไม่เพียงแต่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ แต่ยังช่วยลดมลพิษทางเสียง ทำให้รถวิ่งได้ราบรื่นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น
