فهرست مطالب
از بین قطعات افترمارکت قابل نصب در فرایند اسپرت کردن خودروها، واژه هدرز به فراوانی به گوش میرسد. اما هدرز ماشین چیست؟ چه نقشی در خودرو دارد و استفاده یا عدم استفاده از آن چه مزایا و معایبی به همراه خواهد داشت؟ آیا همه خودروها نیازمند استفاده از هدرز هستند؟ در هنگام خرید هدرز به چه مواردی باید توجه کرد؟ در این مقاله به بررسی جامع و مفصل هدرز، نقش و تاثیر آن در سلامت ماشین و فروش خودرو و نکات ریز مربوط به ساختار فنی آن خواهیم پرداخت.
هدرز ماشین چیست؟
هدرز (Headers) نام عمومی برای مورد خطاب قرار دادن منیفولد اگزوز است که با نام دیگر چدنی اگزوز نیز شناخته میشود. همانطور که از نام آن پیدا است، منیفولد اگزوز در بیشتر خودروهای استاندارد و بدون تغییر از جنس چدن انتخاب میشود. اما زمانی که این قطعه چدنی با نمونه افترمارکت اسپرت یا دارای متریال متمایز جایگزین میشود، معمولا از نام هدرز برای آن استفاده میکنند.
وظیفه هدرز خودرو
منیفولد اگزوز یا همان هدرز قطعهای است که در اتصال به سرسیلندر وظیفه هدایت گازهای خروجی اگزوز به سمت رزوناتور، کاتالیزور و مافلر (Muffler/خفهکن اگزوز) و سپس محیط پیرامونی را بر عهده دارد. اما این وظیفه احتمالا واضحترین و سادهترین وظیفهای است که از هدرز میشناسیم. در نتیجه بیایید تا باقی نقشهایی که بر عهده منیفولد اگزوز قرار دارد را نیز بررسی کنیم.
کاهش فشار معکوس
منیفولد اگزوز ماشین با هدایت هرچه سریعتر گازهای خروجی به محیط بیرونی، از بروز پدیده فشار معکوس یا Back Pressure جلوگیری میکند. هرچه انباشت گازهای خروجی کمتر شود، از میزان فشار معکوس طبیعی درون اگزوز نیز کاسته شده و پیشرانه بهتر تنفس میکند.
پاکسازی
اگر هدرز یا منیفولد اگزوز به درستی طراحی شده باشد، خروج سریع و تند گازهای خروجی اگزوز موجب ایجاد مقداری خلا در مدار اگزوز میشود که نتیجه آن ایجاد مکش قدرتمندتر برای تخلیه هرچه سریعتر گازهای اگزوز حاصل از احتراقهای بعدی است. به این رفتار پاکسازی یا Scavenging گفته میشود که از مهمترین المانهای یک هدرز مناسب است.
کاهش حرارت سرسیلندر و سوپاپ
طراحی و عملکرد صحیح منیفولد اگزوز که با خروج سریع گازها همراه است، به شکل محسوسی بر کاهش دمای سرسیلندر و قطعات متعلق به آن نظیر سوپاپ دود و واشر سرسیلندر اثر میگذارد. در نتیجه یک هدرز مناسب موجب بازده بهتر پیشرانه، افزایش طول عمر واشر سرسیلندر و کاسه نمد ساق سوپاپ و همچنین کاهش از احتمال برهم خوردن آببندی سوپاپ دود میشود.
تغییر در صدای پیشرانه
استفاده از هدرز مناسب به جای چدنی استاندارد که با کاهش فشار معکوس، پاکسازی بهتر و عملکرد درستتر پیشرانه همراه است، معمولا با تغییر در صدای خروجی سیستم اگزوز همراه خواهد بود. این تغییر معمولا به صورت افزایش اندک صدای خروجی اگزوز بروز میکند، اما اگر باقی مدار اگزوز (کاتالیزور، رزوناتور و مافلر) بدون تغییر باقی مانده باشد، افزایشی ناچیز و غالبا قابل چشمپوشی به حساب میآید.
انواع هدرز ماشین
حالا بیایید مقوله منیفولدهای اگزوز چدنی را بهطور کامل کنار گذاشته و به بررسی گروهی از منیفولدها بپردازیم که منحصرا با نام هدرز شناخته میشوند. در نتیجه میتوانیم هدرزها را بر اساس طول، تناسب ابعادی لولهها، متریال تولیدی، قطر و نوع لایه محافظ بهکاررفته بر روی آن بررسی کنیم.
انواع هدرز ماشین از نظر طراحی
بهصورت کلی انواع هدرز ماشین در سه نمونه کلی کوتاه، متوسط و بلند به تولید میرسند. این واژگان در حقیقت به طول لولههای هدرز اشاره دارد. به این ترتیب که نمونه کوتاه غالبا با لولههای دارای طول کم و تقریبا برابر با ابعاد هدرز استاندارد به تولید میرسند. در حالی که نمونه بلند دارای طولانیترین لولههای ممکن برای افزایش طول هر لوله خروجی اگزوز برای تقویت قابلیت پاکسازی (Scavenging) است. طبیعتا نمونه متوسط جایی در بین دو نمونه کوتاه و بلند قرار میگیرد.
انواع هدرز از نظر تناسب ابعادی
هدرزها از دیدگاه طول تکتک لولههای شکلدهنده در دو نسخه طول مساوی (Equal Length) و طول نامساوی (Unequal Length) تقسیم بندی میشوند. نمونه طول مساوی به دلیل داشتن طول کاملا برابر لولهها، معمولا دارای قابلیت پاکسازی برتر است. اما در برخی خودروها به دلیل طراحی پیشرانه، نحوه جاگیری آن و همچنین فضای محدودی که در محفظه زیر کاپوت وجود دارد، ممکن است مجبور به استفاده از نمونه طول نامساوی باشیم. این نمونه به دلیل داشتن طول نابرابر لولهها غالبا از نظر قابلیت پاکسازی دارای ضعف هستند. همچنین در نظر داشته باشید که برخی از پیشرانهها بر اساس ترتیب احتراق سیلندرها نیز مستلزم استفاده از هدرزهای طول نامساوی هستند.
انواع هدرز از نظر متریال
بیشتر هدرزها از دو متریال استیل یا فولاد طراحی و ساخته میشوند. نمونه فولادی قیمت پایینتری دارد، اما به دلیل نداشتن ترکیبات کرومی، در برابر پوسیدگی و زنگزدگی بر اثر رطوبت طبیعی سیستم اگزوز، حساسیت بیشتری دارند. در نتیجه متریال غالب برای طراحی و ساخت هدرز معمولا استیل ضد زنگ (استِینلِس استیل/Stainless Steel) ملقب به استیل نگیر (به دلیل نداشتن قابلیت مغناطیسی) است که به هیچ عنوان زنگ نمیزند و نمیپوسد.
انواع هدرز از نظر قطر
تصور بر آن است که هرچه قطر لولههای هدرز بیشتر باشد، تخلیه دود سریعتر و راحتتر انجام میشود. اما حقیقت چنین نیست. قطر لولههای هدرز بر اساس قوانین فیزیک سیالات و منطبق بر اصول مهندسی در نظر گرفته میشود. افزایش بیش از حد قطر لوله هدرز و اگزوز موجب کاهش گشتاور و تنگ بودن بودن لولهها موجب خفه کار کردن پیشرانه و افزایش فشار معکوس میشود.
انواع هدرز از نظر لایه محافظ
بیشتر هدرزهای رایج و دارای قیمت مناسب فاقد انواع پوشش محافظتی هستند. اما پوشاندن هدرز با عایق حرارتی نظیر نوار فایبرگلس (الیاف شیشه) هم موجب کاهش حرارت زیر کاپوت شده و هم با داغتر نگه داشتن گازهای خروجی، بر سرعت تخلیه و کیفیت پاکسازی میافزاید. اما برخی هدرزهای گران قیمت از پوششهای سرامیکی معروف به Cera-Coat (Ceramic Coating) بهره میگیرند که به صورت یک لایه رنگ بر روی هدرز جلوه میکند. این نوع پوشش ساختار متخلخل درون لولههای هدرز را به یک سطح نرم و صیقلی بدل کرده و بدون نیاز به پوششهای عایق نظیر نوارهای فایبرگلس، حرارت را درون لولههای اگزوز نگه میدارد. تنها ضعف این هدرزها داشتن قیمت قابل توجه به دلیل اجرای پوشش سرامیکی است.
مزایا و معایب هدرز ماشین
هدرز ماشین خروج گازها را روانتر میکند. این قطعه مزایا و معایبی دارد.
مزایای هدرز ماشین
- افزایش تنفس موتور
- بهبود شتاب و اندکی افزایش قدرت در دورهای بالا
- پاسخ بهتر پدال
- صدای اسپرتتر اگزوز
- در برخی خودروها مصرف سوخت هم با رانندگی آرام تغییر محسوسی ندارد.
معایب هدرز خودرو
- هزینه خرید و نصب
- نیاز احتمالی به ریمپ ECU
- بالا رفتن دمای اطراف موتور
- افزایش صدا و آلودگی
- احتمال نشتی یا ترک در نمونههای بیکیفیت
- دردسر در معاینه فنی اگر کاتالیزور حذف شود.
- همچنین ممکن است گارانتی باطل شود و گاهی در ترافیک، بوی دود آزاردهنده شود و سرویس بخواهد.
نکات مهم برای استفاده هدرز ماشین
حالا که میدانیم هدرز یک قطعه مفید و دارای تاثیر مثبت است، بیایید ببینیم که افسانههای اغراقشده پیرامون این قطعه به ظاهر ساده و نکات مهم برای استفاده از آن چیست و تا چه اندازه صحت دارد.
استفاده از هر نوع هدرز قطعا بهتر از نمونه چدنی استاندارد است
خیر. در صورتی که طراحی هدرز به صورت اصولی و صحیح انجام نشده باشد، تاثیر هدرز میتواند منفی و بعضا حتی بدتر از منیفولد اگزوز چدنی استاندارد خودروساز باشد. صرف استفاده از هدرز به معنای بهبود در عملکرد نهایی پیشرانه نخواهد بود. هدرز مناسب باید از حداقلهای پایه و اصول مهندسی سیالات بهره برده باشد تا بتواند تاثیر مثبت و سازنده داشته باشد.
هدرز برای هر خودرو ضروری است
خیر. استفاده از هدرز اگرچه با تاثیرات مثبت بر عملکرد پیشرانه همراه است، اما عدم استفاده از آن هیچ ایرادی برای پیشرانه استاندارد به وجود نمیآورد. در نتیجه الزاما تمامی خودروها نیازمند استفاده از هدرز نیستند. هدرز به منظور بهبود عملکرد فنی و کسب بالاترین بازده ممکن از پیشرانه در خودروها به کار میرود. خودروهای روزمره درونشهری عملا هیچ نیازی به هدرز ندارند.
استفاده از هدرز افزایش قدرت قابل توجه به همراه دارد
خیر. نصب هدرز استاندارد با طراحی اصولی و مهندسیشده بدون تردید بر بازده بهتر پیشرانه تاثیر میگذارد، اما این تاثیر شگرف و خیرهکننده نخواهد بود. تاثیر شگرف هدرز در پیشرانههایی قابل رویت است که یا بهصورت استاندارد دارای توان و گشتاور قابل توجه باشند یا این که ارتقای فنی و تقویت مهندسی بر آنها انجام شده باشد. در نتیجه تاثیر استفاده از هدرز با طراحی حرفهای بر پیشرانهای ۱۰۰ اسب بخاری تنها محدود به ۳ تا ۵ اسب بخار و در پیشرانه ۵۰۰ اسب بخاری میتواند به مراتب بیشتر و حتی فراتر از ۵۰ اسب بخار باشد.
استفاده از هدرز مصرف سوخت را افزایش میدهد
خیر. بهبود عملکرد پیشرانه با تسریع خروج گازهای خروجی اگزوز (کاهش از فشار معکوس) و همچنین پاکسازی بهتر مدار اگزوز به معنای بهبود در بازده فنی پیشرانه است. در نتیجه مصرف سوخت خودرو باید به میزانی ناچیز کاهش یابد و نه افزایش.
نکات مهم در خرید هدرز
پر واضح است که هدرز به عنوان یک قطعه افترمارکت با تاثیرگذاری مثبت و بهبود عملکرد پیشرانه همراه خواهد بود. اما برای خرید یک هدرز مناسب باید به چه نکاتی توجه داشت؟
طراحی اصولی
لولههای هدرز باید دارای قطر مناسب و خمهای نرم و فاقد شکست و چروکشدگی باشند. طول لولهها ترجیحا یک اندازه و از نمونه بلند باشد تا اثرگذاری کاهش فشار معکوس و پدیده پاکسازی بیشترین میزان تاثیر را ارائه دهند. ضخامت لولهها، کیفیت جوشکاری و همچنین متریال بهکاررفته در آن (ترجیحا از نمونه استیل کرومدار) باید مورد توجه قرار بگیرد.
ضخامت فلنج
لولههای هدرز بر یک قطعه متصل به سرسیلندر سوار میشوند. این قطعه تحت عنوان فلنج شناخته شده و در حقیقت پایه نگهدارنده لولههای هدرز و روش اتصالی هدرز به سرسیلندر هستند. ضخامت فلنج در هدرزهای استاندارد حداقل برابر با ۸ تا ۱۰ میلیمتر است که در برخی نمونههای باکیفیت، ممکن است بین ۱۲ تا ۱۵ میلیمتر نیز ضخامت داشته باشد. داشتن ضخامت کمتر از ۸ میلیمتر میتواند منجر به تاب برداشتن فلنچ بر اثر حرارت سیستم اگزوز و عدم آببندی درست با سرسیلندر و در نتیجه سوختن سریع و مداوم واشر اگزوز شود.
طراحی اصولی کلکتور
بخش انتهایی هدرز را که لولههای خروجی اگزوز در آن به یکدیگر متصل میشوند، کلکتور (Collector / گردآوردنده) مینامند. طراحی کلکتور اگزوز باید بهگونهای باشد تا گازهای خروجی اگزوز در این بخش به ناگه با یکدیگر برخورد نکنند و باعث بروز فشار معکوس و نقص در فرایند پاکسازی اگزوز نشوند. در حقیقت طراحی اصولی بخش کلکتور هدرز به اندازه طراحی صحیح فلنچ و همچنین خمخوردگی لولههای آن دارای اهمیت است.
ابعاد و سبک طراحی پورت
حفرهای را که در محل اتصال لولههای اگزوز به هدرز وجود دارد، تحت عنوان پورت (Port / درگاه یا دریچه) میشناسند. طراحی و اندازه پورت هدرز باید با طراحی و اندازه پورت روی سرسیلندر یکسان و یکشکل باشد. وجود تمایز ابعادی یا ناهمگونی در شکل ساختاری این دو قسمت با یکدیگر، به معنای بروز آشفتگی در مسیر گازهای خروجی اگزوز و بروز فشار معکوس است که عملکرد هدرز را زیر سوال میبرد.
متریال
اگرچه استفاده از لوله فولادی برای ساخت هدرز هزینههای ساخت را به شکلی محسوس کاهش میدهد، اما توجه داشته باشید که استفاده از استیل نگیر (استیل SAE 304) به عنوان یک متریال مقاوم دربرابر پوسیدگی، با عمر مفید بسیار بالا و حفظ ارزش در نسخه کارکرده همراه خواهد بود. پس هزینه خود را برای نمونههای فولادی هدر ندهید.
قابلیت نصب روی خودرو
خرید هدرز باید با در نظر گرفتن مدل خودرو خریداری شود، چرا که نهتنها در بین هدرزهای تولیدی برای یک پیشرانه یکسان در دو خودرو متفاوت فرق دارد، بلکه ممکن است بر روی یک خودرو قابلیت نصب نداشته باشد. به عنوان مثال پیشرانه SBC350 جنرال موتورز در خودروهای مختلف از شورولت کامارو و بیوئیک اسکایلارک گرفته تا شورولت بلیزر و پیکاپ سری C/K به کار رفته است. اما هدرز بلند مناسب برای بلیزر به هیچ عنوان قابلیت نصب بر روی کامارو یا بیوئیک را ندارد، چرا که ابعاد و طراحی خمخوردگیهای آن کاملا متمایز با سبک طراحی نمونه مناسب با سواری است.
قیمت هدرز ماشین
هزینه قابل پرداخت برای هدرز خودرو، ارتباط مستقیمی با پیشرانه مورد استفاده و نمونه منتخب مالک از برندهای سازنده دارد. به این ترتیب که بیشتر پیشرانههای ۴ سیلندر از هدرزهای یکپارچه، پیشرانههای ۶ سیلندر معمولا از هدرزهای دو تکه (دو قطعه مجزا هر یک دارای ۳ لوله مستقل) و پیشرانههای ۸ سیلندر از دو هدرز مستقل چهار لوله بهره میگیرند.
وابسته به این که هدرز مورد انتخابی از ساختههای کدام برند و از چه متریال یا دارای چه نوع پوششی باشد، قیمت نهایی بسیار متفاوت خواهد بود. این موضوع در نمونههای دستساز تولید داخل ایران نیز کاملا صدق میکند.
در خصوص نمونههای وارداتی آمریکایی یا اروپایی، قیمت نهایی معمولا بر اساس ارزش دلار و قیمت روز تعیین میشود، اما در نمونههای تولید داخل، این رقم بهمراتب پایینتر از نسخه وارداتی است. نکته مهم آن است که به هنگام خرید به کیفیت جوشکاری، ضخامت ورق لولهها و فلنچ، اطمینان از نگیر بودن استیل بهکاررفته و کیفیت جوشکاری اطمینان حاصل کنید.
نتیجه گیری
استفاده از هدرز اگرچه الزامی نیست، اما بهکارگیری آن حتی در خودروهای استاندارد روزمره و درونشهری نیز با بهبود در عملکرد نهایی پیشرانه همراه خواهد بود. اما تنها به شرطی که هدرز منتخب نمونهای با کیفیت و منطبق بر اصول طراحی مهندسی باشد.
استفاده از هدرزهای غیر استاندارد دستسازی که با اشکال دلخواه و غیر اصول طراحی و ساخته شدهاند، میتواند تاثیری معکوس بر عملکرد پیشرانه گذاشته و در عملکرد استاندارد پیشرانه اختلال ایجاد کنند.
نویسنده: شهاب انیسی
سوالات متداول
- استفاده از هدرز چه تاثیری دارد؟
کاهش پدیده فشار معکوس (Back Pressure) و بهبود کیفیت پاکسازی اگزوز (Scavenging) موجب کاهش دمای سرسیلندر و بهبود تنفس پیشرانه شده که بازده در عملکرد نهایی را به همراه خواهد داشت.
- بهترین نوع هدرز کدام است؟
با درنظر گرفتن بودجه، بهترین نوع هدرز نمونه ساخته شده از استیل ضد زنگ (معمولا استیل ۳۰۴) معرف به استیل نگیر در نمونه لوله بلند و دارای ضخامت فلنچ ۱۰ میلیمتر و بالاتر است. در صورت استفاده از عایق حرارتی فایبرگلس نتیجه خروجی این نوع هدرز نیز افزایش مییابد.
- آیا نصب هدرز موجب افزایش صدای اگزوز میشود؟
بله. اما اگر باقی مدار اگزوز شامل کتالیزور، رزوناتور و مافلر بدون دستکاری و تغییر باقی بماند، افزایش صدا به میزانی ناچیز و قابل چشمپوشی خواهد بود.
- قیمت هدرز ماشین بر چه اساسی تعیین میشود؟
موارد مهم همچون نوع خودرو مورد نظر، متریال بهکاررفته در فرایند ساخت هدرز، برند سازنده، کیفیت برش و جوشکاری و همچنین وارداتی بودن یا دستساز بودن آن تاثیر شگرفی بر قیمت نهایی محصول خواهد داشت. اما به صورت کلی مرجع مشخصی برای تعیین قیمت نهایی نمونههای تولید داخل وجود ندارد.
