در ادامه مسیر سیستم تخلیه گازهای حاصل از احتراق(سیستم اگزاست)، بعد از هدرز (منیفلد دود)، مافلر قرار گرفته است. مافلر یا به عبارت دیگر مخزن خفه کننده،همانگونه که از نامش پیداست در کنترل صدای خروجی از اگزوز ایفای نقش می کند. اما این تنها وظیفه مافلرهای امروزی نیست. در ادامه بیشتر به وظایف مافلر خواهیم پرداخت.
لزوم استفاده از مافلر و نیاز به آن زمانی قابل درک خواهد بود که به نوع احتراق موتور توجه کنیم. درواقع در موتورهای احتراقی رفت وبرگشتی،گازهای احتراقی با هر مرتبه باز شدن سوپاپ خروجی به صورت توده ای به منیفلد خروجی و یا هدرز دمیده شده تا اینکه در اتمسفر آزاد شود. این باز و بسته شدن سوپاپ و خروج گاز از موتور درحقیقت به صورت پالسی انجام می شود و این پالس ها سیستم اگزاز را به ارتعاش و صدای خاصی وا می دارد که هدف اصلی از طراحی مافلرهای اولیه بوده است.
شکل پنج
اما چگونه مافلر صدای موتور را کاهش می دهد؟
قبل از پاسخ به این سوال لازم است مقدمه ای کوتاه درباره امواج صوتی به یاد آوریم. همانگونه که می دانیم وقتی صدایی ایجاد می شود امواجی در فضای اطرافش پدید می آورد که دارای طول موج و دامنه مشخصی است. حال اگر از یک منبع صوتی دیگر در مجاور آن امواج، صدایی با طول موج و دامنه همسان با آن ایجاد شود این دو منبع با هم تداخلی از نوع سازنده ایجاد می کنند و در نتیجه صدای اولیه تقویت می شود. اما نکته حائز اهمیت اینست که در مافلر
خودرو از عکس این قضیه استفاده می شود! یعنی در طراحی مافلر خودرو، عملا به دنبال تداخل امواج هستیم اما از نوع ویرانگر! در واقع باید اختلاف فازی بین دو منبع صوتی برقرار شود تا صدای اولیه (صدای موتور) کاهش یابد. نکته دوم اینکه در مافلر منبع صوتی دوم (منبع تخریب گر) همان منبع صوتی اول است که با انعکاس آن به صورت محاسبه شده و بر اساس اصل برهم نهی (سوپرپوزیشن)، درصدد کاهش صدای موتور برمی آید.
اما چالش اصلی برای یک طراح در اینجاست. چراکه به هیچ وجه نباید کاهش صدای موتور به قیمت ایجاد فشار بازگشتی (Back Pressure) به دست آید. پس می توان گفت وظیفه مافلر را نمی توان صرفا به کاهش صدای موتور محدود کرد و افزایش بازده موتور، همچنین مصرف سوخت و آلایندگی نیز از جمله نکاتی هستند که بسیار در طراحی مافلر اهمیت دارند. البته که به منظور ایجاد سازشی بین خواسته های مشتریان، گاهی مهندسین به ناچار باید مافلر را به گونه ای خاص طراحی کنند (مثلا گاهی پرسروصداتر) اما رعایت برخی اصول قانونی و فنی در طراحی آن اجتناب ناپذیر است.در شکل6، یک مافلر ساده را مشاهده می کنید.
شکل 6
در واقع در درون یک مافلر،لوله ها واجزا طوری قرار می گیرند که برحسب نیاز صدای ورودی را تخریب یا تقویت کنند. محفظه ای موسوم به رزوناتور (Resonator) که در شکل بالا نمایش داده شده، دارای ظرفیت و طول معینی است که البته محل آن در مافلرهای مختلف متفاوت است. این محفظه به منظور کاهش صداهای با شدت بالاتر که در مرحله اول از طریق حفره های ریز جانبی عبور نمی کنند، ایجاد شده است. البته باید متذکر شویم که در سیستم اگزوز،صداهای تولید شده و گازهای موجود باید عبور کنند لذا باید برای هر دو دسته مذکور در طراحی مافلر پیش بینی لازم صورت گیرد. اما از آنجایی که حجم گاز خروجی و فرکانس صدای تولید شده دائما نسبت به سرعت موتور تغییر می کند، باید در طراحی فضای رزوناتور، بازه ای که بیشترین فرکانس در آن اتفاق می افتد در نظر گرفته شود. از دیگر عوامل موثر در کاهش صدا، طول و محل قرارگیری سوراخکاریهای موجود در محفظه اصلی است.
شکل 7
علاوه بر طراحی محفظه اصلی و رزوناتور،عواملی دیگر نیز در کاهش صدای سیستم اگزوز در مافلر موثر است که یکی از آنها بدنه و ساختمان آنست. محفظه بسیاری مافلرها از سه لایه ساخته شده است که دو لایه نازک فلزی در حالیکه یک لایه ضخیم تر عایق در میان آنها قرار گرفته را شامل می شود. این لایه بندی باعث کاهش فشارهای ناشی از برخی پالس ها می شود. برای مثال در شکل-8 لایه بندی موسوم به glass pack را ملاحظه می کنید که یکی از رایج ترین روش های ساخت مافلرهای با فشار برگشتی کم است.
شکل 8
مافلرهای حذف صدای فعال یا Active Noise-Canceling Mufflers
اخیرا آزمایشهایی در زمینه استفاده از مافلرها برای حذف صدای ژنراتورها انجام گرفته که بد نیست به آن بپردازیم هرچند در صنعت خودرو چنان مقرون به صرفه نیست. روند کار این مافلرها این است که دو میکروفن در ابتدا و انتهای لوله و بین آنها یک اسپیکر برای تولید صدا، قرارداده شده است.این میکروفون ها از طریق کامپیوتر کنترل می شوند. با داشتن اطلاعاتی همچون طول و شکل لوله،رایانه سیگنالهایی در خلاف جهت سیگنال موجود،فعال و پخش می کند و این باعث می شود تا بخش اعظمی از صدای ژنراتور کاهش یابد. میکروفون دوم نیز عملکرد و تاثیر سیگنالهای ارسالی را ثبت و ضبط می کند تا این روند بهتر کنترل گردد.
نویسنده: نیما محمدی
