strona główna Technika motoryzacyjna Konstrukcje i akustyka układów wydechowych
2016-02-17, ostatnia aktualizacja 2016-02-17 05:46

Konstrukcje i akustyka układów wydechowych

Fot. Asmet

Fot. Asmet

Dźwięk jest powszechnym zjawiskiem towarzyszącym naszemu codziennemu życiu. Dostarcza przyjemnych doznań, na przykład muzycznych, pożytecznie informuje i ostrzega, ale bywa też niepożądany, a nawet szkodliwy.

Dźwięki szkodliwe i uciążliwe nazywamy hałasem. Urządzenia przemysłowe i spalinowe silniki pojazdów generują hałasy szerokopasmowe, wymagające ograniczania przez różne techniczne środki wyciszające.

W przypadku samochodów ich producenci zobowiązani są do montowania układów wydechowych, których zadaniem jest:

  • odprowadzenie gorących spalin w bezpieczne miejsce poza pojazdem,
  • oczyszczenie spalin ze szkodliwych związków chemicznych,
  • zredukowanie hałasu do poziomu określonego przez Dyrektywy UE.

Zatem układ wydechowy we współczesnych samochodach jest kompleksowym systemem, złożonym z takich elementów, jak katalizatory, filtry cząstek stałych, tłumiki i rury wydechowe. Dziś katalizatory i filtry cząstek stałych pełnią również w pewnym zakresie rolę tłumików, ponieważ z uwagi na ograniczone miejsce do zabudowy klasycznych podzespołów zastępują coraz częściej tłumiki przednie bądź środkowe, zwłaszcza w autach z silnikami Diesla.

Wymogi techniczne i prawne

Skuteczne ograniczenie hałasu w nowym samochodzie jest wynikiem pracy zespołów konstruktorskich, które na podstawie charakterystyki pracy silnika określają różne parametry układu wydechowego, dopasowanego również do podwozia pojazdu pod względem mechanicznym i aerodynamicznym w sensie minimalizacji oporów.

Asmet

Przykłady badań porównawczych akustycznej skuteczności tłumików. Przeprowadzono je w komorze bezechowej laboratorium akustycznego Asmet z użyciem aparatury pomiarowej firmy Bruel&Kjaer. Zakres mierzonych częstotliwości w paśmie słyszalnym: 63–5000 Hz. Charakterystyka pomiaru liniowa (L), szerokość pasma 1/3 oktawy. Poziom hałasu wyrażony w decybelach (dB).

Nowy samochód przed dopuszczeniem do ruchu musi przejść w całości proces homologacji, czyli podlega między innymi kompleksowemu badaniu wpływu emitowanego hałasu na środowisko. Inaczej wygląda sytuacja, gdy w pojeździe już eksploatowanym trzeba wymienić zużyte elementy układu wydechowego, np. pojedynczy tłumik lub rurę. Jest obecnie na rynku wtórnym szeroki wybór takich części zamiennych, poczynając od wyrobów sygnowanych jako produkty OES, aż do tanich zamienników. Każdy ich producent zapewnia klienta, że jego wyroby mają parametry porównywalne z parametrami wyrobów montowanych fabrycznie. W przypadku tłumików dotyczy to – prócz stosowania odpowiedniej jakości materiałów, które decydują o wytrzymałości produktu – także konstrukcji wewnętrznej oraz zewnętrznych kształtów. Modyfikacje wprowadzane niekiedy w tym zakresie są na ogół korzystne, gdyż wynikają nie tylko z ograniczonych możliwości technologicznych, lecz także z dążenia do obniżki kosztów produkcji, a co za tym idzie – obniżenia ceny wyrobu. Takie zmiany stosują również producenci dostarczający wyroby równocześnie do pierwszego montażu samochodów i dla "aftermarketu".

Elementy układów wydechowych, z wyjątkiem rur łączących, powinny mieć – oprócz zapewnień producentów na temat ich skuteczności – także poświadczenia homologacji jako pojedyncze części zamienne. Homologacja taka informuje klienta, że zakupiony towar spełnia wymagania określone przez Dyrektywy UE dotyczące redukcji hałasu.

Trafność wprowadzanych zmian konstrukcyjnych zależy jednak głównie od znajomości charakterystyki tłumienia tłumika oryginalnego, a tę poznać można tylko przy użyciu specjalistycznej aparatury do pomiarów dźwięków wraz z odpowiednim zapleczem, takim jak w laboratorium firmy Asmet. Dopiero na tej podstawie można w ograniczonym stopniu pokusić się o zmianę konstrukcji tłumika, zwłaszcza gdy nie ma ona na celu tylko technologicznych uproszczeń, lecz także poprawę parametrów akustycznych.

Tłumiki montowane fabrycznie mają czasami konstrukcję bardzo prostą, a ich parametry akustyczne są dobrane do całego układu wydechowego w nowym samochodzie. Jednak nie wyklucza to możliwości poprawiania "fabrycznych" tłumików i zastępowania ich lepszymi zamiennikami.

Dobór części w warsztacie

Umiejętne wykorzystanie tłumików zmodyfikowanych może skutecznie zniwelować niektóre niedoskonałości eksploatowanego układu wydechowego, np. częściową niesprawność katalizatora czy obniżoną skuteczność tłumienia zamiennika pochodzącego od innego producenta. Niestety, trudno jest "zamaskować" brak katalizatora lub uszkodzenie jednego z tłumików, a tego czasem oczekują warsztatowi klienci, godzący się na wymianę jednego tylko elementu (np. tłumika tylnego) zamiast całego układu wydechowego.

Badając tłumiki w różnych konfiguracjach, czyli łącząc wyroby różnych producentów, można uzyskać zmiany skuteczności tłumienia uwidocznione na porównawczych wykresach. Należy tu nadmienić, że badania homologacyjne są również przeprowadzane na zasadzie porównawczej, czyli metodą kontroli zmian powodowanych zamontowaniem badanego pojedynczego elementu do oryginalnego układu wydechowego. Nigdy nie stosuje się całego układu wydechowego złożonego z zamienników do porównania z kompletnym układem oryginalnym. Wyniki pomiarów obu układów odnosi się oczywiście do obowiązujących norm emisji hałasu.

Tłumiki montowane w naprawianych pojazdach podlegają również ocenie subiektywnej. Mówimy wtedy o jakości uzyskiwanego dźwięku, a chodzi o to, by był on przyjemny dla ucha i nie wykazywał raptownych zmian przy różnych obrotach silnika. W drugim z tych przypadków należy zwrócić się do producenta z odpowiednimi uwagami.

Użytkownicy samochodów są często przeświadczeni, że dobre tłumiki muszą zawierać materiał głuszący w rodzaju wełny bazaltowej lub włókna szklanego. Nawet popularne czasopisma motoryzacyjne dla kierowców propagują teorię, iż prawie każdy tłumik można zastąpić prostą konstrukcją, wypełnioną środkiem głuszącym. Niektórzy tacy "eksperci" pukają w tłumik i biorą go do ręki, by ocenić wagę, a potem autorytatywnie twierdzą, że jest on pusty, a więc nie może skutecznie tłumić hałasu. To jednak całkiem mija się z prawdą.

Asmet

Asmet

Asmet

Asmet

Przykłady konstrukcji tłumików i wykresy tłumienia (kliknij zdjęcie, aby je powiększyć)

Tłumiki pod względem konstrukcji wewnętrznej dzielą się na kilka kategorii, z których główne to: absorpcyjna, refleksyjna oraz interferencyjna. Są też rozwiązania mieszane, łączące na przykład konstrukcję absorpcyjną z jakimś innym jej rodzajem. Każda konstrukcja tłumi określone częstotliwości dźwięków i w zależności od charakterystyki pracy silnika trzeba niekiedy stosować ich kilka równocześnie, by razem tworzyły skuteczne ograniczenie hałasu (co widać na załączonych wykresach).

Zasady działania tłumików

Wspomniany środek głuszący na pewno zawierają tłumiki absorpcyjne (czyli pochłaniające energię pulsacyjną spalin). Jednak z uwagi na ograniczony zakres tłumionych częstotliwości, tłumiki tego typu są najczęściej stosowane jako przednie lub środkowe, gdzie ich zadaniem jest ograniczanie hałasu pod kabiną pasażerską. Pozostałe konstrukcje występują przeważnie w tłumikach tylnych. Mają budowę opiartą na komorach łączonych rurami perforowanymi lub pełnymi o różnych długościach. Ich zadaniem jest ograniczenie prędkości spalin poprzez ich rozprężanie w komorach, a także odbijanie fali dźwiękowej od ścianek tłumika i wymiana drgań fali dźwiękowej między rurami perforowanymi. W ten sposób fala dźwiękowa ulega osłabieniu, a w końcowym efekcie – wygłuszeniu.

Czym bardziej rozbudowaną strukturę ma tłumik, tym efektywność tłumienia jest większa. Najbardziej efektywne tłumiki tylne też mają ograniczone właściwości tłumienia, gdyż tłumią głównie niskie i ewentualnie średnie tony. Przy wyższych – ich efektywność spada zgodnie z kolejnym wykresem. Jednak w połączeniu z tłumikiem absorpcyjnym tworzą zadowalający system wydechowy. Zatem najkorzystniejsze tłumienie zapewniają tłumiki o konstrukcji mieszanej, ponieważ mają szerokie spektrum działania – od niskich do wysokich tonów. Są też, niestety, najdroższe i dlatego często producenci "aftermarketowi" upraszczają ich konstrukcję.

Bez znacznej wiedzy technicznej i odpowiednich badań akustycznych próby takiego upraszczania mogą dawać negatywne wyniki, które nie przejdą pozytywnie badań homologacyjnych lub okażą się drażniące dla użytkowników. Podobna sytuacja może nastąpić w przypadku zmian konstrukcyjnych w pozornie prostych tłumikach absorpcyjnych. Wystarczy ograniczyć ilość środka głuszącego, zastosować gorszą jego jakość, zmniejszyć nadmiernie puszkę tłumika lub co najgorsze – całkiem ją opróżnić z głuszącej zawartości. We wszystkich tych wypadkach zostanie całkowicie zmieniona charakterystyka tłumienia i hałas może nawet ulec nasileniu. Tak bywa również po wymontowaniu katalizatora, filtra cząstek stałych i zastąpieniu ich prostymi tłumikami przelotowymi.

Estetyka i fizjologia

Niezależnie od swych obiektywnych parametrów fizycznych dźwięk jest oceniany przez człowieka zawsze subiektywnie. Pomiar może wykazać, że poziom hałasu jest w normie, jednak w pewnych zakresach obrotów silnika może on przybierać formy nieprzyjemne dla ucha. Komuś basowe brzmienie układu wydechowego wydaje się fascynująco pięknym doznaniem, a innych po prostu razi jako nieznośne dudnienie. Poza tym długie przebywanie w strefie hałasu złożonego z różnych dysonansowych tonów może prowadzić do negatywnych zmian w narządach słuchu. Szczególnie niebezpieczne są tu wysokie dźwięki, dla których czułość ucha ludzkiego jest największa (ok. 4–5 kHz) i z wiekiem niestety ubytek słuchu jest w tym zakresie największy.

Dlatego za tak ważne uznaje firma Asmet, aby produkowane przez nią wyroby spełniały wymagania wszystkich klientów – bez względu na wiek i subiektywne gusta.



Janusz Ossowski
Pełnomocnik ds. zarządzania jakością, Asmet



Wasi dostawcy

Podobne

Polecane