هدرز و کاربرد آن چیست؟
هدرز (Header) در اصل قسمت ابتدایی سیستم اگزوز خودرو محسوب می‌گردد. هدرز یک منیفولد دود بوده که طبق اصول علم مهندسی محاسبات رفتار جریان گاز ها (مکانیک سیالات) و CFD شکل می گیرد و به دقیق تر و بهتر نسبت به منیفولد دود فابریک خودرو ساخته میشود.
در موتور های احتراق داخلی، نیاز داریم تا دود حاصل از احتراق در سیلندرها خارج شود و سیکل احتراق مجددا با مکش هوای تازه به درون سیلندرها تکرار گردد. در این مرحله است که خروج سریع و کامل گازهای احتراق از سیلندر اهمیت بسیاری دارد. در غیر اینصورت احتراق داخل سیلندر از بازده کافی برخوردار نخواهد بود و بنابرایرن حجم گاز ناشی از احتراق سیکل قبل، فضای داخل سیلندر را اشغال نموده و از ورود هوای تازه برای احتراق مجدد جلوگیری می کند.
فرآیند مورد نظر یعنی هدایت و خارج کردن گاز های ناشی از احتراق، در بیشتر خودروهای امروزی توسط قطعه ای به نام منیفولد انجام می شود. ولی در بعضی از خودروهای اسپرت یا شخصی سازی شده برای بهبود این فرآیند از هدرز استفاده می کنند.
هدرز و منیفولد دود
روش ساخت منیفولد دود فابریک خودروها به شیوه ریخته‌گری می باشد ولی هدرز براساس خم کاری و برشکاری لوله های فلزی آلیاژی یا استیل ساخته می شود و برخلاف منیفولد دود نمی تواند تولید انبوه ارزان قیمتی داشته باشد. دلیل بی بهره بودن بیشتر خودروهای تولید انبوه و کارخانه ای از هدرز هزینه آن بوده و معمولا هم در خودروهای تیونینگ شده، تولید محدود و مسابقه ای استفاده می شود.
قیمت هدرز
هدرزهای داخل بازار بسته به جنس فولادی یا استیل ضد زنگ و مدل خودروهای داخلی در اردیبهشت ۱۴۰۳، قیمتی در محدوده ۱.۸ میلیون تا ۹ میلیون تومان را شامل می شوند. برای مشاهده قیمت هدرز خودروهای داخلی به لینک داده وارد شوید.
طراحی
طراحی داخلی خاص با سطح صیقلی در این قطعه باعث افزایش سرعت و کاهش فشار تخلیه دود اگزوز شده که موجب تنفس بهتر موتور و افزایش توان آن می گردد. این قطعه کاربردی توانایی افزایش قدرت و گشتاور موتور در حدود ۱۰ درصد یا کمی بیشتر را دارد. البته با توجه به این که وجود هدرز برای ECU خودرو تعریف نشده، برای رسیدن به حداکثر راندمان و عملکرد موتور پس از نصب آن ضروری است تا از طریق ریمپ ECU (برنامه ریزی مجدد کامپیوتر خودرو) شرایط جدید بعد از نصب برای کامپیوتر خودرو دوباره تعریف شود.
پس تا به اینجای ماجرا، هدرز یک قطعه افترمارکت بوده که به جای منیفولد معمولی دود (از جنس چدن) خودرو نصب میشود و یکی از اولین مراحل تقویت و افزایش شتاب و توان موتور خودرو محسوب می گردد. البته حذف کاتالیست در صورت نصب این قطعه منجر به افزایش آلایندگی موتور خواهد شد ولی در کشورهای پیشرفته مدل هایی مجهز به کاتالیزور نیز موجود است.
نمونه هدرز دست ساز بی کیفیت
اصلی ترین هدف ساخت هدرز و استفاده از آن در خودرو، بالابردن سرعت تخلیه گازهای تولیدی احتراق است. اگر فنی تر بگوییم؛ برای اینکه فشار بازگشتی (Back pressure) بوجود نیاید و یا به کمترین مقدار برسد، باید طراحی و ترکیب لوله های این قطعه از قواعد خاصی پیروی نمایند. به این دلیل که اگر فشار برگشتی بوجود آید نه تنها در عملکرد موتور تاثیر منفی می گذارد، بلکه به جای تقویت توان، موجب تضعیف موتور خواهد شد.
عواقب وجود فشار بازگشتی شامل موارد زیر است:
۱. با وجود این فشار مخرب، پیشرانه خودرو باید گازهای خروجی را بیشتر از حد معمول فشرده کند که این عمل نیز نیازمند صرف کار مکانیکی بیشتر بوده و توان خروجی را کاهش میدهد. در نهایت باعث افزایش مصرف سوخت و تولید CO شده و همچنین دمای گازهای خروجی بالا می رود.
۲. عملکرد توربوشارژر تحت تاثیر افزایش فشار بازگشتی قرار می گیرد. زیرا نسبت هوا به سوخت تغییر کرده و می تواند عملکرد موتور را کاهش دهد. هر چند که مقدار این کاهش توان به نوع سیستم تامین هوای موتور هم بستگی دارد.
۳. این فشار می تواند باعث آسیب و فشار به چفت و بست های توربوشارژر شده و موجب نشت روغن به سیستم اگزوز گردد که در برخی موارد این اتفاق، از کار افتادن کاتالیزور را به همراه خواهد داشت.
۴. در ساخت تمام موتورها به صورت مجازی فشار بازگشتی را در کارکرد موتور تعریف کرده یا در نظر می گیرند ولی اگر این فشار از حد معینی بیشتر شود، در بلند مدت زمانی که نیاز به استفاده از گارانتی خودرو شود، شرکت سازنده موتور این گارانتی را باطل می کند.
۵. بنا به نظر اغلب مهندسین خودرو، در ازای هر اینچ جیوه (حدودا معادل ۲۵.۴ میلی متر جیوه) فشار بازگشتی، میزان ۱ تا ۲ اسب بخار از توان موتور کاسته خواهد شد که این میزان هم به ویژگی های موتور از جمله: بازده آن، طراحی محفظه احتراق و … بستگی دارد.
در نتیجه، کنترل فشار بازگشتی (Back pressure) در جایگاه اول و روش انتقال گرمای موتور به خارج از آن، در اولویت بعدی از نظر اهمیت قرار می گیرد. در طراحی یک هدرز مشخصه های مهم دیگری هم باید در نظر گرفته شود، مانند تاثیر در مصرف بهینه سوخت و همچنین سرعت ورود و خروج گاز در لوله های خروج دود.
نمونه طراحی CFD جریان گازها در هدرز یا منیفولد
طراحان این قطعه از نرم افزارهای مدلسازی و تحلیلی مختلفی بهره می برند که از جمله معروف ترین آنها می توان به نرم افزارهای پایپینگ،سالید ورک، انسیس و … اشاره نمود. البته در بین این نرم افزارها، آن هایی که از روش CFD برای تحلیل حرکت گاز درون لوله ها استفاده می کنند، اهمیت بیشتری در طراحی دارند. بعد از مدلسازی ظاهری و اولیه ظاهری لوله های دود، تحلیل دینامیکی برای نمایش جریان سیال موجود در لوله انجام گرفته و تمام مولفه های موثر در رفتار سیال، بدون استفاده از ابزار های دیگر قابل اندازه گیری خواهد بود.
با استفاده از روش CFD می توانیم میزان انتقال حرارت، جریان سیال عبوری، افت فشار گازها و همچنین تحلیل گرمایی برای تعیین نمودن توزیع دما و شار حرارتی موجود که به مواد به کار رفته در ساخت هدرز بستگی دارند را بررسی کرد.
کیفیت
هدرز خودرو شاید در ظاهر، یک قطعه ساده باشد که همین دید غیر اصولی باعث میشود تا بعضی از افراد به ساخت این قطعه تشویق شوند. ولی در واقعیت طراحی و ساخت دقیق این قطعات که چند نوع سیال ممکن است در آنها در حرکت باشند باید طبق شبیه سازی دقیق موتور در محیط نرم افزاری صورت گیرد و روند ساخت هم به تجربه و مهارت زیادی در زمینه های برش کاری، خم کاری و جوش کاری لوله‌ها نیاز دارد. به همین خاطر، بیشتر نمونه های دست ساز و غیر اصولی که علمی ساخته نشده اند باعث کاهش عملکرد موتور می‌شوند.
انواع هدرز
هدرزها از نظر ظاهری دارای تنوع زیادی همانند موتورهای احتراقی هستند و هر شرکت سازنده نیز با توجه به مشخصات موتور و فضایی که برای آن هدرز را می سازد بای شکل خاصی از این قطعه را طراحی کند. حال در اینجا انواع مرسوم هدرز بر اساس جنس عبارتند از:
۱. هدرز کرومی
۲. هدرز فولادی (stainless steel)
۳. هدرز سرامیکی (با روکش سرامیکی)
مزایای هدرز
- افزایش راندمان و کارایی موتور از نظر حجمی
- افزاش توان خودرو (البته با توجه به حجم موتور. حجم بیشتر : افزاش توان بیشتر)
- افزایش کشش در دور پایین (در خودروهایی با پدال گاز سیمی نمایان تر است.)
- کاهش مصرف سوخت تا ۱۰ درصد
- یک مکمل برای قطعات افتر مارکت دیگر از جمله کیت مکش و میل سوپاپ با لیفت بالا (تخلیه راحتتر دود)
معایب هدرز
- رد شدن خودرو در معاینه فنی به دلیل حذف کاتالیزور (البته در خودروهای ۸ سوپاپ بیشتر دیده شده است)
- صدای خروجی موتور افزایش می یابد (احتمالا برای همسایگان یا مردم عبوری خوشایند نباشد)
- الزام تنظیم دوباره سوخت و هوا در کامپیوتر خودرو به روش ریمپ (بدون ریمپ، احتمال افزایش مصرف سوخت وجود دارد و یا این که مالک احساس خواهد کرد که خودرو نسبت به قبل بهتر نشده است.)
- امکان بروز نشتی اگزوز در صورت نصب توسط افراد ناآشنا
- استفاده از مدل های دست ساز موجب افت توان خودرو میشود
سوالاتی درباره هدرز
۱) چرا خودروسازان هدرز را به صورت یک قطعه استاندارد در محصولات خود نصب نکرده اند؟
دو جواب وجود دارد. اول اینکه موجب افزایش آلایندگی در صورت حذف کاتالیست میشود و مورد دوم هم باعث افزایش هزینه‌های تولید خودرو به دلیل قیمت بالای این قطعه خواهد شد.
۲) آیا نصب هدرز کاری غیر قانونی است؟
خیر. نصب هدرز هیچ منعی از لحاظ قانونی ندارد و همچنین شما می توانید با ریمپ اصولی کامپیوتر خودرو (ECU) حتی مجوز معاینه فنی را با وجود نصب هدرز دریافت کنید.
۳) دلیل تغییر رنگ هدرز چیست؟
حرارت موتور در گذر زمان باعث تغییر رنگ هدرز میشود و هدرزهای حرفه ای ساخته شده با استیل معمولا این تغییر رنگ را تجربه می کنند که البته جلوه زیبایی هم به موتور می دهد.
سازندگان معروف هدرز در ایران و دنیا
در زمینه ساخت هدرز شرکت های بسیار زیادی در حال حاضر مشغول به فعالیت هستند و نمی توان تمام آنها را نام برد و ما در اینجا تنها چند شرکت تولید کننده با سابقه و حرفه ای را به شما معرفی می کنیم.
BBK: این برند نام خود را از اول نام موسسین کارخانه خود گرفته و در حال حاضر از جمله بزرگترین و بهترین سازندگان هدرز در دنیا می باشد. این شرکت دارای تنوع محصولی فوق العاده ای بوده و بیش از ۶۰۰ قطعه را تولید می کند که این محصولات بیشتر مختص برندهایی از جمله دوج، فورد و جیپ است.
Gibson: آغاز فعالیت شرکت آمریکایی گیبسون، اوایل دهه ۹۰ میلادی بوده و به شکلی حرفه ای و تخصصی تمرکز خود را روی طراحی سیستم اگزوز خودروها به کار بسته است. این سازنده به جز هدرز، قطعاتی مانند مافلر و انواع قطعات وابسته به سیستم اگزوز خودرو را تولید و عرضه می کند. در کنار این ها فعالیت خوبی هم در عرصه صنایع دریایی دارد. هدرزهای ساخت این شرکت به نصب ساده و سریع معروف هستند.
DC Sports: سازنده ای که در در سال ۱۹۸۷ به سفارش شرکت هوندا اولین هدرز ۱-۴ خود را طراحی کرد،امروزه یکی از برترین برند ها در ساخت این قطعه برای خودورهای اسپرت است. هر چند از سال ۲۰۰۴ در صنعت خودروهای آفرود و سنگین هم فعالیت دارد.
در کشور عزیز ما هم در چند سال گذشته تا هم اکنون سازندگان سیستم های اگزوز زیادی مشغول به فعالیت هستند که برای موتورهای مختلف موجود در داخل ایران از جمله داخلی و خارجی هدرز طراحی می کنند. شرکت های مانند hzpower و Engine Arts از جمله های شرکت های خوب داخلی در زمینه تولید هدرز هستند.