排気システムは自動車エンジンの重要な部品です。エンジンの性能に影響を与えるだけでなく、車両の排出ガスや騒音の制御にも影響します。排気システムのさまざまなコンポーネントとそれらがどのように機能するかを詳しく見てみましょう。
排気慣性
ガスは流動プロセス中に一定の慣性を持ち、排気慣性は吸気慣性よりも大きくなります。排気慣性のエネルギーを利用することで排気効率を向上させることができ、これは高性能エンジンにおいて特に重要です。排気ガスは排気行程中にピストンによって押し出されると思っている人が多いと思いますが、実際には排気バルブが開くと同時に大量の排気ガスが非常に高速で排気バルブから噴出します。この時、ピストンによって押し出されるのではなく、圧力がかかって勝手に押し出される状態です。排気ガスは排気管に入るとすぐに膨張・減圧し、負圧状態になります。
排気パルス
排気パルスは、排気管内を伝わって圧力波を形成する圧力波です。正圧波と負圧波のエネルギーを利用して吸排気効率を向上させることができます。正の圧力波と負の圧力波のエネルギーは同じですが、方向が逆です。
圧力波
排気ガスが異なる断面の空間を通過すると、圧力差が発生し、圧力波が形成されます。通常、最大の圧力波は排気管の末端で発生し、圧力波は排気ポートと排気バルブの間を往復します。反射が多いほど、新しい圧力波が生成されるまでのエネルギーは少なくなります。圧力波を利用するためには、排気バルブの開く時間が非常に重要です。排気バルブを開いたときに負圧が発生すると排気効率を向上させることができます。負の圧力波の到達時間を変えるには、圧力波の伝導速度は変わらないため、排気管の長さを考慮する必要があります。
吸引現象
マニホールドに流入する排気ガスは、流れの慣性により他の未排気パイプに吸引効果をもたらします。隣接する配管からの排気ガスを吸引します。この現象を利用して排気効率を向上させることができます。 1つの気筒が排気されると、次の気筒が排気され始めます。点火関連シリンダーをグループ基準としてエキゾーストパイプを組み合わせ、さらに別のグループのエキゾーストパイプを組み合わせて吸引現象を利用して排気を助ける4in2in1タイプを形成します。
マフラー
エンジンから排出される高温高圧の排気ガスがそのまま大気中に放出されると、ガスが急激に膨張し、大きな騒音を発生します。したがって、冷却および消音装置が必要です。マフラー内部にはサイレンサー穴と共鳴室が多数あり、内壁にはガラス繊維吸音綿が入っており、振動や騒音を吸収します。最も一般的なタイプは拡張型マフラーで、内部に長短のチャンバーが必要です。高周波音を除去するには短バレルの拡張チャンバーが必要であり、低周波音を除去するには長バレルの拡張チャンバーが使用されるためです。同じ長さの膨張室のみを使用する場合、除去できる可聴周波数は 1 つだけです。デシベルは減りますが、人間の耳に受け入れられる音を出すことはできません。結局のところ、マフラーの設計は、エンジンの排気音が消費者に受け入れられるかどうかを考慮する必要があります。
これらのコンポーネントの合理的な設計と構成により、排気システムはエンジンの性能を向上させるだけでなく、騒音公害を軽減し、車をよりスムーズかつ効率的に走行させることができます。
