Выпускной коллектор соединен с блоком цилиндров двигателя, собирая выхлопные газы из каждого цилиндра и направляя их в выпускной коллектор с помощью расходящихся трубопроводов.
Выпускной коллектор соединен с блоком цилиндров двигателя, собирая выхлопные газы из каждого цилиндра и направляя их в выпускной коллектор, с расходящимися трубопроводами. Главные требования к нему - минимизировать сопротивление выхлопа и избегать взаимного влияния между цилиндрами. Когда выхлоп чрезмерно сконцентрирован, будет происходить взаимное влияние между цилиндрами, то есть, когда один цилиндр выхлопает, он случайно вступает в контакт с неочищенным выхлопным газом из других цилиндров. Это увеличит сопротивление выхлопа, тем самым снизив выходную мощность двигателя. Решение состоит в том, чтобы максимально разделить выхлопные газы каждого цилиндра, с одним ответвлением для каждого цилиндра или одним ответвлением для двух цилиндров, и сделать каждое ответвление как можно длиннее и независимее, чтобы уменьшить взаимное влияние газов в разных трубах.
Краткое введение
Выпускной коллектор представляет собой расходящийся трубопровод, соединенный с блоком цилиндров двигателя, который концентрирует выхлопные газы из каждого цилиндра и направляет их в выпускной коллектор. Главные требования к нему — минимизировать сопротивление выхлопа и избегать взаимного влияния между цилиндрами. Когда выхлоп чрезмерно сконцентрирован, будет происходить взаимное влияние между цилиндрами, то есть, когда один цилиндр выхлопает, он случайно вступает в контакт с неочищенным выхлопным газом из других цилиндров. Это увеличит сопротивление выхлопа, тем самым снизив выходную мощность двигателя. Решение состоит в том, чтобы максимально разделить выхлопные газы каждого цилиндра, с одним ответвлением для каждого цилиндра или одним ответвлением для двух цилиндров, и сделать каждое ответвление как можно длиннее и сформированнее, чтобы уменьшить взаимное влияние газов в разных трубах. Чтобы уменьшить сопротивление выхлопа, некоторые гоночные автомобили используют трубы из нержавеющей стали для изготовления выпускных коллекторов.
Выпускной коллектор должен учитывать мощность двигателя, экономию топлива, стандарты выбросов, стоимость двигателя, соответствующую компоновку передней части салона автомобиля и температурное поле.
Наиболее часто используемые выпускные коллекторы делятся на два типа в зависимости от материалов и технологии обработки: чугунные коллекторы и коллекторы из нержавеющей стали.
Характеристики и требования к материалам выпускного коллектора
Ранние автомобильные двигатели имели низкую мощность на единицу веса, низкую эффективность сгорания топлива и температуру выхлопных газов, не превышающую 500 градусов. С повышением эффективности автомобильных двигателей температура выхлопных газов увеличилась до 600-650 градусов. В последние годы развитые страны постоянно улучшают свои стандарты выбросов выхлопных газов автомобилей, а применение каталитической технологии и технологии турбонаддува с червячной передачей значительно увеличило рабочую температуру выпускных коллекторов, достигнув более 750 градусов. По мере того, как производительность двигателя продолжает улучшаться, рабочая температура выпускного коллектора также будет увеличиваться. В то же время, с развитием технологий двигателей, структура выпускных коллекторов стала более сложной. Кроме того, работа в условиях циклических переменных температур требует, чтобы материалы выпускных коллекторов имели не только хорошие высокотемпературные характеристики, но и хорошие литейные характеристики. Поэтому материал выпускного коллектора должен иметь следующие характеристики.
Хорошая антиоксидантная эффективность при высоких температурах
Выпускной коллектор работает в высокотемпературном циклическом чередующемся состоянии в течение длительного времени, и антиокислительные свойства материалов при высоких температурах напрямую влияют на срок службы выпускного коллектора. Обычный чугун, очевидно, не может соответствовать требованиям, и для повышения его стойкости к высокотемпературному окислению в материал необходимо добавлять легирующие элементы.
Стабильная микроструктура
В диапазоне от комнатной температуры до рабочей температуры материал должен минимизировать или избегать фазовых переходов, насколько это возможно. Поскольку фазовый переход может вызвать изменения объема, приводящие к внутреннему напряжению или деформации, что влияет на производительность и срок службы изделия. Поэтому лучше всего, чтобы матричный материал имел стабильную ферритную или аустенитную структуру. Режим отказа чугунных деталей, работающих в условиях высоких температур, в основном проявляется в виде коррозии в условиях высоких температур. После окисления составляющих фаз в структуре (например, графитового углерода) объем оксида превышает исходный объем, что приводит к необратимому расширению отливки.
По сравнению с тремя формами графита: чешуйчатой, червячной и шарообразной, чугун с шаровидным графитом обладает лучшей высокотемпературной стойкостью. Причина в том, что в процессе затвердевания чугуна чешуйчатый графит растет как ведущая фаза. В конце эвтектического затвердевания графит в каждом эвтектическом кластере образует непрерывное разветвленное трехмерное состояние. При высоких температурах, когда кислород проникает внутрь металла, графит образует микроканал после окисления, ускоряя процесс окисления. Когда зарождается шаровидный графит, он вырастает до определенного размера и окружается матрицей как изолированный шар. После окисления графитового шара канал не образуется, что ослабляет дальнейший процесс окисления. Поэтому высокотемпературная стойкость ковкого чугуна к окислению лучше, чем у других форм графита, а влияние окисленных пор на высокотемпературную прочность чугуна меньше, чем у других форм графита. Ползучий графит находится между ними.
Малый коэффициент теплового расширения
Малый коэффициент теплового расширения способствует снижению термической нагрузки и деформации выпускного коллектора, а также повышению производительности и срока службы изделия.
Отличная прочность при высоких температурах
Должен соответствовать необходимым требованиям прочности изделия при использовании в условиях высоких температур.
Хорошая производительность процесса и низкая стоимость
Существует множество видов жаропрочных и стойких к высоким температурам металлических материалов, но из-за сложной формы выпускных коллекторов материалы, используемые для изготовления выпускных коллекторов, должны обладать хорошей технологичностью, а их стоимость должна соответствовать требованиям массового производства в автомобильной промышленности.