نظام العادم

في معظم الدراجات النارية ، يكون نظام العادم مرئياً بالكامل أو معظمه، وقد يكون مطلياً بالكروم كعنصر جمالي. أما أنظمة العادم البديلة، فتُصنع من الفولاذ أو الألومنيوم أو التيتانيوم أو ألياف الكربون.

تتنوع أنظمة عادم الدراجات النارية تبعًا لنوع المحرك والغرض من استخدامه. قد تحتوي الدراجة ثنائية الأسطوانات على نظام عادم مستقل، كما هو الحال في كاواساكي EX250 (المعروفة أيضًا باسم نينجا 250 في الولايات المتحدة، أو GPX 250)، أو نظام عادم أحادي يُعرف باسم "اثنان في واحد" (2-1). أما الدراجات رباعية الأسطوانات، مثل دراجات السباق الفائقة كسلسلة ZX من كاواساكي، وسلسلة CBR من هوندا ، وسلسلة YZF من ياماها (التي أصبحت تُعرف لاحقًا باسم R6 وR1)، وسوزوكي GSX-R، فغالبًا ما تحتوي على نظام عادم مزدوج. يمكن شراء "نظام عادم كامل" كملحق إضافي، ويُسمى أيضًا 4-2-1 أو 4-1، وذلك حسب تصميمه. في السابق، كانت هذه الدراجات تأتي قياسيًا مع كاتم صوت عادم أحادي. استمر هذا الوضع حتى أوائل الألفية الثانية، عندما أجبرت لوائح الاتحاد الأوروبي المتعلقة بالضوضاء والتلوث الشركات على استخدام طرق أخرى لتحسين أداء الدراجة النارية.

في العديد من الشاحنات ، يكون نظام العادم مرئيًا بالكامل أو معظمه، وغالبًا ما يكون أنبوب العادم رأسيًا. عادةً، في هذه الشاحنات، يُحاط كاتم الصوت بغلاف معدني مثقب لحماية الأشخاص من الحروق الناتجة عن لمسه الساخن. قد يكون هذا الغلاف مطليًا بالكروم كعنصر جمالي. غالبًا ما يكون جزء من الأنبوب الواصل بين المحرك وكاتم الصوت عبارة عن قناة معدنية صناعية مرنة، مما يساعد على منع انتقال اهتزازات المحرك إلى نظام العادم. في بعض الأحيان، يكون أنبوب عادم الديزل الكبير رأسيًا لتوجيه الغازات الساخنة والسامة بعيدًا عن الأشخاص؛ في هذه الحالة، غالبًا ما تحتوي نهاية أنبوب العادم على غطاء معدني مفصلي لمنع دخول الحطام والطيور ومياه الأمطار.

في الماضي، كانت أنظمة عادم الشاحنات في بريطانيا عادة ما تكون مخفية أسفل الهيكل.

في محرك ثنائي الأشواط ، كما هو الحال في الدراجات النارية الترابية ، يستخدم انتفاخ في أنبوب العادم يُعرف باسم غرفة التمدد ضغط العادم لضخ المزيد من الهواء والوقود إلى الأسطوانة أثناء شوط السحب. وهذا يوفر قوة أكبر وكفاءة أعلى في استهلاك الوقود. انظر تأثير كاديناسي .

مع وجود محرك ديزل أو بنزين (غاز) على متن السفن البحرية، أسفل سطح السفينة:-

• عزل أنبوب العادم يمنع ارتفاع درجة حرارة غرفة المحرك حيث يجب على الناس العمل لصيانة المحرك.
• يؤدي إدخال الماء إلى أنبوب العادم إلى تبريد غاز العادم، وبالتالي تقليل الضغط العكسي عند أسطوانات المحرك. في التطبيقات البحرية، غالبًا ما يكون مشعب العادم جزءًا لا يتجزأ من مبادل حراري يسمح لمياه البحر بتبريد نظام مغلق من المياه العذبة يدور داخل المحرك.

في المحركات الخارجية ، يكون نظام العادم عادةً عبارة عن ممر رأسي عبر هيكل المحرك، ولتقليل الضوضاء خارج الماء، يتم طرده تحت الماء، وأحيانًا من خلال منتصف المروحة.

في معظم محركات الإنتاج، يُعدّ مشعب العادم مجموعة مصممة لتجميع غازات العادم من أسطوانتين أو أكثر في أنبوب واحد. في سيارات الإنتاج القياسية، غالبًا ما تُصنع مشعبات العادم من الحديد الزهر . وقد تتميز بتصميمات موفرة للمواد، مثل استخدام أقل كمية من المعدن، أو شغل أقل مساحة ممكنة، أو خفض تكلفة الإنتاج. غالبًا ما تؤدي هذه القيود التصميمية إلى تصميم اقتصادي لا يُحقق الكفاءة المثلى في تصريف الغازات من المحرك. وتحدث أوجه القصور عادةً بسبب طبيعة محرك الاحتراق وأسطواناته. فبما أن الأسطوانات تُشعل الاحتراق في أوقات مختلفة، فإن غازات العادم تخرج منها في أوقات مختلفة أيضًا، وقد لا تُفرغ موجات الضغط الناتجة عن الغاز الخارج من إحدى الأسطوانات تمامًا عبر نظام العادم عند خروج غازات من أسطوانة أخرى. وهذا يُولّد ضغطًا عكسيًا وتقييدًا في نظام عادم المحرك، مما يُحدّ من أدائه.

بغض النظر عن السمات السلبية لتكوينات مخرج العادم الأنبوبي الفولاذي، يختار المهندسون الذين يصممون مكونات المحرك مشعبات العادم التقليدية المصنوعة من الحديد الزهر لأنها تسرد سمات إيجابية، مثل مجموعة من خصائص إدارة الحرارة وعمر أطول من أي نوع آخر من تصميم مخرج العادم.

مشعب العادم هو مشعب مصمم خصيصًا لتحسين الأداء. ^{[ 1 ]} أثناء التصميم، يحرص المهندسون على تصميم مشعب العادم دون مراعاة الوزن أو التكلفة، بل لتحقيق التدفق الأمثل لغازات العادم. ينتج عن هذا التصميم مشعب عادم أكثر كفاءة في طرد غازات العادم من الأسطوانات. تتكون مشعبات العادم عادةً من أنابيب فولاذية دائرية ذات انحناءات وثنيات محسوبة بدقة لجعل مسارات العادم من منفذ كل أسطوانة إلى المخرج المشترك متساوية الطول، ومتصلة بزوايا ضيقة لتوجيه موجات الضغط عبر المخرج، وليس عكس اتجاهها نحو الأسطوانات الأخرى. في مجموعة مشعبات العادم المُعدّلة، تُحسب أطوال الأنابيب بدقة لتعزيز تدفق العادم ضمن نطاق محدد من دورات المحرك في الدقيقة .

إحدى الطرق الشائعة لزيادة قدرة المحرك هي استخدام مشعبات عادم مُحسّنة. ^{[ 2 ]} غالبًا ما تُعزى هذه الزيادة في القدرة إلى زيادة مساحة المقطع العرضي للأنابيب (مما يقلل مقاومة غازات العادم) وتصميم أطوال الأنابيب بحيث تُساعد موجة الضغط في طرد غازات العادم . بالنسبة لمحركات الأسطوانات الأربع المتتالية ومحركات V8 ، عادةً ما تكون مشعبات العادم إما بتصميم 4-2-1 (حيث تندمج الأنابيب الأربعة في أنبوبين، ثم يندمج هذان الأنبوبان في أنبوب واحد منفصل) أو بتصميم 4-1 (حيث تندمج الأنابيب الأربعة مباشرةً في أنبوب واحد).

تُصنع رؤوس العادم عادةً من قِبل شركات قطع غيار السيارات، ولكن يمكن شراؤها أحيانًا من قسم قطع غيار السيارات عالية الأداء في وكالات بيع السيارات . في الغالب، يشتري معظم عشاق أداء السيارات رؤوس عادم من شركات متخصصة في إنتاج رؤوس عادم موثوقة واقتصادية وذات تصميم جيد خصيصًا لسياراتهم. كما يمكن تصميم رؤوس العادم حسب الطلب من قِبل ورش متخصصة. ونظرًا للمواد المتطورة المستخدمة في تصنيع بعض رؤوس العادم، قد يكون ذلك مكلفًا. يمكن تصميم نظام العادم خصيصًا للعديد من المركبات، وعادةً لا يكون مرتبطًا بمحرك السيارة أو تصميمها، باستثناء ضرورة توصيله بإحكام بالمحرك. ويتحقق ذلك عادةً من خلال تحديد المقاسات الصحيحة في مرحلة التصميم واختيار نوع وحجم الحشية المناسبين للمحرك.

بعض الأنظمة (المعروفة بأنظمة إزالة المحول الحفاز ) تستغني عن المحول الحفاز . ويُعدّ وجود المحول الحفاز شرطًا قانونيًا في الولايات المتحدة. ^{[ 3 ] [ 4 ]} ولا يجوز إزالة المحولات الحفازة من المركبات المستخدمة حصريًا للقيادة على الطرق الوعرة في الولايات المتحدة. ^{[ 5 ]} والغرض الرئيسي من المحول الحفاز في السيارة هو تقليل الانبعاثات الضارة للهيدروكربونات وأول أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين في الغلاف الجوي. ويعمل عن طريق تحويل مكونات العادم الملوثة إلى ماء وثاني أكسيد الكربون. ^{[ 6 ]} وهناك درجة حرارة معينة يبدأ عندها المحول الحفاز بالعمل بكفاءة. ^{[ 7 ]}

قد تتسبب المحولات الحفزية في زيادة الضغط العكسي إذا كانت مسدودة أو غير مصممة لمعدل التدفق المطلوب. في هذه الحالات، يمكن أن يؤدي تحسين المحول الحفزي أو إزالته إلى زيادة القدرة عند دورات المحرك العالية. مع ذلك، يُعد المحول الحفزي عنصرًا حيويًا لأنظمة التحكم في انبعاثات السيارة. لذا، فإن استخدام منتج غير مطابق للمواصفات القياسية قد يجعل السيارة غير صالحة للسير على الطرق. ^{[ 8 ]}

يُطلق على الأنابيب التي تربط جميع مكونات نظام العادم اسم أنبوب العادم. إذا كان قطره صغيرًا جدًا، سينخفض ​​عزم الدوران عند دورات المحرك العالية. ^{[ 9 ]} أما إذا كان قطره كبيرًا جدًا، فقد ينخفض ​​عزم الدوران عند دورات المحرك المنخفضة، وقد يؤدي ذلك إلى انخفاض مستوى نظام العادم عن الأرض، مما يزيد من خطر تعرضه للصدمات والتلف أثناء سير السيارة. ^{[ 10 ]}

في السيارات ذات مجموعتين من أنابيب العادم، يُستخدم أنبوب توصيل لربط الأنبوبين. وتشمل التصاميم الشائعة لأنابيب التوصيل أنبوبًا عموديًا (يُسمى "أنبوب H" نظرًا لشكلها) أو أنابيب بزاوية تتداخل وتنفصل تدريجيًا (يُسمى "أنبوب X").

تعمل كاتمات الصوت الأصلية عادةً على تقليل الضوضاء المنبعثة من أنبوب العادم عن طريق عكس الموجات الصوتية داخلها. ^{[ 11 ]} وهي مصممة لتتوافق مع لوائح الضوضاء الحكومية. مع ذلك، قد تساهم كاتمات الصوت الأصلية بشكل كبير في زيادة ضغط العادم العكسي. ^{[ 12 ]}

كاتمات الصوت الزجاجية (وتُسمى أيضًا "المدافع" أو "الهوت دوغ") هي كاتمات صوت ذات تصميم مستقيم، تتكون من أنبوب داخلي مثقب، وأنبوب خارجي صلب، وعازل صوتي من الألياف الزجاجية بين الأنبوبين. غالبًا ما يكون ضغطها الخلفي أقل من كاتمات الصوت الأصلية، لكنها غير فعالة نسبيًا في خفض مستويات الصوت. نوع آخر شائع من كاتمات الصوت هو كاتم الصوت ذو الحجرات، والذي يتكون من سلسلة من الأنابيب متحدة المركز أو غير متحدة المركز داخل تجويف حجرة التمدد. تسمح هذه الأنابيب للصوت بالمرور إليها، مما يؤدي إلى ارتداد الموجات الصوتية عن الأطراف المسطحة المغلقة للأنبوب. تلغي هذه الانعكاسات بعضها البعض جزئيًا، مما يقلل من مستوى الصوت.

الرنانات عبارة عن أجزاء من الأنابيب تتمدد إلى قطر أكبر، مما يسمح للموجات الصوتية بالانعكاس عن جدرانها وإلغاء بعضها البعض، وبالتالي تقليل مستوى الضوضاء. يمكن استخدام الرنانات داخل كاتمات الصوت أو كمكونات منفصلة في نظام العادم.

في الشاحنات، يكون كاتم الصوت أحيانًا عرضيًا أسفل مقدمة الكابينة، ويتجه أنبوب العادم جانبيًا إلى الجانب الأيمن (الجانب الأيمن إذا كانت القيادة على اليسار ، والجانب الأيسر إذا كانت القيادة على اليمين ). أما في سيارات الركاب، فيشير جانب مخرج العادم أسفل المصد الخلفي عادةً إلى السوق الذي صُممت السيارة من أجله؛ فمثلاً، السيارات اليابانية والبريطانية يكون عوادمها على اليمين لتكون الأبعد عن الرصيف في الدول التي تسير فيها السيارات على اليسار، بينما السيارات الأوروبية يكون عوادمها على اليسار.

تُعدّ نهاية أنبوب العادم، حيث يُصرّف الهواء إلى الخارج، الجزء الوحيد المرئي من نظام العادم في السيارة، وعادةً ما تنتهي بقطع مستقيم أو مائل، وقد تتضمن طرفًا زخرفيًا. يُطلى هذا الطرف أحيانًا بالكروم . غالبًا ما يكون قطره أكبر من قطر باقي نظام العادم، مما يُخفّض الضغط في النهاية، ويُستخدم أحيانًا لتحسين مظهر السيارة.

في أواخر خمسينيات القرن الماضي، شاع في الولايات المتحدة الأمريكية تصميم المصد الخلفي للسيارات بفتحة في كل طرف لمرور العادم. وكان وجود فتحتين يرمز إلى محركات V8. وقد زُوّدت العديد من السيارات الفاخرة (كاديلاك، لينكولن، إمبريال، باكارد) بهذا التصميم. وكان أحد مبررات ذلك أن السيارات الفاخرة في ذلك الوقت كانت تتميز ببروز خلفي كبير لدرجة أن أنبوب العادم كان يحتك بالأرض عند صعود المنحدرات. لكن هذه الموضة اختفت بعد أن لاحظ العملاء أن الجزء الخلفي من السيارة يمثل منطقة ضغط منخفض تتجمع فيها السخام من العادم، وأن محتواه الحمضي يتسبب في تآكل المصد الخلفي المطلي بالكروم.

عندما تحتوي الحافلة أو الشاحنة أو الجرار أو الحفارة على أنبوب عادم رأسي (يسمى المداخن أو الأنابيب خلف الكابينة )، يكون الطرف في بعض الأحيان منحنيًا، أو يحتوي على غطاء مفصلي يدفعه تدفق الغاز بعيدًا عن الطريق، وذلك لمحاولة منع دخول الأجسام الغريبة (بما في ذلك فضلات الطيور التي تجثم على أنبوب العادم عندما لا تكون المركبة قيد الاستخدام) إلى داخل أنبوب العادم.

في بعض الشاحنات، عندما يكون كاتم الصوت (المخمد) ممتدًا من الأمام إلى الخلف أسفل الهيكل، ينعطف طرف أنبوب العادم ويدفع الهواء إلى الأسفل. هذا يحمي أي شخص بالقرب من شاحنة متوقفة من التعرض المباشر لغازات العادم، ولكنه غالبًا ما يثير الغبار عند القيادة على سطح جاف ومغبر، كما هو الحال في مواقع البناء .

نتيجةً لصعوبة تكييف أنابيب العادم ذات الأقطار الكبيرة مع الهيكل السفلي لسيارات ذات هيكل سلمي أو هيكل منفصل عن الهيكل، والتي تتميز بأنظمة تعليق ذات هندسة معدلة، تطورت أنابيب العادم الجانبية لتصبح نموذجًا أساسيًا لعادم السيارات ذات المحرك الأمامي، وقد صممها متخصصون في محركات رياضة السيارات في ثلاثينيات وأربعينيات وخمسينيات القرن الماضي، والذين انصب تركيزهم على تحسين التأثير الصوتي لمحركات الاحتراق الداخلي عالية الأداء. ويُشتق الاسم من استخدامها في قيعان البحيرات الشاسعة والجافة شمال شرق مقاطعة لوس أنجلوس ، حيث قام متخصصو المحركات بتصميم وتعديل وتقييم مشعبات العادم المكونة من قطعة واحدة بسماكات مختلفة، وذلك تبعًا لدرجة الحرارة والرطوبة والارتفاع والمناخ الذي توقعوه.

لم يكن الهدف من أنابيب العادم الجانبية تحقيق أي تحسن جوهري في الأداء بحد ذاتها ، بل تطورت هذه الأنابيب لأسباب عملية. ففي الحالات النموذجية، كانت مشعبات العادم تمتد مباشرة من أقواس العجلات الأمامية، مما يشكل خطر اختناق على سائق السباق. لذلك، تم تصميم أنابيب عادم جانبية تمتد من حافة مشعب العادم الرئيسي على طول عتبات الأبواب، أسفل السيارة، مما يتيح (1) لمُعدّلي نظام التعليق خفض ارتفاع السيارة بما يكفي لمحاولات تحطيم الأرقام القياسية للسرعة البرية، و(2) لمُعدّلي المحرك سهولة ومرونة في تبديل مشعبات العادم المختلفة دون الحاجة إلى رفع السيارة، وبالتالي تجنب الحاجة إلى فك وتركيب أجزاء الهيكل السفلي.

أدى تراجع استخدام هيكل الشاسيه التقليدي ذي الإطار المنفصل إلى ظهور نماذج هيكلية أكثر مرونة ، مثل الهيكل الأحادي والهيكل الموحد ، بالتزامن مع تشريعات الحد من التلوث، إلى جعل أنابيب العادم الجانبية خيارًا غير ضروري لتحسين الأداء. فلا يوجد أي تحسن ملحوظ في أداء السيارات الحديثة؛ إذ تُعتبر أنابيب العادم الجانبية مجرد إكسسوارات جمالية مطلية بالكروم عادةً. يُتيح بعضها للسائق التحكم في توجيه غازات العادم إلى نظام العادم القياسي أو عبر أنابيب العادم الجانبية. كما أن بعضها مُجهز بأغطية تُثبت بمسامير في نهاية أنابيب العادم، وتعمل على (1) إغلاق نظام العادم عند عدم استخدامه، و/أو (2) الإشارة إلى أن وجود أنابيب العادم الجانبية هو مجرد عنصر تجميلي.

نظام العادم الخلفي (أو نظام العادم الممتد من رأس العادم إلى فتحة التهوية النهائية للهواء الطلق) هو جزء من نظام العادم، ويمتد من مخرج رأس العادم إلى فتحة التهوية النهائية للهواء الطلق - أي كل شيء من رأس العادم إلى الخلف. تُصنع أنظمة العادم الخلفية عادةً كأنظمة أداء ما بعد البيع للسيارات التي لا تحتوي على شواحن توربينية .

نظام العادم الخلفي (أو نظام التوربو الخلفي ) هو جزء من نظام العادم يمتد من مخرج الشاحن التوربيني إلى فتحة التهوية النهائية للهواء الطلق. تُصنع أنظمة التوربو الخلفي عادةً كأنظمة أداء مُعدّلة للسيارات المزودة بشواحن توربينية. بعض أنظمة التوربو الخلفي (وأنظمة العادم الخلفية من رأس المحرك) تحل محل المحولات الحفازة الأصلية، بينما تتميز أنظمة أخرى بمقاومة أقل لتدفق الهواء.

يشير مصطلح "كات باك" (أو "كات باك" أو "كات باك ") إلى جزء نظام العادم الممتد من مخرج المحول الحفاز إلى فتحة التهوية النهائية. ويشمل هذا عادةً الأنبوب الواصل من المحول إلى كاتم الصوت، وكاتم الصوت نفسه، والجزء الأخير من الأنبوب الممتد إلى فتحة التهوية.

تستخدم أنظمة العادم الخلفية عادةً أنابيب ذات أقطار أكبر من النظام الأصلي. ولتقليل الضغط الخلفي، غالبًا ما تكون كاتمات الصوت المضمنة في هذه المجموعات من نوع "الزجاج ". إذا كان النظام مصممًا لأغراض جمالية أكثر من كونه عمليًا، فقد يتم ضبطه لتحسين الأصوات المنخفضة الصادرة من محركات ذات سرعة دوران عالية وسعة منخفضة .