Sistemul de evacuare îndeplineşte 3 funcţii principale:
- Transferă gazele de evacuare de la motor către spatele autovehiculului.
- Menţine nivelul sonor la un nivel minim, reglementat de instituţii abilitate la niveluri diferite în funcţie de clasă în care se încadrează şi ţara respectivă
- Converteşte o mare parte din gazele poluante emise de motor în gaze inerte sau gaze cu efect de seră.
Sistemul de evacuare este o parte esenţială a motorului şi trebuie menţinut în stare bună de funcţionare pentru a asigura funcţionarea optimă a motorului (puterea şi consumul de combustibil), menţinerea nivelului sonor în normele admise şi reducerea emisiilor poluante.
PRINCIPALELE FUNCŢII ALE SISTEMULUI DE EVACUARE SUNT:
Controlul emisiilor
În zilele noastre, una dintre cele mai importante funcţii ale sistemului de evacuare este controlul emisiilor. Toate sistemele de evacuare trebuie să fie proiectate şi fabricate, cu scopul a reduce cât mai mult posibil emisiile poluante incluse în gazele de eşapament ieşite din camera de combustie, înainte ca aceste gaze să fie eliberate din sistemul de evacuare în atmosferă. Pentru a realiza această sarcină cu succes, sistemul de evacuare trebuie să aibă o valoare precisă a contrapresiunii şi ar trebui să includă şi alte elemente active, ex. Convertoare catalitice, senzori lambda, filtre de particule, etc, care să facă gazele de eşapament mai
curate, înainte de a părăsi sistemul de evacuare şi de a trece în atmosfera.
Reducerea zgomotului
Sunetul este definit ca orice variaţie de presiune într-un mediu aerian sau într-un mediu lichid, care poate fi detectat de urechea umană.
Cele mai importante două caracteristici care trebuie să fie cunoscute pentru a evalua sunetul/zgomotul sunt
amplitudinea şi frecvenţa. Amplitudinea, care este înălţimea undei sonore de la vârf la bază, determină intensitatea sunetului. Lungimea de undă determină frecvenţa sau tonul sunetului. Explicat într-un mod mult mai simplificat, sunetul este un val de aer în mişcare, care, cu cât se mişcă mai repede cu atât va produce un sunet mai puternic. Toate sistemele de evacuare convenţionale sunt proiectate şi fabricate pentru a scădea viteza gazelor de eşapament (şi a nivelului de zgomot) înainte ca aceste gaze să fie eliberate în atmosferă.
Canalizarea corectă a gazelor de eşapament spre exterior
În toate procesele de combustie, unde combustibilul (motorină sau benzină) este ars, câteva componente periculoase sunt produse care ar trebui eliberate din motorul autovehiculului în atmosferă prin intermediul sistemului de evacuare. Aceste elemente periculoase includ monoxidul de carbon (CO), hidrocarburi nearse (HC), oxizi de azot (NOx), pulberile în suspensie şi altele. Unele dintre aceste componente sunt foarte cancerigene cum ar fi MTBE conţinut în combustibil fără plumb ca aditiv antidetonant, şi compuşi cum ar fi 3- nitrobenzatrone Şi 1,8-dinitropirene, conţinute în emisiile de motorină. Compusul 1,8 dinitropirene, prezent de asemenea şi în emisiile de motorină, a fost până la descoperirea a 3- nitrobenzatrone, cel mai cancerigen compus descoperit vreodată de omenire.
Optimizarea motorului în 4 timpi
Factorul cheie atunci când construieşti un sistem de evacuare este efortul care trebuie făcut de gazele de eşapament pentru a trece prin sistem şi după aceea afară în atmosferă. Acest efort este ceea ce noi numim contrapresiunea sistemului de evacuare. Companiile constructoare de autovehiculelor au investit sute de mii de euro în proiectarea motoarelor care ne pot oferi performanţe maxime, dar cu un consum minim, şi toată această investiţie poate fi complet pierdută dacă nivelul contrapresiunii nu este cel corect pentru motorul specificat. Pe de altă parte, este aproape imposibil să trecem peste normele de mediu europene (Euro IV, V) dacă nivelul contrapresiunii sistemului de evacuare nu este întocmai/exact corect. Contra presiunea din sistemul de evacuare variază în funcţie de turaţia motorului. Din această cauză, fabricanţii au proiectat sistemul de evacuare ca acesta să menţină contrapresiunea ideală între limitele de turaţie la care
funcţionează în mod normal un motor.
Contrapresiunea la motorul în 4 timpi
În zilele noastre majoritatea vehiculelor sunt echipate cu motoare în 4 timpi (diesel sau benzină). Datorită modului de funcţionare a unui motor în 4 timpi, contrapresiunea este critică. Pentru a înţelege de ce contrapresiunea este foarte importanta trebuie să înţelegem cu funcţionarea (timpii) unui motor în 4 timpi:
- Admisia: Prin deschiderea supapei de admisie, pistonul se duce în jos deplasându-se de la punctul mort superior în punctul mort inferior şi se introduce în cilindru un amestec de aer cu vapori de combustibil.
- Compresia: Odată ce pistonul a atins punctul mort inferior supapa de admisie se închide, iar pistonul începe compresia amestecului
- Arderea: În momentul în care pistonul a ajuns în punctul mort superior, amestecul este comprimat şi are loc explozia. O descărcare electrică a bujiei aprinde amestecul carburant a cărui ardere are loc rapid, ca o explozie. De aici provine şi denumirea alternativă de motor cu explozie. Presiunea şi temperatura în cilindru cresc brusc şi pistonul este împins. Timpul 3 este timpul motor, în care se efectuează lucru mecanic asupra pistonului. La sfârşitul acestui timp se deschide supapa de evacuare
- Evacuarea: Evacuarea gazelor arse în atmosferă începe printrun proces de răcire izocoră, până când gazele ajung la presiunea atmosferică. Pistonul se ridică şi gazele sunt evacuate, supapa de evacuare fiind deschisă. La capătul ciclului supapa de evacuare se închide iar supapa de admisie se deschide şi începe un nou ciclu.
Ce se întâmplă când contrapresiunea sistemului de evacuare este mai mare faţă de limita maximă?
Când sistemul de evacuare are o contrapresiune mai mare faţă de cea specificata de constructor (gazele au nevoie de mai mult timp pentru a ieşi din sistemul de evacuare) o anumită cantitate de gaze arse va rămâne în camera de ardere, după suprapunerea deschiderii valvelor de evacuare şi admisie, amestecându-se cu amestecul proaspăt de aer-carburant din timpul admisiei.
Din această cauză aceast nou amestec de gaze proaspete şi arse va avea o explozie mai slabă şi la sfârşitul procesului de ardere, amestecul încă mai arde rezultând o scădere a puterii motorului şi înroşirea galeriei de evacuare, fenomen ce apare în momentul în care gazele care încă mai ard ies din camera de ardere spre sistemul de evacuare în timpul procesului de ardere. Datorită acestei funcţionari defectuoase, supapele de admisie vor fi deteriorate (topite), pierzându-şi proprietatea de etanşare astfel, o parte a amestecului va scăpa spre sistemul de evacuare din camera de ardere pe timpul compresiei cauzând, o şi mai mare pierdere de putere a motorului. Pe de altă parte în momentul în care gazele ajung la catalizator monolitul din el începe să se topească. Viteza procesului de topire depinde de cât de gravă este problemă valorii contrapresiunii, putând dura de la câteva minute la câteva luni. Procesul de topire a monolitului se
datorează temperaturii crescute a gazelor care încă mai ard când ajung în catalizator, temperatura ce poate ajunge şi la 1800 C.
Această problemă apare atunci când:
- A fost instalat un catalizator ce nu a fos proiectat pentru acel tip de motor.
- A fost instalat amortizor de sunet universal în sistemul de evacuare.
- Părţi ale sistemului de evacuare au fost asamblate prin sudură (diametrul interior al ţevii se micşorează).
- Ţevile şi mufele sistemului de evacuare corodează în interior, astfel apare o variaţie a diametrului deci şi o variaţie a contrapresiunii.
Ce se întâmplă când contrapresiunea sistemului de evacuare este mai mică fată de limita minimă?
Când sistemul de evacuare are o contrapresiune mai mică fată de cea specificata de constructor, gazele vor scăpa mai repede din camera de ardere pe durata procesului de evacuare. Pe durata suprapunerii deschiderii valvelor de admisie şi evacuare, gazele vor scăpa mai repede şi mai uşor spre sistemul de evacuare ducând la scăpări, spre sistemul de evacuare a unei mici părţi, a noului amestec, ce este introdus în timpul procesului de evacuare a gazelor arse.Se înţelege de la sine că dacă pierdem din cantitatea de amestec proaspăt, pierdem şi din puterea motorului deoarece, va fi arsă o cantitate mai mică de carburant pe unitatea de timp faţă de o parametrii optimi.
Pe lângă pierderea de putere datorită vitezei crescute a gazelor de străbatere a sistemului de evacuare către atmosferă nivelul de zgomot va fi mult mai ridicat.
Această problemă apare atunci când:
- A fost instalat amortizor de sunet (mai ales amortizoarele de sunet sport) sau catalizator neomologat, pe vehicul
- Datorită unei pierderi de aer a sistemului de evacuare datorită vibraţiilor sau ruginei.
Cauze posibile pentru defectarea sistemului de evacuare
Sistemul de evacuare se poate defecta din mai multe cauze. Aceste cauze pot fi grupate în trei mari categorii: rugina, vibraţiile şi folosirea incorectă a sistemului de evacuare.
Toate aceste trei categorii de probleme generează acelaşi efect, contrapresiune prea mare. Aceasta contrapresiune prea mare, n cazul vehiculelor cu catalizator, afectează performanţele și consumul motorului şi, nu în ultimul rând, cauzează producerea topirea monolitului din convertorul catalitic, ce atrage după sine reparaţia motorului, reparaţie ce poate fi foarte costisitoare.
Una din cele mai des întâlnite problem ale sistemului de evacuare este rugina. Rugina este cea mai evidentă şi mai uşor de detectat problemă. Există două procese de ruginire: Ruginirea externă (de la exterior la interior), ce se datorează elementelor externe. Un bun exemplu este acela al ruginii produsă pe componentele metalice neprotejate (inclusiv sistemul de evacuare) ale vehiculului, când acestea iau contact cu sarea şi apa ce se găsesc pe şosele mai ales în anotimpul rece, pentru a se evita apariţia poleiului pe carosabil.
Al doilea tip de rugină este cea internă (de la interior la exterior) produsă în tobele finale datorită contactului cu apa internă, cu substanţele chimice şi depunerilor generate de condensarea gazelor de eşapament, atunci când sistemul de evacuare este rece. Această problemă afectează majoritatea vehiculelor ce sunt folosite pe distanţe scurte datorită faptului că sistemul de evacuare nu atinge temperaturile optime de funcţionare astfel încât apa din sistem să fie condensată şi evacuată complet. O maşină pe benzină trebuie să meargă continuu pentru aproximativ 40 km la turaţii normale ale motorului (între 2.000 rot/min şi 4.000 rot/min) pentru a usca complet sistemul de evacuare. Rugina internă devine o problemă serioasă când ajunge până la straturile externe ale componentelor. În acest caz, componentele interne sunt şi mai afectate, acestea trebuind înlocuite neapărat. Aceste situaţii pot produce variaţii serioase a contrapresiunii. O altă cauză des întâlnită în schimbarea tobei finale sunt vibraţiile.În această situaţie este foarte important să înţelegem care sunt cauzele ce au dus la apariţia vibraţiilor şi cum pot fi ele evitate.
Vibraţii datorate suporţilor din cauciuc ai tobei finale învechiţi sau uzaţi este cea mai comună cauză a vibraţiilor sistemului de evacuare şi în acelaşi timp, poate cea mai uşor de remediat. Suporţii (inelele) sistemului de evacuare sunt făcuţi din cauciuc, material cu o durată de viaţă influenţată de temperatură. Atunci când acest cauciuc este expus unor temperaturi ridicate, pentru perioade scurte de timp, compoziţia chimică i se schimbă gradual devenind din ce în ce mai tare şi mai puţin elastic. Aceste schimbări chimice au că efect transmiterea tuturor şocurilor mecanice sistemului de evacuare, astfel că în cele din urmă acesta cedează. Metoda de a verifica dacă problema constă în zona suporţilor de cauciuc constă în inspectarea zonei în care ţeava de eşapament este sudata de tobă finală. În cazul în care suporţii s-au întărit şi rigidizat, ţeava se va mişca la intrarea în toba finală (sudura este ruptă datorită vibraţiilor excesive), ruptura fiind una perfect rotundă datorita vibraţiilor foarte mari în toate direcţiile). Atunci când se înlocuieşte o tobă finală ruptă este foarte indicat să înlocuiţi şi suporţii de cauciuc.
Vibraţii datorate unor suporţilor de cauciuc ai motorului învechiţi sau ale cuplajelor elastice ale transmisiei:
Principala funcţie a suporţilor de cauciuc ai motorului este să absoarbă vibraţiile (mişcările laterale) generate de motor în timpul funcţionării. Aceste elemente sunt de asemenea supuse procesului de deteriorare chimică datorat temperaturilor înalte şi a presiunii existente în acele zone. În unele cazuri de vehicule cu tracţiune spate, problemele legate de vibraţii se înrăutăţesc deoarece cuplajele elastice ale
transmisiei se deteriorează sau se uzează. În acest caz, sistemul de evacuare se va deplasa excesiv pe lateral. Intervalele de schimbare ale acestor elemente variază între 40 000 km şi 80 000 km. Probleme apărute în urma montajului defectuos sau în urma folosirii unor piese neomologate. În momentul în care se montează o tobă finală neomologată pentru acel tip de maşină, se va obţine o altă valoare a contrapresiunii fata de cea gândită de constructor, pentru că motorul să funcţioneze la parametrii optimi. Indiferent dacă, valoarea contrapresiunii este mai mare sau mai mică decât cea normală, aceasta generează o serie întreagă de probleme motorului (pierderi de amestec în momentul suprapunerii deschiderii supapelor). Aceste gaze ajung în catalizator distrugându-l încet dar, sigur. Pe lângă aceste probleme mai apar şi creşteri ale consumului de carburant şi lipsa puterii motorului la turaţii normale de funcţionare a motorului.
Singurul mod de a prevenii aceste situaţii este de a monta numai piese omologate.
Posibile cauze ale defectării catalizatorului
În general la o maşină a cărei întreţinere a fost efectuată corespunzător durata de viaţa a unui catalizator variază între 100 000 km şi 150 000 km, depinzând de model şi de modul în care este folosită.
În afară de uzura normală, un catalizator se poate defecta din mai multe cauze:
- Contaminarea cu depozite fosforoase din ulei.
- Contaminarea datorită amestecului greşit aer-carburant.
- Topirea monolitului datorită unei aprindei defectuoase.
- Impactul cu pietre sau alte obstacole aflate pe carosabil.
- Valoarea contrapresiunii aflată înafara limitelor admise.
