واحد دانش و تکنولوژی تبیان زنجان
سیستم اگزوز گازها را از محفظه احتراق موتور به جو حمل می نماید و صدای موتور را کم کرده یا از بین می برد. گازهای خروجی در یک لوله موتور را ترک می نمایند؛ البته قبل از خروج از لوله اگزوز از میان یک مبدل تحریک کننده (catalytic converter) و یک صدا خفه کن حرکت می کنند؛ واکنش های شیمیایی درون مبدل تحریک کننده، همه هیدروکربن های پرخطر و مونواکسید کربن تولیدشده بوسیله موتور را به بخار آب و دی اکسیدکربن تغییر می دهد. صدا خفه کن های مرسوم یک لوله فلزی هم فشرده با ماده کم توان کن صدا (sound-deadening) هستند.
مرسوم ترین اگزوزها، گرد یا بیضی شکل با لوله مجرای دخول و خروج در هر یک از دو انتها هستند. تولید کننده های اتومبیل در حال آزمایش صدا خفه کن الکتریکی ای هستند که برای آگاهی از موج های صوتی صدای اگزوز از سنسورهایی استفاده می کنند. اطلاعات مربوط به موج صوتی به یک رایانه که بلندگوهایی در نزدیکی لوله اگزوز را کنترل می کند فرستاده می شود. سیستم امواج صوتی ۱۸۰ درجه ناهمفاز تولید می کند. امواج صوتی از صدا خفه کن الکتریکی با امواج صوتی اگزوز برخورد کرده و یکدیگر را خنثی می نمایند و فقط مقدار کمی گرما برای خروج از لوله اگزوز باقی می ماند.
سیستم اگزوز وظیفه دارد گازهای خروجی موتور را ضمن بی صدا کردن آن به عقب وسیله نقلیه انتقال دهد. در بعضی دستگاههای اگزوز تجهیزات مخصوصی بکار می رود که دود اگزوز را تصفیه و بی خطر می کند. سیستم اگزوز در یک موتور اتوموبیل شامل : مانیفولد دود، لوله اگزوز، خفه کن و لوله دود پخش کن انتهایی است.
مانیفولد دود وظیفه دارد دود را از سوپاپهای خروجی گرفته و به لوله اگزوز انتقال دهد. وظیفه دیگر مانیفولد دود گرم کردن مانیفولد گاز در موقع سرد بودن موتور می باشد که به این وسیله سوخت بصورت بخار در آمده و از مایع شدن آن جلوگیری می شود. مانیفولد دود به اشکال مختلفی ساخته می شود؛ در یک موتور ردیفی مانیفولد در کناره موتور قرار می گیرد و در یک موتور V شکل به هر یک از بلوکه های سیلندر یک مانیفولد دود نصب می شود.
برای کاستن از سرعت گازهای خروجی موتور و بی صدا نمودن آن از گازهای خفه کن صدا استفاده می شود. صداخفه کن طوری طرح می شود که گازهای خروجی موتور در آن به آهستگی انبساط یافته و نیز به اندازه کافی از انرژی حرارتی آن کاسته شود. بعلاوه خفه کن صدا باید به نحوی طراحی گردد که فشار منفی در آن به حداقل برسد. فشار منفی ایجاد شده از خروج دودهای اگزوز جلوگیری کرده و تخلیه کامل دود موتور را با اشکال روبرو می کند؛ که نتیجه آن افت قدرت مفید موتور می باشد. صدا خفه کن ها گاهی بصورت مستقیم ساخته می شوند که در آن مسیر عبور دود به حالت مستقیم از جلوی خودرو به عقب می باشد. لوله وسط خودرو، لوله ای سوراخ دار و مشبک است و در وسط استوانه ای به قطر سه برابر قطر خود قرار می گیرد. در بعضی از مدل ها ، بین دو لوله میانی و خارجی خالی بوده و در برخی دیگر ، پشم فلزات ، مواد ضدگرمای صدا خفه کن و یا مواد نسوز متخلخل قرار می دهند. در بعضی صداخفه کن ها مسیر دود را بصورت برگشتی انحراف می دهند. گاهی برای بی صدا کردن دودها از دو صداخفه کن استفاده می کنند. این طرح در موتورهای پرقدرت ضروری می باشد. طراحی صداخفه کن از نظر شکل و محفظه در حذف فشار منفی و صداهای ناهنجار تاثیر مهمی دارد.
با انجام تغییرانی به جز تعویض انباری اگزوز با انواع اسپرتی مانند سوراخ کردن انباری نه تنها قدرتی به خودرو افزوده نمی شود بلکه مشکلاتی از قبیل دود گرفتگی در شمع ها و همچنین بالا تر رفتن مصرف سوخت اشاره کرد و خوب طبیعتا آلودگی صوتی ناشی از این عمل نیز کاملا واضح است . در حقیقت استفاده از انباری های اسپرت به دلیل داشتن سطح صاف تر به خروج گاز ها کمک می کنند .
اگر تا به حال صدای موتور بدون صدا خفه کن را شنیده باشید می دانید که یک صدا خفه کن تا چه حد روی صدا تاثیر دارد.درون آن تعدادی مجرای ساده با سوراخ هایی روی آن وجود دارد.این مجرا ها و محفظه ها به خوبی یک ساز موسیقی تنظیم شده اند.طوری طراحی شده اند تا امواج صدای تولید شده توسط موتور را به نحوی بازتاب کنند که تا حدی یکدیگر را خنثی کنند.
صدا خفه کن ها از چند فناوری جالب استفاده می کنند تا صدا را کم کنند. در این مقاله به درون یک صداخفه کن نگاه می کنیم و در باره ی اصول کار آن یاد می گیریم .
صدا از کجا می آید؟
صدا یک موج فشار است که از نوسان فشار هوا تولید می شود. این تپش ها در هوا با سرعت صوت حرکت می کنند
در یک موتور تپش ها وقتی بوجود می آیند که سوپاپ خروجی باز می شود و جریان گاز فشرده ناگهان وارد سیستم اگزوز می شود . مولکول های این گاز با مولکول های کم فشار درون لوله برخورد می کنند و آنها را فشرده تر می کنند این مولکول های فشرده به نوبه خود مولکول های مجاور را فشرده می کنند و خود کم فشار می شوند،بدین ترتیب موج صدا خیلی سریع تر از جریان گاز در لوله حرکت می کند
وقتی نوسانات فشار به گوش شما می رسد، پرده گوش می لرزد و مغز شما این لرزش را به عنوان صدا درک می کند
دو مشخصه ی اصلی موج تعیین می کند که ما صدا را چطور درک کنیم
● بسامد امواج صدا: بسامد بیشتر به این معنی است که فشار هوا سریع تر تغییر می کند هرچه موتور سریع تر کار کند،صدای زیر تری می شنویم و تغییرات کند تر صدای بم تری تولید می کند
● سطح فشار هوا : دامنه ی امواج بلندی صدا را تعیین می کند امواج صدایی با دامنه بیشتر ، پرده گوش ما را بیشتر حرکت می دهند و ما صدای بلندتری را درک می کنیم.
می توان دو یا چند موج صدا را به هم اضافه کرد و صدای کمتری بدست آورد،ببینیم چگونه.
چگونه می توان صدا را خنثی کرد؟
نکته اصلی درباره امواج صدا این است که صدای شنیده شده توسط گوش جمع تمام امواج صوتی است که در یک لحظه به گوش می رسد. وقتی به یک گروه موسیقی گوش می دهید،اگرچه چندین منبع صدای مشخص را می شنوید،اما موج های فشاری که پرده گوش را تحریک می کنند،با هم جمع می شوند بنا بر این پرده گوش در هر لحظه فقط یک فشار را حس می کند
نکته جالب این است که می توان موج صدایی تولید کرد که دقیقا مخالف موج دیگر باشد،این اساس کار گوشی های از بین برنده ی سر و صدا است که احتمالا دیده اید. به پویا نمایی پایین نگاه کنید هر دو موج صدا صوت خالص اند اگر دو موج هم فاز باشند با هم جمع شده و موجی با همان بسامد قبلی اما دامنه دو برابر را تولید می کنند به این،تداخل سازنده می گویند اما اگر دو موج دقیقا در فاز مخالف باشند،با هم جمع شده و صفر می شوند به این،تداخل ویرانگرمی گویند.در لحظه ای که موج اول در فشار بیشینه خود است دومی در کمینه است.اگر هردوی این موجها پرده گوش را در یک زمان تحریک کنند چیزی نخواهید شنید چون این دو موج همیشه یکدیگر را خنثی می کنند.
درون یک صدا خفه کن
در یک صدا خفه کن دسته ای مجرا وجود دارد این مجراها طوری طراحی شده اند که امواج را به شیوه ای بازتاب کنند که با هم تداخل و یکدیگر را خنثی کنند به درون این صدا خفه کن نگاه کنید:
گاز های اگزوز و امواج صدا از مجرای مرکزی وارد می شوند،این امواج به دیواره ی انتهایی برخورد کرده و از یک سوراخ به قسمت اصلی صدا خفه کن بر می گردند سپس از بین سوراخهایی وارد لوله دیگر شده و از آنجا خارج می شوند.
محفظه ای که تشدید کننده نامیده می شود با یک سوراخ به محفظه ی اول وصل شده است تشدید کننده حجم مشخص و طول معینی دارد تا موجی تولید کند که صدا هایی با بسامد مشخص را خنثی کند چگونه این کار انجام می شود ،بیایید نگاهی نزدیکتر بیاندازیم.
تشدید کننده
وقتی یک موج به سوراخ برخورد می کند بخشی از آن وارد محفظه می شود و بخش دیگری بازتاب می شود.موجی که وارد محفظه می شود به دیواره ی انتهایی صدا خفه کن برخورد می کند و به طرف خارج سوراخ برگردانده می شود.طول این محفظه طوری محاسبه شده که این موج دقیقا بعد از بازتاب موج بعدی از دیواره ی خارجی محفظه،از سوراخ خارج شود.در حالت ایده آل بخش پر فشار موجی که از محفظه خارج شده با بخش کم فشار موجی که از دیواره ی خارجی محفظه بازتاب شده تداخل کرده و این دو موج یکدیگر را خنثی می کنند.
پویا نمایی زیر نشان می دهد که چگونه تشدید کننده در یک صدا خفه کن ساده شده کار می کند.
در واقعیت صدایی که از موتور می آید ترکیبی از بسامدهای مختلف است و چون بیشتر این بسامد ها به دور موتور بستگی دارد صدای موتور تقریبا هیچ وقت در بسامد مناسب برای این اتفاق نیست.تشدید کننده طوری طراحی شده تا در بازه ی بسامدی که موتور بیشترین سر و صدا را تولید می کند بهترین عملکرد را داشته باشد اما حتی اگر بسامد، دقیقا برابر با آنچه تشدید کننده برای آن ساخته شده،نباشد باز هم کمی تداخل ویرانگر رخ می دهد
برخی خودرو ها به ویژه خودرو های تجملی که در آن ها صدای کم خصوصیت مهمی است جز دیگری در اگزوز دارند که شبیه یک صدا خفه کن است اما یک تشدید کننده است.این وسیله دقیقا شبیه محفظه ی تشدید کننده در صدا خفه کن کار می کند.ابعاد آن طوری محاسبه شده که امواج بازتاب شده توسط تشدید کننده بسامدهای معینی را در اگزوز خنثی کنند.
مشخصه های دیگری نیز در صدا خفه کن وجود دارد که به آن کمک می کند با روش های مختلف صدا را کم کند.بدنه ی صدا خفه کن از سه لایه تشکیل شده است.دو لایه نازک فلزی با یک لایه ی کلفت تر و تا حدی عایق صوتی که بین آن دو قرار داده می شود.این به بدنه ی صدا خفه کن اجازه می دهد تا کمی از تپش های فشار را جذب کند.همچنین لوله های ورودی و خروجی که وارد محفظه ی اصلی می شوند سوراخ سوراخ شده اند تا هزاران تپش کوچک فشار در محفظه ی اصلی ایجاد شود که علاوه بر جذب صدا توسط بدنه ی صدا خفه کن یکدیگر را تا حدی خنثی کنند
فشار برگشتی و سایر گونه های صدا خفه کن
یکی از مشخصه های مهم صدا خفه کن فشار برگشتی است.صدا خفه کن هایی که در بخش قبل دیدیم به خاطر وجود مجرا ها و سوراخ هایی که گازهای خروجی باید از آن عبور کند فشار برگشتی زیادی تولید می کنند و این کمی از توان موتور می کاهد.
اگزوز یک خودروی مسابقات NASCAR : در اینجا صدا خفه کنی وجود ندارد چون کم بودن فشار برگشتی مهم است .
گونه های دیگری از صدا خفه کن وجود دارد که فشار برگشتی کمی تولید می کنند.یک نوع که بعضی مواقع بسته ی شیشه نامیده می شود فقط از جذب کننده ها برای کم کردن صدا استفاده می کنند.در صدا خفه کن هایی مثل این،گازهای خروجی مستقیما از یک لوله که سوراخ سوراخ شده عبور می کنند.این لوله با لایه ای از شیشه عایق کاری شده که بیشتر تپش های فشار را جذب می کند.یک روکش فولادی این عایق را می پوشاند.
این صدا خفه کن ها مقاومت خیلی کمتری در برابر خروج دود دارند اما صدا را به خوبی صدا خفه کن های معمولی کم نمی کنند.
صدا خفه کن های فعال
چند تجربه ی استفاده از صدا خفه کن های فعال به خصوص در ژنراتور های صنعتی وجود داشته است.این سیستم ها دسته ای از میکروفون ها و بلند گو ها را با هم ترکیب می کنند.
بلند گو در یک لوله که دور اگزوز پیچیده شده قرار گرفته است طوری که صدای موتوردراگزوز در راستای صدای بلندگو حرکت می کند.یک رایانه میکروفون هایی که قبل و بعد از بلند گو قرار گرفته اند را بررسی می کند.با دانستن چیز هایی در باره ی شکل و طول لوله ها،رایانه می تواند سیگنالی را برای تحریک بلند گو ایجاد کند.این سیستم می تواند بیشتر صدایی که از منبع می آید را خنثی کند.میکروفونی که بعد از بلندگو قرار دارد به رایانه اجازه می دهد بفهمد تا چه اندازه خوب کار می کند و در صورت نیاز تنظیماتی را انجام دهد.
دانشجویان ایران
