Coraz bardziej popularna jest w kraju modyfikacja samochodów, w tym również układów wydechowych. Na rynku dostępne są układy wydechowe renomowanych producentów zachodnich i kilku producentów krajowych.

Z wizytą
Niniejszy artykuł to następstwo spotkania z właścicielem firmy Michael, producenta układów wydechowych, mgr inż. Henrykiem Michalikiem oraz konsultantami technicznymi firmy: inż. Andrzejem Pasierbińskim i inż. Wiesławem Pachoniem.

Zadania układu wydechowego
„Widocznym” zadaniem układu wydechowego jest odprowadzenie spalin z komór spalania silnika do miejsca, w którym ich wyrzut nie będzie dla nas szkodliwy. Wylotowi spalin przez zawór wydechowy towarzyszy hałas. Układ wydechowy musi ten hałas ograniczyć, bowiem jest on dla otoczenia uciążliwy.
Energia uzyskiwana w silniku ze spalenia mieszanki, po ok. 30% jest:
– wykorzystywana do napędu samochodu;
– tracona poprzez układ chłodzenia;
– tracona z odprowadzanymi spalinami, bowiem spaliny opuszczające komorę spalania mają określone ciśnienie, znaczną prędkość i wysoką temperaturę.
Szczególnym urządzeniem odzyskującym energię spalin, jest turbosprężarka. Energię tą wykorzystuje do wzrostu ciśnienia i gęstości powietrza dopływającego do silnika, co sprawia że silnikowi łatwiej zasysa się mieszanką i może jej zassać więcej. Prawidłowo dobrany układ wydechowy również wykorzystuje część energii spalin do zwiększania ilości mieszanki zasysanej do komór spalania.
Działanie to polega na pobudzeniu spalin w układzie wydechowych do takich drgań, by w chwili jednoczesnego otwarcia zaworów wydechowego i dolotowego komory spalania, powstało w niej podciśnienie. Tłok w tym momencie porusza się w pobliżu zwrotu zewnętrznego (inaczej GMP) i zacznie dopiero ruch w kierunku wału korbowego, dlatego tłok nie zasysa jeszcze mieszanki. Natomiast podciśnienie wytworzone przez układ wydechowy zapoczątkowuje napływ mieszanki, dzięki czemu napływa jej więcej. Uzyskujemy wzrost momentu obrotowego, mocy i bardziej ekonomiczną pracę silnika oraz wpływ na jego charakterystykę.

Charakterystyki silnika
Firmy samochodowe podają przeważnie tylko tzw. charakterystykę zewnętrzną silnika (fot.1). Pokazuje ona jak zmienia się moment obrotowy silnika MO i moc N w zależności od prędkości obrotowej silnika, ale co ważne, tylko przy maksymalnym uchyleniu przepustnicy. Podczas jazdy silnik pracuje wg. tej charakterystyki tylko gdy naciśniemy pedał gazu do końca. We wszystkich innych ustawieniach przepustnicy, które przecież występują znacznie częściej, silnik pracuje wg. tzw. charakterystyk mocy dławionych, których nie znamy.
Oceniając charakterystykę, ważniejszy jest przebieg krzywej momentu obrotowego MO niż przebieg krzywej mocy N. To wartość momentu obrotowego silnika MO, osiągana przy danej prędkości obrotowej silnika i wybrane przełożenie skrzyni biegów decyduje o tym, jaką siłą „pchającą” samochód do przodu dysponujemy na kołach napędzających.
Jeśli poruszamy się ze stałą prędkością jazdy, to siłę tą zużywamy tylko do pokonania oporów ruchu samochodu. Im szybciej jedziemy tym opory ruchu bardziej rosną, potrzebna jest więc większa siła na kołach do ich pokonania.
Jeśli jadąc z określoną prędkością chcemy przyspieszyć, to silnik musi być w stanie przekazać na koła napędowe siłę o wartości wyższej niż potrzebna jest do pokonywania oporów ruchu. Wartość nadwyżki siły napędowej, którą może zapewnić silnik, decyduje o zdolności samochodu do przyspieszania: jeśli jest ona mała to i zdolność samochodu do przyspieszenia jest mała. Od kształtu krzywej momentu obrotowego MO zależy przy jakim zakresie prędkości obrotowych, silnik będzie umożliwiał uzyskiwanie lepszych przyspieszeń.
Moc silnika N jest natomiast iloczynem wartości momentu obrotowego MO i prędkości obrotowej silnika n. Aby przy określonej prędkości obrotowej wzrosła moc silnika N, trzeba zwiększyć wartość momentu obrotowego MO. Kształt krzywej mocy silnika N i wartości zależą od kształtu krzywej momentu obrotowego MO i jego wartości.
Od samochodu przeznaczonego do użytku na drogach publicznych oczekuje się by był oszczędny. Można to osiągnąć, jeśli przy prędkościach z którymi się on porusza, silnik będzie kręcił się z możliwie najmniejszą prędkością obrotową. Musi on jednak przy tych prędkościach obrotowych dysponować wartością momentu obrotowego MO, która pozwoli daną prędkość utrzymać.
Jeśli natomiast trzeba przyspieszyć, to ze względu na ekonomiczną pracę silnika, powinno być to możliwe bez nadmiernego wzrostu prędkości obrotowej silnika. By było to możliwe, silnik musi dysponować wymaganą do przyspieszania nadwyżką momentu obrotowego silnika w zakresie niskich i średnich prędkości obrotowych.
Charakterystyka silnika powalająca to osiągnąć jest pokazana na fot.1a. W zakresie „A” niskich i średnich prędkości obrotowych silnik osiąga maksymalną i zbliżone do niej wartości momentu obrotowego MO. Natomiast w zakresie „B”, wysokich prędkości obrotowych, wartości momentu obrotowego MO są mniejsze i maleją. Samochód z takim silnikiem najlepsze przyspieszenia uzyskiwać będzie, gdy silnik obracać się będzie z prędkością obrotową z zakresu „A”. Jeśli jednak samochód będzie jechał z prędkością, przy której obroty silnika będą mieścić się w zakresie „B”, to trzeba pogodzić się z jego mniejszą zdolnością do przyspieszeń. W zamian za to, silnik powinien być oszczędny, a dobre przyspieszenia są uzyskiwane bez nadmiernego wzrostu prędkości obrotowej silnika, a więc i głośności.
Silnik o charakterystyce z fot.1b, typowej dla silników samochodów o „zacięciu sportowym”, maksymalne wartości momentu obrotowego MO osiąga, gdy silnik kręci się z prędkościami obrotowymi z zakresu „B”. Pozwala to połączyć możliwość jazdy przy wysokiej prędkości obrotowej silnika, (jest to szczególnie ważne przy jeździe na najwyższym biegu), z zachowaniem dużej zdolności do przyspieszeń. Jednak gdy silnik obraca się z niższymi prędkościami obrotowymi, z zakresu „A”, trzeba pogodzić się z mniejszą zdolnością do przyspieszeń. Oczywiście można uzyskać lepsze przyspieszenia, ale trzeba zredukować o bieg niżej, co jednak podnosi hałas i zużycie paliwa.

Fot.1 Charakterystyki zewnętrzne silników samochodowych: a – charakterystyka silnika elastycznego, o większym zakresie obrotów użytecznych, ale dysponującego mniejszą wartością momentu obrotowego przy wyższych prędkościach obrotowych; b – charakterystyka silnika bardziej sportowego, dysponującego maksymalnymi wartościami momentu obrotowego przy wyższych prędkościach obrotowych. Oznaczenia: MO – moment obrotowy, N – moc silnika, A – zakres niskich i średnich prędkości obrotowych (umownie – do 4000 obr/min), B – zakres wysokich prędkości obrotowych (umownie – powyżej 4000 obr/min).

Jeśli silniki o charakterystykach z fot.1a i 1b osiągają tą samą maksymalną wartość momentu obrotowego MO, to ponieważ na charakterystyce z fot.1b wartość ta jest osiągana przy większej prędkości obrotowej silnika, silnik ten będzie miał wyższą moc maksymalną niż silnik z fot.1a.
Po co o tym piszę? Silniki samochodów mają różne charakterystyki, zbliżone do tej z fot.1a lub z fot.1b. Producent do charakterystyki silnika tak dobiera przełożenia skrzyni biegów, przekładni głównej i średnicę kół, że udaje mu się znaleźć kompromis pomiędzy zdolnością do przyspieszania samochodu, ekonomiczną pracą silnika, głośnością pracy silnika i innymi parametrami. Zmiana charakterystyki silnika w wyniku wprowadzania zmian (również układu wydechowego) może zachwiać tę równowagę.

Co można poprawić w układzie wydechowym?
Są samochody, w których producenci nie docenili znaczenia układu wydechowego. Jeszcze w latach osiemdziesiątych, w firmie Jaguar, układy wydechowe po podwoziu prowadzili konstruktorzy podwozi, a nie specjaliści od układów wydechowych. Efektem tego były znaczne rezerwy tkwiące w układzie wydechowym. Usłyszałem od specjalistów z firmy Gutmann Messtechnik, że również w samochodach Alfa Romeo modelu 155, układy wydechowe nie były dopracowane i stanowiły pole do popisu dla firm tuningowych.
Rezerwy w układach wydechowych wynikają z:
– niedopracowania układu wydechowego przez producenta;
– stosowania układów wydechowych od tańszych producentów, których produkty nie są na wysokim poziomie technicznym lub nie potrafią utrzymać produkcji na stałym, wysokim poziomie technicznym.
Producent wypuszczając na rynek samochód, lepiej lub gorzej dopracowany, musi spełnić tzw. normy homologacyjne. Są one znacznie ostrzejsze od tych, które samochód musi spełnić podczas okresowych badań technicznych. Jeśli chodzi o silnik i układ wydechowy, to są badania głośności oraz toksyczności spalin. Producent dostarcza użytkownikowi samochód przeznaczony do użytku w różnych warunkach drogowych np. ruch w mieście, między miastami i na autostradzie, tak więc musi zapewnić w każdych z tych warunków kompromis pomiędzy osiągami samochodu, toksycznością spalin a zużyciem paliwa. Cóż po samochodzie, który na autostradzie, po której porusza się rzadko, będzie miał niższe od innych pojazdów zużycie paliwa ale w mieście, gdzie będzie częściej eksploatowany, będzie zużywał znacznie większe ilości paliwa?
Osoby zajmujące się modyfikacjami silników, używają często terminu, że udało się poprawić fabrykę – ja jestem ostrożniejszy w twierdzeniach. W przypadku uzyskania poprawy osiągów silnika i obniżenia zużycia paliwa można jedynie twierdzić, że tylko to zostało osiągnięte, bowiem producent samochodu podlega jeszcze innym wymaganiom, których spełnienia nawet najlepiej wyposażony serwis nie jest w stanie stwierdzić.
Powróćmy do układów wydechowych. Co można uzyskać w wyniku zmiany układu wydechowego lub jego elementów? Jeśli układ wydechowy nie jest dobrze dobrany do silnika lub tkwią w nim rezerwy np. zastosowane materiały, zadry w przewodach prowadzących spalin, progi przy połączeniach elementów (opory przepływu) to w wyniku jego wymiany można uzyskać wzrost momentu obrotowego MO i mocy silnika N w całym zakresie prędkości obrotowej, bez zasadniczej zmiany kształtu krzywych. (fot.2a). Zmianom tym zapewne towarzyszyć będzie obniżenie zużycia paliwa.

Fot.2 Charakterystyki dwóch silników seryjnych po modyfikacji. Zależnie od przeróbek, można uzyskać wzrost momentu obrotowego MO i mocy N silnika w całym zakresie prędkości obrotowych (a) lub tylko w górnym zakresie prędkości obrotowych. Oznaczenia: nj – prędkość obrotowa biegu jałowego, ng – prędkość obrotowa, powyżej której w wyniku modyfikacji osiągany jest przyrost wartości momentu obrotowego i mocy, nmax – maksymalna prędkość obrotowa silnika.

Zmiana układu wydechowego może również zmienić kształt krzywych charakterystyki silnika. Na fot.2b widać, że powyżej prędkości obrotowej ng, w porównaniu do silnika seryjnego wzrosła wartość momentu obrotowego MO i mocy N ale kosztem tego, że poniżej prędkości obrotowej ng wartości te uległy zmniejszeniu.
Dobrze jeśli taka zmiana charakterystyki jak na fot.2b jest zamierzona, bo np. samochód będzie używany do celów sportowych i będą wykorzystywane głównie obroty powyżej wartości ng. Gorzej jeśli zmiana jest niezamierzona i dotyczy samochodu używanego w ruchu miejskim, bowiem zmniejszy się zdolność samochodu do przyspieszeń w zakresie niskich i średnich prędkości obrotowych. Dla uzyskania lepszych przyspieszeń, wymagających wyższej wartości momentu obrotowego, kierowca będzie zmuszony do wykorzystywania wyższych prędkości obrotowych silnika, co okupi zwiększonym zużyciem paliwa i dodatkowym hałasem. Uważam, że dla zdecydowanej większości użytkowników, korzystniejsza jest zmiana charakterystyki silnika, uzyskiwana przez zmianę układu wydechowego, przedstawiona na fot.2a.

Usuwanie spalin i napełnianie mieszanką – współzależność
Silnik z zapłonem iskrowym ma tzw. regulację ilościową, za pomocą przepustnicy sterującej ilością napływającego powietrza. Dopiero do określonej ilości zassanego powietrza układ zasilania dodaje porcję paliwa. Do komory spalania dopływa więc określona masa mieszanki paliwowo-powietrznej. Jeśli przepustnica silnika jest maksymalnie otwarta, to nie ogranicza ona ilości zasysanego powietrza, a więc i masy mieszanki zasilającej silnik. Wówczas przy każdej z prędkości obrotowej silnika, osiągamy w komorach spalania większe ciśnienia spalania niż przy innych ustawieniach przepustnicy (większe są również moment obrotowy i moc silnika).
Jeśli natomiast przepustnica silnika zostanie przymknięta, to ogranicza ona ilość zasysanego powietrza a więc i masę zasysanej mieszanki. W komorach spalania panują niższe ciśnienia spalania, a silnik osiąga niższy moment obrotowy i moc.
Aby proces spalania przebiegał najsprawniej, pożądane jest by ciśnienie sprężonej przez tłok mieszanki, na ułamek sekundy przed jej zapłonem, osiągnęło wartości bliskie dopuszczalnym. Ciśnienie to zależy między innymi od stopnia sprężania silnika oraz od masy zassanej mieszanki – i tu zaczyna się problem.

Fot.3 Wartość momentu obrotowego, mocy silnika oraz ekonomiczność pracy silnika zależą od tego, do jakiego ciśnienia została sprężona mieszanka przed zapłonem. Na wartość tego ciśnienia wpływa masa spalin pozostałych w komorze spalania i masa zassanej mieszanki. Inaczej pożądane proporcje spalin i mieszanki kształtują się przy maksymalnym uchyleniu przepustnicy (a) a inaczej przy częściowym jej uchyleniu (b,c,d) – szczegółowy opis rysunków w tekście. Rysunki po lewej stronie pokazują tłok na początku suwu sprężania, a rysunki po prawej stronie pokazują tłok w pozycji jaką zajmuje on na ułamek sekundy przed zapłonem mieszanki (blisko punktu ZZ) Oznaczenia elementów: 1 – tłok, 2 – cylinder, 3 – przepustnica, 4 – zawór dolotowy, 5 – zawór wydechowy. Oznaczenia: mM, mM1, mM2, mM3 – masa zassanej mieszanki; mS, mS1, mS2, mS3 – masa spalin pozostałych w komorze spalania.

Jeśli silnik pracuje przy maksymalnym otwarciu przepustnicy (fot.3/a-1), to masa zassanej mieszanki zależy tylko od prędkości obrotowej silnika oraz własności przepływowych układu dolotowego i wydechowego. Układ wydechowy powinien usuwać maksymalną ilości spalin – w komorze spalania ma pozostać jak najmniejsza masa spalin mS. Zadaniem układu dolotowego jest doprowadzenie maksymalnej masy mieszanki mM. Po dojściu tłoka w pobliże zwrotu zewnętrznego ZZ (na ułamek sekundy przed zapłonem mieszanki) ciśnienie sprężonej mieszanki p osiąga maksymalne wartości (fot.3/a-2). Gwarantuje to szybkie i możliwie pełne spalenie mieszanki.
Jeśli silnik pracuje przy częściowo przymkniętej przepustnicy w tzw. zakresie obciążeń częściowych (fot.3/b-1), to masa zassanej mieszanki jest mniejsza mM1. Sprężanie mniejszej masy mieszanki powoduje, że ciśnienie sprężania które można uzyskać na moment przed zapłonem mieszanki (gdy tłok zbliży się do punktu ZZ) będzie niższe, a więc mieszanka spalać się będzie wolno i nieefektywnie – spadną osiągi silnika. Aby temu przeciwdziałać, pozostawia się w komorze spalania określoną masę spalin mS1. Te pozostawione spaliny, przedstawione na fotografii jako warstwa, a w rzeczywistości wymieszane z mieszanką, są prawie niepalne. Ich zadaniem jest zmniejszenie przestrzeni komory spalania, tak by po sprężeniu mieszanki w komorze spalania (fot.3/b-2) uzyskać ciśnienie p1, gwarantujące prawidłowe spalanie mieszanki, a więc uzyskanie wyższych osiągów silnika przy możliwie niskim zużyciu paliwa. Ponadto ciepło spalin pomaga odparować paliwu, a spaliny przyczyniają się do zmniejszenia emisji NOX.
Jeśli zostanie zamontowany inny układ wydechowy, który będzie tylko usuwał większą ilości spalin, tak że w komorze spalania pozostanie mniejsza ich masa mS2 (fot.3/c-1), nie pomagając jednocześnie zassać większej masy mieszanki mM2 (jest ona taka sama jak przy standardowym układzie wydechowym), to wskutek braku „wypełniacza” w postaci spalin, osiągane pod koniec sprężania ciśnienie p2 jest mniejsze (fot.3/c-2). Powoduje to mniej efektywne spalanie mieszanki, a więc spadek momentu obrotowego i mocy silnika oraz wzrost zużycia paliwa.
Aby uniknąć tego niekorzystnego zjawiska należy tak modyfikować układ wydechowy, by pomagał skuteczniej usuwać spaliny i jednocześnie pomagał zasysać większą masę mieszanki. Jeśli w komorze spalania pozostanie mniejsza masa spalin mS3 (fot.3/d-1), ale jednocześnie zostanie to „nadrobione” przez zassanie większej ilości mieszanki mM3, to osiągane pod koniec sprężania mieszanki ciśnienie p3 będzie równe lub większe niż ciśnienie p1 uzyskiwane przed modyfikacją (fot.3/d-1). Mieszanka będzie się jeszcze lepiej spalać – wzrośnie moment obrotowy i moc silnika oraz może również zmniejszyć się zużycie paliwa.
Korzystne są przy tym wszystkie modyfikacje, ułatwiające napływ mieszanki przez układ dolotowy, takie jak zmniejszenie oporów przepływu czy montaż sportowych filtrów powietrza. Chcę jednak dodać, że istotną korzyść ze zmniejszenia oporów przepływy odczujemy głównie przy większych otwarciach przepustnicy i wyższych prędkościach obrotowych, bowiem wartość oporów przepływu jest silnie zależna od prędkości przepływu powietrza lub mieszanki przez układ dolotowy. Przy małych i średnich prędkościach obrotowych silnika, zysk będzie niewielki.

Dźwięk wydechu
Wiele osób twierdzi, że dobry sportowy wydech to głośny wydech. To absolutnie błędny pogląd. Duże natężenie hałasu jest równoznaczne z dużą energią, którą otaczające powietrze przejmuje od spalin wylatujących przez rurę wydechową i od drgających elementów układu wydechowego. Oznacza to, że dany układ wydechowy nie umie wykorzystać energii spalin, która mogłaby zostać wykorzystana w silniku do poprawy napełniania komór spalania.
Mylone są dwie wielkości: natężenie dźwięku i częstotliwość dźwięku. Natężenie jest miarą energii niesionej przez falę dźwiękową (i nie tylko). Częstotliwość dźwięku to częstotliwość drgań cząstek powietrza. Jest ona dla nas informacją o tym, czy dane dźwięki są słyszalne oraz w jaki sposób są odbierane przez człowieka. Określone częstotliwości dźwięków (nawet gdy nie są słyszalne dla nas!) działają na nas uspokajająco, obojętnie, pobudzająco lub denerwująco. Są to wszystko wrażenia subiektywne. Czołowe firmy samochodowe i produkujące układy wydechowe, prowadzą badania w tym zakresie.
Sportowy układ wydechowy powinien wydawać dźwięk o takich częstotliwościach, które działają na kierowcę lekko pobudzająco, są dla niego potwierdzeniem osiągów samochodu lub ich zamiennikiem. Natomiast głośność układu wydechowego musi być w zgodzie z wymaganiami technicznymi dla samochodów, w trosce o otoczenie oraz sprawność psychofizyczną samego kierowcy. Czym innym są zawody sportowe czy krótkotrwała przyjemność słuchania atrakcyjnego, nawet za głośnego dźwięku, a czym innym narażanie się na wielogodzinne przebywanie w hałasie np. podczas podróży.

Dobór układu wydechowego
Aby dobrać indywidualnie do silnika układ wydechowy, zwłaszcza gdy został poddany modyfikacji, potrzebne są następujące dane: maksymalny moment obrotowy oraz moc silnika i obroty przy których są one osiągane, średnica zaworu wydechowego, kąt otwarcia zaworu wydechowego oraz pojemność silnika. Te dane umożliwiają obliczenia i projekt układu wydechowego, do czego potrzebna jest spora wiedza z zakresu teorii. Ponieważ jednak teorie te trochę upraszczają zjawiska, decydujące jest doświadczenie konstruktora i próby drogowe. Jeśli nie możemy spełnić tych warunków, lepiej powierzyć opracowanie układu wydechowego, szczególnie dla przerabianego, nieseryjnego silnika, takiej firmie jak np. Michael. Ma ona na koncie realizację „indywidualnych” układów wydechowych do takich aut jak Toyota Celica, VW Golf 2,9 VR6 czy VW Passat 1,8 G60 turbo.

Kolektor wydechowy
Seryjne kolektory wydechowe są odlewane. Wadą tej technologii jest:
– trudność uzyskania równej długości kanałów odprowadzających spaliny z poszczególnych cylindrów;
– znaczna chropowatość kanałów kolektora (opory przepływu!);
– niedokładności montażu kolektora do głowicy (przesunięcia kanałów).

Fot.4 Jeśli ważna jest poprawa osiągów silnika, to w miejsce odlewanego kolektora wydechowego należy zamontować kolektor gięty i spawany z rur, zwany potocznie „baranem”. (Źródło: Michael).
 

W ramach modyfikacji można, a gdy zależy nam na osiągach to trzeba zastąpić seryjny kolektor wydechowy, kolektorem wydechowym wykonanym z giętych rur (fot.4). Rury można bardziej dowolnie kształtować, uzyskując równe długości rur odprowadzających spaliny z poszczególnych cylindrów. Gładkie wewnętrzne ścianki rur kolektora, przy prędkościach przepływu spalin dochodzących chwilowo do ok. 500 m/s, zapewniają mniejsze straty przepływu spalin. Do wykonywania tych kolektorów używa się stali kwaso- i żaroodpornych (zwanych ze względu na strukturę austenitycznymi). Prócz odporności na agresywne oddziaływanie spalin i temperaturę, materiał ten posiada dwukrotnie gorszą przewodność cieplną od stali węglowych. Zmniejsza to straty cieplne, a więc dynamizuje przepływ spalin i podnosi moc silnika. Z zewnątrz, kolektory z giętych rur mogą być polerowane, co dodatkowo czyni ich wygląd atrakcyjnym.

Tłumiki
Najtańszą możliwością uatrakcyjnienia wyglądu końcówki rury wydechowej są nasadki (fot.5). Pozwalają one zmniejszyć nieco hałas wylotu spalin z tłumika końcowego do atmosfery.

Fot.5 Ozdobne końcówki rur wydechowych: nakładana na rurę tłumika końcowego (a) oraz nasuwana i szczelnie z nim łączona (b). (Źródło: Michael).

Elementem najczęściej wymienianym w ramach modyfikacji układu wydechowego jest tłumik końcowy (fot.6) W krajach zachodnich jest to cały przemysł, oferujący do większości modeli i typów samochodów tłumiki z wieloma wzorami końcówek rur wydechowych. Zamawiając taki tłumik, musi być on zamówiony dokładnie do danego modelu i typu pojazdu.

Fot.6 Sportowy tłumik końcowy. (Źródło: Michael).

Ponieważ dla wielu sportowy tłumik to głównie niski dźwięk wydobywający się z tłumika, więc w pierwszym rzędzie te tłumiki to oferują. Takie firmy jak np. Remus czy Sebring, szczycą się specyficznym dźwiękiem swoich tłumików. Chęć oferowania tłumików dla wielu marek i modeli sprawia, że nie zawsze tłumiki te pozwalają uzyskać deklarowany przez producentów wzrost mocy o 3 do 5% (niektórzy podają nawet 8%, co jest przesadzone). Pewne jest, że tłumiki od markowych producentów nie powodują spadku mocy i pasują w miejsce zamienianych, fabrycznych tłumików. Zysk osiągów silnika sięgający do 10% można uzyskać dopiero po montażu sportowego tłumika i kolektora wydechowego z rur.
Niektóre tłumiki przekraczają normy głośności. W katalogach na rynek niemiecki podane jest, które z tłumików nie są dopuszczone do użytku na drogach publicznych (brak oceny TÜV). U nas, w razie wątpliwości podczas okresowych badań technicznych, może być wykonany pomiar głośności układu wydechowego – są odnośne przepisy. Również Policja może odebrać dowód rejestracyjny samochodu z tego powodu i skierować pojazd do badania.
Chcę jeszcze dodać, że hałas wytwarzany przez silnik zależy również silnie od występujących maksymalnych ciśnień spalania, które z kolei zależą od np. stopnia sprężania silnika. Tak więc i inne modyfikacje mają wpływ na głośność silnika.
Niektórzy poszukują tłumików kierując się maksymalną średnicą rur wylotowych spalin. W odpowiedzi na zapotrzebowanie, są w ofercie tłumiki z okrągłymi końcówkami, o wewnętrznej średnicy perforowanych wkładek wynoszącej od 60 do 100 mm lub wkładek typu elipsa o wymiarach 95/65 lub 130/90mm. Wg. inż. Pachonia, średnice te są za duże, co dodatkowo uzasadnił: „W większości przypadków widzimy dla przykładu podwójne końcówki 80mm z wkładkami perforowanymi (sitowymi) 50mm, gdy do tłumika wchodzi jedna rura 50mm. Prawidłowe wymiary wkładek w obu końcówkach winny wynosić 50 podzielone przez liczbę stałą 1,2 do 1,25, co równa się około 40mm z tolerancją 2mm (raczej minus). Czyli zastosowano średnice o 10mm za duże.”.
Takie tłumiki zapewniają niski basowy odgłos, ale jednocześnie wskutek usuwania zbyt dużej ilości spalin, powodują pogorszenie osiągów silnika w niskim i średnim zakresie prędkości obrotowej (pogorszenie elastyczności) oraz wzrost zużycia paliwa o 0,5 do 1l/100 km. Usuwanie tej wady opanował serwis firmy Michael, montując w zachodnich tłumikach zwężki do końcówek tłumików tylnych.

Fot.7 Strumienice naddźwiękowe – krajowy produkt od pomysłu do wykonania. (Źródło: Michael).

Kilku krajowych producentów sportowych układów wydechowych, pod względem technicznym, nie ustępuje zachodnim. Wdrażanie nowych technologii sprawia, że również wygląd seryjnych produktów niebawem będzie taki sam jak zachodnich. Przewagą firm zachodnich jest marketing, chodź nie zawsze poparty osiąganiem deklarowanych korzyści. Atutem naszych firm jest cena i możliwość wykonania układu wydechowego dla określonego pojazdu. Firma Michael może zaoferować również opracowaną i wytwarzaną tylko w kraju tzw. strumienicę naddźwiękową (fot.7) zwiększająca szybkość przepływu spalin przez układ wydechowy. Kompletny sportowy układ wydechowy (kolektor wydechowy z rur, strumienica, tłumiki sportowe) pozwala na poprawę dynamiki np. samochodu Fiat Punto o 15 do 20%. Spada również zużycie paliwa, ale jeśli użytkownik z umiarem korzysta z „poprawionej” dynamiki samochodu.

Katalizator a tuning układu wydechowego
Niestety panuje pogląd, że katalizator jest przyczyną spadku mocy silników i należy go usuwać. Było to częściową prawdą w połowie lat osiemdziesiątych, gdy wprowadzano katalizator do układów wydechowych samochodów już produkowanych i gdy opanowywano konstrukcję układów wydechowych z katalizatorem. Aktualnie jest to już historia. Dziś katalizator jest normalnym elementem układu wydechowego. Prócz oczyszczania spalin, działa jako tłumik, gdyż ogranicza emitowany hałas o 5 do 12 dB oraz porządkuje przepływ spalin. Usunięcie katalizatora:
– to zbrodnia dla środowiska naturalnego (samochód pozbawiony katalizatora truje więcej niż samochód, który przez producenta nie był w niego wyposażony);
– powoduje wyraźny wzrost głośności układu wydechowego;
– powoduje pogorszenie osiągów silnika w zakresie niskich i średnich prędkości obrotowych (spadek elastyczności).
Jeśli zależy komuś na osiągach w górnym zakresie prędkości obrotowych to proszę wymienić katalizator na metalowy. Niektóre samochody o charakterze sportowym mają taki katalizator montowany seryjnie. Katalizator metalowy w porównaniu do ceramicznego stwarza mniejsze opory przepływu, wytrzymuje wyższe temperatury pracy (ceramiczny do 800OC, a metalowy do 1100OC) oraz lepiej znosi krótkotrwałe przegrzania. Zalecał bym taką zamianę z podanych powyżej powodów, gdy silnik będzie podany przeróbkom, ponieważ to, że temperatura katalizatora ceramicznego nie przekroczy 800OC jest gwarantowane przez program i nastawy sterownika, ale dla silnika w wersji fabrycznej. Można wykorzystywać krajowe katalizatory metalowe produkcji firmy Lindo-Gobex z Gorzowa Wlkp.

Dziękuję osobom wymienionym na wstępie artykułu za spotkanie i konsultację.

Mgr inż. Stefan Myszkowski – Studio Konstrukcyjno-Konsultacyjne