Pedeorelha | Come funzionano i sistemi di scarico automobilistici

Rudolf Cole
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La versione del 1970 del Clean Air Act conferì all'EPA la sua ampia autorità per regolare le emissioni automobilistiche. John Foxx / Stockbyte / Getty Images

In verità, le emissioni di una singola auto sono relativamente basse, rispetto ad altre fonti di inquinamento. Ma quando centinaia di migliaia di persone sono sedute ciascuna in un'auto, riempiendo un'autostrada al massimo, gli effetti cumulativi sono enormi. Mentre sei seduto in un ingorgo, osservando il fumo che esce dal tubo di scappamento di fronte a te e si alza per unirsi allo smog nel cielo, pensa per un momento a cosa sia quel fumo. Potrebbe non sembrare molto, ma quel fumo ha fatto molta strada da quando è stato spinto attraverso il motore dell'auto pochi istanti prima.

La preoccupazione per l'effetto delle nostre automobili sull'ambiente non è una novità. La versione del 1970 del Clean Air Act conferì all'EPA la sua ampia autorità per regolare le emissioni automobilistiche. Con l'avanzare della tecnologia, l'EPA ha spinto per standard più severi. E mentre le auto nuove sono molto più pulite di quelle di 40 anni fa, le persone tendono a percorrere distanze maggiori e molto più spesso oggi, contribuendo a molto più inquinamento. Il Clean Air Act è stato rinnovato e ampliato nel 1977, e poi di nuovo nel 1990.

I produttori automobilistici e i fornitori di componenti hanno dovuto tenere il passo con questi cambiamenti e, come potete immaginare, anche il sistema di scarico di un'auto ha dovuto evolversi considerevolmente.

Contenuti

Componenti di uno scarico - Tubi fumogeni
Altri componenti di scarico: collettori, ganci e altro
La via d'uscita
Mantenere i tubi puliti

Il sistema di scarico è composto principalmente da tubi di diverse forme, ciascuno progettato per collegarsi tra loro e ciascuno sagomato per adattarsi a una parte specifica della parte inferiore dell'auto. (I tubi sono spesso piegati per avvolgere o altrimenti ospitare altri componenti vicini dell'auto, come gli assi.) Ogni tubo è responsabile dello spostamento dei gas di scarico verso la parte posteriore, ma molti segmenti sono specializzati. In altre parole, dall'esterno, il sistema sembra semplicemente un gruppo di segmenti di tubi collegati che vanno dal vano motore al paraurti posteriore, anche se alcuni hanno uno scopo aggiuntivo mentre lo scarico scorre attraverso quel particolare tubo.

Ad esempio, il tubo a Y (che è semplicemente, beh, un tubo a forma di Y) potrebbe essere installato in modo che l'estremità con due aperture si chiuda fino a due aperture corrispondenti nel collettore di scarico, combinando i rifiuti del motore per progredire attraverso il sistema. Oppure, se installato nella parte posteriore dell'auto, un tubo a Y può aiutare a creare un doppio sistema di scarico con un tubo di scappamento su ciascun lato dell'auto (per un look sportivo spesso ricercato). I tubi intermedi potrebbero essere collegati al silenziatore o al risonatore, che sono altri componenti importanti del sistema (ci arriveremo nella pagina successiva). I tubi di bilanciamento, che si trovano nei sistemi di scarico doppi, aiutano a equalizzare gli impulsi di scarico che viaggiano sotto i lati del conducente e del passeggero dell'auto. I tubi del traferro sono tubi annidati specializzati che fungono da scudo termico e isolante fornendo uno strato aggiuntivo per il flusso d'aria. E il tubo di scappamento, che in genere spunta da sotto il paraurti posteriore, di solito ha un'apertura più ampia e potrebbe essere realizzato in metallo dall'aspetto più consistente, per dare l'aspetto di uno scarico ad alte prestazioni che è una caratteristica comune delle auto di fascia alta.

Sebbene possa sembrare inefficiente avere una tonnellata di tubi invece di uno solo, in realtà tutti quei segmenti hanno uno scopo. Per prima cosa, piegare i tubi è un lavoro duro ed è più facile collegare piccoli segmenti ad angolo a tubi dritti piuttosto che modellare un tubo lungo, costoso e pesante per adattarsi a ogni contorno di un'auto. Inoltre, i componenti del sistema di scarico si usurano a intervalli regolari (a seconda, ovviamente, del produttore, dei suoi materiali, delle condizioni di guida e dei fattori ambientali). È più facile e meno costoso sostituire un segmento di tubo arrugginito, un silenziatore rotto o un convertitore catalitico usurato piuttosto che installare un sistema completamente nuovo.

Potresti chiederti come si incastrano tutti quei tubi. Ebbene, alcune estremità si sovrappongono, mentre altre sono accoppiate end-to-end; ma non senza un po 'di assistenza.

La marmitta è un'altra parte fondamentale del sistema di scarico della tua auto. Matthias Tunger / The Image Bank / Getty Images

Abbiamo discusso prima i vari tubi, perché sono i componenti più visibili e prevalenti del sistema di scarico e perché sono dappertutto. Ma il sistema di scarico inizia davvero dal collettore di scarico (noto anche come collettore di scarico). L'intestazione sembra una serie di tubi adiacenti attaccati insieme (sebbene sia spesso realizzata in metallo fuso resistente). Raccoglie lo scarico direttamente dal motore, quindi è progettato in modo che ciascuna apertura si accoppi con una delle porte di scarico del motore, con flange che formano una tenuta ermetica per impedire la fuoriuscita di scarico. Da qui, lo scarico inizia il suo flusso attraverso i vari tubi e altri componenti.

Le guarnizioni che vengono montate tra ogni tubo svolgono un ruolo molto importante. È difficile, se non impossibile, formare una perfetta tenuta metallo-metallo, quindi le guarnizioni sono inserite tra ogni connessione per evitare che i gas velenosi fuoriescano prematuramente. Sono realizzati in fibra o altri materiali resistenti al calore, che hanno una flessibilità sufficiente per comprimersi leggermente quando i tubi sono serrati saldamente insieme. Questo aiuta a formare una tenuta ermetica.

La marmitta è un'altra parte fondamentale del sistema di scarico. Sembra una grande camera rotonda o ovale (di solito, ma non sempre, si trova vicino al retro dell'auto). Quella camera ha un design molto complesso, tuttavia, è responsabile di silenziare la maggior parte del rumore del motore, anche se deve consentire allo scarico di continuare a scorrere senza intoppi. Una serie di camere e tubi, riempiti con roccia, lana o fibre sintetiche, assorbe e controlla il rumore. E non è tutto: il silenziatore deve essere ragionevolmente resistente a danni, corrosione e ritenzione di calore. Il risonatore è un componente di eliminazione del suono secondario o sostitutivo, utilizzato per aumentare il silenziatore, o nei casi in cui lo spazio è prezioso potrebbe anche essere utilizzato al posto di un silenziatore.

I convertitori catalitici, divenuti comuni negli anni '70, sono il mezzo principale e più efficiente per ridurre il livello di tossine nello scarico di un'auto. Le parti interne di un convertitore catalitico (o "gatto") sono rivestite di metalli. Diversi tipi di convertitori catalitici utilizzano diverse combinazioni di platino, palladio e rodio. Prima che lo scarico raggiunga il gatto, contiene una potente combinazione super tossica di monossido di carbonio, ossido di azoto e idrocarburi. (Quando porti la tua auto per il test delle emissioni, questi sono i livelli chimici che vengono testati.) Quando questi veleni entrano in contatto con i metalli che rivestono l'interno del gatto, si verifica una reazione chimica che rende i gas di scarico meno nocivi . Mentre lo scarico passa attraverso il gatto, il livello di sostanze chimiche dovrebbe essere ridotto abbastanza per conformarsi alle normative governative.

Abbiamo già parlato di guarnizioni, ma il sistema di scarico richiede altri pezzi base di hardware. Le flange generalmente hanno lo stesso scopo delle guarnizioni, ma queste sono fatte di metallo (e talvolta sono formate proprio sull'estremità di un tubo). Morsetti e staffe assortiti montano i pezzi di scarico insieme e li tengono al veicolo, e i ganci di scarico appendono letteralmente i tubi dal sottoscocca dell'auto, con una forza sufficiente per tenerli in posizione ma anche una flessibilità sufficiente per resistere ai movimenti causati dalla guida. E ultimi, ma non meno importanti, sono gli scudi termici: piastre metalliche (a volte isolate) che vengono utilizzate come barriera aggiuntiva ogni volta che le parti di scarico calde sono particolarmente vicine a un'altra parte dell'auto o direttamente sotto l'abitacolo.

Se un motore funzionasse perfettamente, brucerebbe tutto il carburante disponibile durante i suoi cicli, convertendo tutti i pezzi sporchi in una fonte di energia. Tuttavia, gli avanzi esistono come inquinanti perché un motore semplicemente non può essere progettato per funzionare perfettamente: ci sono troppe variabili. Una certa quantità di carburante rimarrà sempre incombusta o parzialmente bruciata e questi residui devono essere rapidamente eliminati dal veicolo, sotto forma di scarico, per fare spazio al successivo ciclo di combustione del motore.

Come accennato in precedenza, lo scarico esce prima dal motore ed entra nel sistema attraverso il collettore di scarico. Da lì, percorre il sistema attraverso tubi interconnessi fino a quando esce attraverso il tubo di scappamento, vicino al paraurti posteriore. I tubi stessi aiutano effettivamente a raffreddare lo scarico, ma sono principalmente un modo per lo scarico di viaggiare (e attraverso) il convertitore catalitico e il silenziatore.

Il gatto deve essere il più vicino possibile al motore, perché non è completamente funzionante fino a quando non raggiunge la temperatura di esercizio. In molti casi, il produttore posiziona il gatto poco dopo il collettore, quindi il calore del motore aiuta a riscaldare il gatto e portarlo rapidamente alla temperatura.

Dopo che i gas sono passati attraverso il gatto, che brucerà e rimuoverà fino al 90 percento delle tossine dello scarico, la priorità successiva è filtrare il suono del motore [fonte: Allen]. Il silenziatore e il risonatore sono solitamente situati appena oltre il gatto. Ci sono molte variazioni su questa combinazione: alcune leniranno il più possibile lo scarico, mentre altre sono specificamente sintonizzate per toni aggressivi. Da lì, lo scarico si muove attraverso il resto dei tubi fino a quando non esce dall'auto.

Con tutte quelle sostanze chimiche che turbinano intorno, è una vera impresa che il sistema di scarico funzioni davvero bene come fa. Un impianto di scarico ben tenuto dovrebbe durare dai due ai tre anni, ma i tubi subiscono danni sia all'interno che all'esterno. All'esterno, sono sensibili alle condizioni stradali, come l'impatto di detriti e fattori ambientali, come neve, ghiaccio e sale stradale.

Tuttavia, una causa più sostanziale del degrado del sistema di scarico è interna e non può essere vista finché i tubi non si sono corrosi dalla ruggine. Sappiamo che quando il motore brucia il carburante per produrre potenza, i sottoprodotti di questo processo rimangono: ecco perché è necessario il sistema di scarico. Uno di questi sottoprodotti è l'umidità acida ed è davvero dannoso per il metallo. Sfortunatamente, non c'è davvero alcun modo per mantenere pulito l'interno dei tubi.

Quando un tubo di scarico marcisce o una connessione si allenta, si verifica una perdita di scarico. Una perdita è quasi sempre immediatamente evidente con un suono forte e sgradevole e, possibilmente, problemi di guidabilità come una fluttuazione intermittente della potenza. Ma, che ci crediate o no, questi non sono i veri problemi. Diventa un po 'più serio se la perdita si verifica prima del convertitore catalitico, il che significa che lo scarico non viene elaborato correttamente e tutte quelle sostanze chimiche calde si riversano ovunque nell'atmosfera. È sempre una buona idea riparare le perdite il prima possibile per evitare di sottoporre te stesso, i tuoi passeggeri e l'ambiente circostante a fumi di scarico non filtrati.

Quelle punte di scarico cromate non stanno davvero ingannando nessuno. Tomasz Pietryszek / Photodisc / Getty Images

I motori diesel, spesso accusati di livelli sproporzionatamente elevati di emissioni tossiche, possono trovare la loro reputazione salvata in qualche modo da filtri di scarico nuovi e migliorati che pretendono di ridurre le emissioni di circa il 25%, con l'ulteriore vantaggio di aumentare il risparmio di carburante. Diverse case automobilistiche con una storia nell'offerta di modelli diesel hanno introdotto sistemi simili che combinano convertitori catalitici ad alta potenza con filtri antiparticolato diesel. L'allineamento turbodiesel BlueMotion di Volkswagen (venduto principalmente in Europa e Sud America) e diesel BlueTec di Mercedes sono due di questi esempi. In molti casi, questi componenti OEM e modelli di auto utilizzano la riduzione del peso e altre tecniche di ottimizzazione per migliorare l'efficienza complessiva.

Una migliore efficienza dello scarico è fondamentale per ottenere il massimo dalla tua auto, e ci sono anche modi per migliorare un'auto più vecchia (supponendo che sia in condizioni generalmente buone - un sistema di scarico ad alte prestazioni non farà miracoli su un totale jalopy). Un meccanico di solito può ordinare parti di ricambio originali identiche, ma ci sono anche alternative da fornitori di parti di prestazioni aftermarket che spesso danno all'auto un lifting (almeno, per quanto il sottoscocca dell'auto possa essere sistemato, comunque). Ci sono diversi vantaggi citati di frequente dei sistemi di scarico delle prestazioni. I produttori di aftermarket sono ben consapevoli che l'esperienza uditiva è fondamentale per una guida piacevole e consente anche ai conducenti vicini di sapere che anche un po 'di moneta in più è stata spesa per l'auto. La maggior parte dei produttori offre una varietà di sistemi che spaziano dal suono da un sottile gutturale a un ruggito totale. Un buon scarico delle prestazioni aftermarket può migliorare la risposta dell'acceleratore (quanto velocemente e senza intoppi, l'auto reagisce alla pressione applicata al pedale dell'acceleratore) e aumentare la potenza. Alcuni sistemi possono persino migliorare il risparmio di carburante. Gli scarichi ad alte prestazioni sono in grado di fornire questo aumento di potenza perché sono meno restrittivi degli scarichi di serie. Se il motore può spingere fuori più aria (il che significa anche che può aspirare più aria) ciò aiuta il motore a produrre più potenza. Ma contrariamente a quanto si potrebbe pensare, un sistema totalmente libero sarà controproducente. Gli scarichi aftermarket sono progettati per fornire la giusta quantità di contropressione in modo che il motore non finisca per funzionare a una potenza inferiore al picco. Ecco perché è importante sceglierne uno progettato e ottimizzato per il tuo veicolo specifico. E prima di strappare i tubi di scarico, assicurati che il sistema che desideri sia legale per la strada e non impedisca alla tua auto di fallire il test delle emissioni.

Comprendi anche che un vero sistema di scarico ad alte prestazioni non può fornire vantaggi strabilianti per un investimento banale. Attenzione ai prodotti economici come i componenti del sistema di scarico "ad alte prestazioni" a clip o a vite o le punte di scarico che pretendono di dare l'aspetto di un sistema a prestazioni complete. Non aiutano la guidabilità dell'auto e potrebbero persino ostacolarla aggiungendo peso extra e resistenza al vento. E poi, quei vistosi suggerimenti non stanno ingannando nessuno.

fonti

Abuelsamid, Sam. "Componenti aggiuntivi inutili per le prestazioni dell'auto". Meccanica popolare. (29 gennaio 2012) http://www.popularmechanics.com/cars/how-to/products/performance-sapping-aftermarket-add-ons
Allen, Mike. "Come installare un sistema di scarico Cat-back". Meccanica popolare. 18 dicembre 2009. (29 gennaio 2012) http://www.popularmechanics.com/cars/how-to/maintenance/4270747
Dow Automotive Systems. "Automotive - Riduzione delle emissioni di scarico". (29 gennaio 2012) http://www.dowautomotive.com/capabilities/industry/automotive/reducing.htm
Flowmaster. "Sistemi di scarico ad alte prestazioni". 2011. (29 gennaio 2012) http://www.flowmastermufflers.com/index.php?cat=2
Ufficio delle fonti mobili dell'Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti. "Emissioni automobilistiche: una panoramica". Agosto 1994. (29 gennaio 2012) http://www.epa.gov/otaq/consumer/05-autos.pdf
Scarico Walker. "Walker Exhaust 101." (29 gennaio 2012) http://www.walkerexhaust.com/support/exhaust101/componentsAndDesign.asp

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