Mục lục:
Nhiệm vụ
- Làm giảm tiếng ồn và giảm sức ép khí thải có xung lực mạnh (tiếng nổ) vừa thoát ra từ buồng đốt sao cho tiếng ồn không vượt qua một giới hạn nhất định.
- Dẫn khí thải an toàn, tránh không để khí thải xâm nhập vào bên trong xe.
- Giảm lượng chất độc hại trong khí thải xuống mức giới hạn quy định thông qua bộ xúc tác.
- Tác động lên dòng khí thải trong quá trình giảm âm sao cho độ hao tổn công suất của động cơ là thấp nhất.
- Tạo âm thanh phù hợp cho từng loại xe (thiết kế âm thanh).
Mức âm thanh
Khi xu-páp xả mở, khí thải trong xy-lanh còn ở quá áp từ 3 bar đến 5 bar. Nếu không có bộ giảm thanh, khí thải sẽ thoát ra bên ngoài với tiếng nổ lớn. Thước đo cho cường độ tiếng ồn là mức âm thanh, được đo bằng decibel (A) = dB (A). A diễn tả phương pháp đo. Giới hạn nghe được của tại người tương đương với mức âm thanh 0 dB (A). Nếu tăng thêm 3 dB (A) thì mức âm lượng cảm nhận được tăng gấp 2 lần. Tiếng ồn vượt quá 120 dB (A) được cảm nhận là rất đau. Tiếng ồn kéo dài trên 130 dB (A) có thể dẫn đến tử vong.
| Búa dùng khí nén | 130 dB (A) |
| Ngưỡng đau | 120 dB (A) |
| Vũ trường | 110 dB (A) |
| Động cơ không có bộ giảm thanh | 100 dB (A) |
| Máy mài cầm tay | 90 dB (A) |
| Đường nhiều xe | 80 dB (A) |
| Tiếng ồn được phép của ô tô cá nhân | 74 dB (A) |
| Tiếng trò chuyện | 70 dB (A) |
| Tiếng nhạc nhỏ từ máy thu thanh | 50 dB (A) |
| Tiếng thì thầm | 30 dB (A) |
| Tiếng lá rì rào rất nhỏ | 10 dB (A) |
| Ngưỡng nghe được (0 decibel) | 0 dB (A) |
Tiếng ồn khi vận hành xe cơ giới
Tiếng ồn do khí thải là thành phần chủ yếu tạo tiếng ồn khi xe chạy. Những thành phần gây ồn khác là tiếng ồn của động cơ, tiếng ồn do bánh xe lăn, tiếng ồn từ thùng xe hoặc từ gió. Tiếng ồn khi xe vận hành không được cao hơn giới hạn cho phép. Theo luật giao thông đường bộ và trong những quy định của Cộng đồng châu Âu, những trị số giới hạn cho tiếng ồn của từng loại xe được quy định như trong Bảng dưới. Những mức giới hạn này đã được giảm xuống liên tục trong những năm gần đây.
| Xe máy đạp | 70 dB (A) |
| Xe máy nhỏ | 72 dB (A) |
| Xe máy trung | 75 dB (A) |
| Xe máy – dưới 80cm3 – dưới 175cm3 – trên 175cm3 | 75 dB (A) 77 dB (A) 80 dB (A) |
| Ô tô – với động cơ Otto hoặc động cơ diesel – với động cơ diesel phun nhiên liệu trực tiếp | 74 dB (A) 75 dB (A) |
| Ô tô van, ô tô buýt nhỏ, ô tô giao hàng – đến 2 t – từ 2 t đến 3,5 t | 74 dB (A)* 75 dB (A)* |
| Ô tô tải dưới 75kW | 77 dB (A) |
| Ô tô buýt – dưới 150kW Ô tô tải – trên 150kW | 78 dB (A) 80 dB (A) |
Các tải và ứng suất tác dụng
- Nhiệt độ cao và sự thay đổi nhiệt độ lớn, nhất là ở phần đầu của hệ thống xả khí thải.
- Sự ăn mòn bên ngoài, trên toàn bộ chiều dài của hệ thống xả khí thải do ảnh hưởng thời tiết và muối rải trên đường trong mùa đông.
- Sự ăn mòn bên trong, do sự ngưng tụ của các thành phần khí thải (nước, acid chứa lưu huỳnh), đặc biệt ở những bộ phận lạnh hơn nằm phía sau.
- Ứng suất cơ học cao cho hệ thống xả khí thải do va đập của đá từ dưới đường, do chuyển động của thùng xe và rung động của động cơ.
Để chịu được các tải và ứng suất tác dụng này, mỗi một bộ phận của hệ thống xả khí thải phải được chế tạo bằng những vật liệu khác nhau. Những bộ phận phía trước của hệ thống xả, do nhiệt độ hoạt động cao nên chủ yếu được chế tạo bằng thép không rỉ có độ bền rão cao, không bị vảy và có khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao. Bộ giảm thanh thường được thiết kế với vỏ bọc kép. Do tiếp xúc với chất ngưng tụ có tính ăn mòn cao từ khí thải, lớp kim loại lót bên trong được làm bằng thép không rỉ chất lượng cao. Lớp kim loại bọc bên ngoài được làm bằng thép thường, tuy nhiên phải được phủ nhôm để chống ăn mòn từ bên ngoài. Những đoạn ống dẫn khí thải ở phần sau của hệ thống xả khí thải cũng được phủ nhôm.
Cấu tạo của hệ thống xả khí thải
Hệ thống xả khí thải bao gồm các ống khí thải, bộ xúc tác và một hoặc nhiều bộ giảm thanh, thí dụ như bộ giảm thanh giữa và sau. Ống dẫn khí thải phía trước nối với cụm ống khí thải và dẫn vào bộ xúc tác. Bộ này được nối với các bộ giảm thanh qua những ống nối. Từ đó khí thải được dẫn đến ống đuôi và thoát ra ngoài.
Hệ thống xả khí thải phải kín khí trên toàn bộ chiều dài để các sản phẩm cháy không thể xâm nhập vào bên trong xe và không ảnh hưởng đến chức năng giảm ồn.
Cấu tạo và thiết kế của bộ giảm thanh cũng như chiều dài và tiết diện của những ống nối được phối hợp với nhau rất kỹ lưỡng bởi nhà sản xuất. Qua đó tiếng ồn của khí xả giảm xuống đến mức độ yêu cầu. Mặt khác, lực cản dòng chảy của hệ thống xả khí thải cũng được giữ thấp vì sự xuất hiện đối áp khí thải làm giảm công suất của động cơ.
Tiếng ồn khí thải sinh ra do sự phát thải khí dồn dập từ những xy-lanh. Năng lượng âm thanh có thể được giảm dần nhờ hiện tượng phản xạ và hấp thụ.
Phản xạ
Để làm giảm âm thanh bằng hiện tượng phản xạ, người ta đặt những chướng ngại vật trên đường di chuyển của các sóng âm. Do đó các sóng âm bị phản xạ và đổi hướng, sau đó tự loại bỏ lẫn nhau, gần giống hiện tượng tiếng vang tắt dần. Những thay đổi tiết diện đột ngột trong các đường ống và những buồng ngăn cũng tạo ra phản xạ.
Bộ giảm thanh phản xạ: Những buồng ngăn có kích thước khác nhau được nối với nhau bằng những ống so le hở hai đầu. Qua đó dòng khí thải trong bộ giảm thanh bị bắt buộc phải đổi hướng.
Những ống này cũng có thể có nhiều lỗ đục. Nếu chúng có tiết diện thay đổi thì những sóng âm được phản xạ và qua đó bị suy yếu. Bộ giảm thanh phản xạ trong hệ thống xả khí thải đặc biệt thích hợp để giảm âm thanh có tần số trung bình và thấp.
Hiệu ứng cộng hưởng
Giữa những tiết diện thay đổi, sóng âm di chuyển qua lại liên tục và có thể tạo ra cộng hưởng trong những trường hợp nhất định. Tùy theo những dao động cộng hưởng xuất hiện ở nhánh chính hay nhánh phụ mà người ta gọi là bộ cộng hưởng nối tiếp hay bộ cộng hưởng phân nhánh, Những bộ cộng hưởng dạng này cho phép giảm thanh hiệu quả đối với những tần số nhất định.
Hiệu ứng giao thoa
Nếu dòng khí xả được phân chia trong bộ giảm thanh, và những sóng âm kết hợp với nhau sau khi đi qua những đường dẫn có độ dài khác nhau sẽ làm những sóng âm này phủ chồng lên nhau và tự triệt tiêu một phần.
Hấp thụ
Khi làm giảm âm thanh bằng hấp thụ, những sóng âm được dẫn vào một vật liệu xốp. Năng lượng âm thanh được “nuốt” (hấp thụ) vì bị biến đổi thành nhiệt do ma sát.
Bộ giảm thanh hấp thụ (Hình dưới): gồm có một hay nhiều buồng ngăn, được chứa đầy bông khoáng hoặc bông thủy tinh dùng làm chất hấp thụ. Dòng khí thải được dẫn qua một ống có đục lỗ và đi xuyên qua bộ giảm thanh hầu như không bị cản trở. Tuy nhiên những sóng âm thâm nhập vào bông khoáng qua những lỗ nhỏ và bị hấp thụ, nhất là những tần số cao. Bộ giảm thanh hấp thụ thường được sử dụng làm bộ giảm thanh sau.
Bộ giảm thanh kết hợp phản xạ và hấp thụ: Bộ giảm thanh phản xạ có thể thích ứng tốt cho những tần số thấp. Bộ giảm thanh hấp thụ chỉ bắt đầu có tác dụng ở dải tần số cao. Vì thế, cả hai bộ giảm thanh này thường được đồng thời sử dụng, tuy nhiên chúng thỉnh thoảng cũng được dùng kết hợp trong một bộ giảm thanh riêng biệt.
Tất cả những bộ phận của hệ thống xả khí thải được chỉnh thích ứng với nhau và không được phép thay đổi. Nếu lắp ráp những bộ phận sai quy định, giấy phép vận hành của xe sẽ bị đình chỉ.
Quy tắc làm việc
- Kiểm tra độ kín của hệ thống xả khí thải mỗi khi thực hiện dịch vụ kiểm tra. Vết muội than là dấu hiệu của những chỗ hở hoặc hư hỏng.
- Kiểm tra những tấm chắn nhiệt.
- Thay những bộ phận bị rỉ sét.
- Kiểm tra những móc treo của hệ thống xả khí thải.
Xem thêm:
