Co je výfuk?

Výfukový systém je zařízení, jehož hlavními úkoly je odvod plynů  a tlumení hluků vznikajících při spalování paliva.

Vzhledem k nárokům kladených na ekologii a životní prostřední, současně s neustále se zvyšující technologickou náročností dnešních automobilů, existuje propastný rozdíl mezi výfukovými systémy vyráběnými dnes a v minulosti.

V době, kdy revolučně narůstá počet automobilů a s ním i tlak na životní prostředí, je výfukový systém významným činitelem, který výrazně ovlivňuje redukci škodlivin opouštějících automobil. Proto se staly katalyzátor a lambda sonda nezbytnou součástí výfukových zařízení.

Výfuk

Požadavky

Hlavním požadavkem na konstrukci výfuku je jeho optimalizace, tj. nalézt takovou konstrukci výfuku, která zachová výkon automobilu, nezvýší jeho spotřebu a zároveň splní předepsané normy stále se zpřísňující legislativy na snížení emisí a tlumení hluku.

Podobně totiž jako sací potrubí, i výfukový systém dokáže výrazně ovlivnit kvalitu plnění a výkon motoru. Významným činitelem je zde dynamika výfukových plynů chovajících se při rozdílu v tlaku plynů v motorovém prostoru při otevření výfukového ventilu a ve výfukovém systému samotném. Vlivem velkého tlakového rozdílu mezi válcem a výfukem proudí výfukové plyny z válce do výfuku rychlostí zvuku a způsobují zpětnou tlakovou vlnu. Ta může za určitých podmínek zabránit dalšímu vyprázdnění válce a to v okamžiku kdy jsou tlakové poměry pro spalování rozhodující. Pokud je tlak ve výfuku vysoký, znemožní úplnému vyprázdnění válce a ovlivní tak kvalitu plnění válce palivovou směsí s negativním dopadem na výkon motoru.

Při správné konstrukci výfuku (ale též seřízení ostatních souvisejících motorových součástí) dochází k minimalizaci tlaku a téměř dokonalému vyprázdnění válce. Jedním z hlavních činitelů ovlivňujících minimalizaci nepříznivého zpětného tlaku je vhodná konstrukce výfukových svodů a usměrnění toku plynů tak, aby nedocházelo ke tlakovým špičkám.

Výfukové svody

Jsou prvním dílem výfukového systému, odvádějícího výfukové plyny od hlav válců motoru do dalšího dílu výfukového potrubí.

Z důvodu vysokých teplot odváděných plynů (přes 1200°C) jsou vyrobeny z litiny. U nejběžnějších 4-válcových motorů dochází obvykle k postupnému spojení 4 trubek do 2 a do 1 trubky, přičemž se vždy zvýší průměr trubky pro zabezpečení odvodu zvětšeného objemu plynů. Podle spalování se spojují vždy nejvíce vzdálené válce, nejčastěji 1 + 4 a 2+3.

V ideálním případě by měly být trubky stejně dlouhé, vzhledem k omezeným možnostem v motorovém prostoru není toto vždy proveditelné.

Další díly výfuku

U sériově vyráběných vozů s motory vpředu se dále výfukové potrubí většinou skládá z předního potrubí, katalyzátoru s lambdasondou, předního tlumiče a hlavního tlumiče. Přední potrubí vede výfukové plyny od výfukových svodů ke katalyzátoru a právě z tohoto důvodu se pro jeho výrobu používá nerezový materiál.

U motorů s vyššími vibracemi (silnější benzínové či dieselové motory) bývají součástí předního potrubí pružné kompenzátory, skládající se z několika pružných vrstev snižující přenos vibrací z motoru na výfukové potrubí. Tím snižují jeho náchylnost k poškození vlivem vibrací. Vyrábějí se zpravidla z nerezového materiálu.

Následuje katalyzátor, který redukuje škodliviny ve výfukových plynech a je jím vybavena většina vozů. Ke zvýšení životnosti a efektivity katalyzátoru je právě před ním umístěna lambdasonda – čidlo, které posílá do řídící jednotky vozu údaje o složení výfukových plynů.

U nejnovějších dieselových motorů se stává součástí výfukového systému též filtr pevných částic. Bývá umístěn u katalyzátoru a nebo je součástí předního tlumiče. Tento filtr výrazně redukuje emise u dieselových motorů.

Výfuk

Za katalyzátorem bývají nejčastěji umístěny dva tlumiče. Dle tlumení hluku existují tři typy tlumičů – absorpční, rezonanční a absorpčně-rezonanční. U absorpčního tlumiče může plyn volně procházet.

Tlumení hluku probíhá skrz perforované trubky, které jsou obklopeny hlukpohlcujícím materiálem, buď vzduchovými komorami a nebo nejčastěji skelným vláknem. U reflexních tlumičů jsou uvnitř využívány reflektující překážky, které eliminují nežádoucí zvukové frekvence.

Většina dnešních předních tlumičů je absorpční, vzhledem k provozním teplotám kolem 800°C se hluk absorbuje do vzduchových komor. U koncových tlumičů, kde teploty dosahují maxim kolem 350°C a nehrozí tak poškození tlumícího materiálu, je časté užití absorpční (s absorpcí hluku do tlumícího materiálu), a dále reflexní respektive kombinace obou zmíněných.

Výfuk

Všechny tlumiče, nadměrně ohnuté spojovací trubky a zejména pak katalyzátor, brání volnému průchodu výfukových plynů a zvyšují tak protitlak, což se více či méně projevuje na snížení výkonu motoru.

Nejlepších výkonů lze dosáhnout u absorpčního tlumiče, u kterého může plyn volně procházet. Odstraněním hlavního tlumiče lze navíc dosáhnout dalšího nárůstu výkonu, vzhledem k výraznému nárůstu hluku je toto však nepřípustné.

Snahou výrobců sportovních výfuků je optimalizovat výfukového potrubí s nejméně možným protitlakem. Z tohoto důvodu je zřejmé, že navařené koncovky či sportovní koncové tlumiče vliv na nárůst výkonu nemají.

Největší podíl na množství protitlaku přináší katalyzátor. Proto užitím objemově většího a nebo sportovního katalyzátoru, který má při stejné velikosti nižší vnitřní odpor než keramický katalyzátor, lze dosáhnout nejznatelnějšího nárůstu výkonu. Krom toho je samozřejmě výhodné snížit celkový odpor výfukové soustavy použitím větších průřezů trubek spolu s tlumiči s větší průchodností.

Výfuk