Kolektor wydechowy jest połączony z blokiem cylindrów silnika, zbierając spaliny z każdego cylindra i kierując je do kolektora wydechowego rozbieżnymi przewodami.
Kolektor wydechowy jest połączony z blokiem cylindrów silnika, zbierając spaliny z każdego cylindra i kierując je do kolektora wydechowego za pomocą rozbieżnych przewodów. Główne wymagania dla niego to minimalizacja oporu spalin i unikanie wzajemnego oddziaływania między cylindrami. Gdy spaliny są nadmiernie skoncentrowane, dochodzi do wzajemnego oddziaływania między cylindrami, to znaczy, gdy jeden cylinder wydechuje, zdarza się, że wchodzi w kontakt z nieoczyszczonymi spalinami z innych cylindrów. Zwiększy to opór spalin, zmniejszając tym samym moc wyjściową silnika. Rozwiązaniem jest oddzielenie spalin każdego cylindra w jak największym stopniu, z jednym odgałęzieniem dla każdego cylindra lub jednym odgałęzieniem dla dwóch cylindrów, i uczynienie każdego odgałęzienia tak długim i niezależnym, jak to możliwe, aby zmniejszyć wzajemne oddziaływanie gazów w różnych przewodach.
Krótkie wprowadzenie
Kolektor wydechowy to rozbieżny przewód podłączony do bloku cylindrów silnika, który koncentruje gazy spalinowe z każdego cylindra i kieruje je do kolektora wydechowego. Główne wymagania dla niego to minimalizacja oporu wydechu i unikanie wzajemnego oddziaływania między cylindrami. Gdy spaliny są nadmiernie skoncentrowane, dochodzi do wzajemnego oddziaływania między cylindrami, to znaczy, gdy jeden cylinder wydechuje, zdarza się, że wchodzi w kontakt z nieoczyszczonymi gazami spalinowymi z innych cylindrów. Zwiększa to opór wydechu, zmniejszając tym samym moc wyjściową silnika. Rozwiązaniem jest oddzielenie gazów spalinowych każdego cylindra w jak największym stopniu, z jedną gałęzią dla każdego cylindra lub jedną gałęzią dla dwóch cylindrów, a także uczynienie każdej gałęzi jak najdłuższą i najbardziej ukształtowaną, aby zmniejszyć wzajemne oddziaływanie gazów w różnych rurach. Aby zmniejszyć opór wydechu, niektóre samochody wyścigowe wykorzystują rury ze stali nierdzewnej do produkcji kolektorów wydechowych.
Kolektor wydechowy powinien uwzględniać moc silnika, zużycie paliwa przez silnik, normy emisji, koszt silnika, układ przedniej kabiny pojazdu i pole temperatur.
Najczęściej stosowane kolektory wydechowe dzielą się na dwa typy ze względu na materiały i technologię obróbki: kolektory żeliwne i kolektory ze stali nierdzewnej
Charakterystyka i wymagania dotyczące materiałów kolektora wydechowego
Wczesne silniki samochodowe miały niską moc na jednostkę masy, niską wydajność spalania paliwa i temperaturę spalin nieprzekraczającą 500 stopni. Wraz z poprawą wydajności silnika samochodowego temperatura spalin wzrosła do 600-650 stopnia. W ostatnich latach kraje rozwinięte nieustannie poprawiały swoje normy emisji spalin samochodowych, a zastosowanie technologii katalitycznej i technologii turbodoładowania przekładni ślimakowej znacznie zwiększyło temperaturę roboczą kolektorów wydechowych, osiągając ponad 750 stopni. W miarę poprawy wydajności silnika wzrośnie również temperatura robocza kolektora wydechowego. Jednocześnie, wraz z postępem technologii silników, struktura kolektorów wydechowych stała się bardziej złożona. Ponadto praca w warunkach cyklicznych zmian temperatury wymaga, aby materiały kolektorów wydechowych miały nie tylko dobre właściwości w wysokiej temperaturze, ale także dobre właściwości odlewnicze. Dlatego materiał kolektora wydechowego musi mieć następujące cechy.
Dobre właściwości antyoksydacyjne w wysokiej temperaturze
Kolektor wydechowy pracuje w wysokiej temperaturze cyklicznie naprzemiennie przez długi czas, a właściwości antyoksydacyjne materiałów w wysokich temperaturach bezpośrednio wpływają na żywotność kolektora wydechowego. Zwykłe żeliwo oczywiście nie może spełnić wymagań, a do materiału należy dodać elementy stopowe, aby poprawić jego odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze.
Stabilna mikrostruktura
W zakresie od temperatury pokojowej do temperatury roboczej materiał powinien minimalizować lub unikać przejść fazowych w jak największym stopniu. Ponieważ przejście fazowe może powodować zmiany objętości, skutkując wewnętrznym naprężeniem lub odkształceniem, co wpływa na wydajność i żywotność produktu. Dlatego najlepiej, aby materiał matrycy miał stabilną strukturę ferrytu lub austenitu. Tryb uszkodzenia części żeliwnych pracujących w warunkach wysokiej temperatury objawia się głównie korozją w warunkach wysokiej temperatury. Po utlenieniu faz składowych w strukturze (takich jak grafitowy węgiel) objętość tlenku jest większa niż objętość pierwotna, powodując nieodwracalne rozszerzenie odlewu.
W porównaniu z trzema formami grafitu: płatkowym, ślimakowym i kulkowym, żeliwo z grafitem sferycznym ma najlepszą odporność na wysokie temperatury. Powodem jest to, że podczas procesu krzepnięcia żeliwa, grafit płatkowy rośnie jako faza wiodąca. Pod koniec krzepnięcia eutektycznego grafit w każdym klastrze eutektycznym tworzy ciągły rozgałęziony stan trójwymiarowy. W wysokich temperaturach, gdy tlen wnika do wnętrza metalu, grafit tworzy mikrokanaliki po utlenieniu, przyspieszając proces utleniania. Gdy grafit sferyczny zarodkuje, rośnie do określonego rozmiaru i jest otoczony przez matrycę jako izolowana kula. Po utlenieniu kulki grafitowej nie tworzy się żaden kanał, co osłabia dalszy proces utleniania. Dlatego odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze żeliwa ciągliwego jest lepsza niż innych form grafitu, a wpływ utlenionych porów na wytrzymałość żeliwa w wysokiej temperaturze jest mniejszy niż w przypadku innych form grafitu. Grafit pełzający znajduje się pomiędzy tymi dwoma.
Mały współczynnik rozszerzalności cieplnej
Mały współczynnik rozszerzalności cieplnej jest korzystny, ponieważ redukuje naprężenia cieplne i odkształcenia kolektora wydechowego, poprawiając wydajność i wydłużając żywotność produktu.
Doskonała wytrzymałość w wysokiej temperaturze
Muszą spełniać niezbędne wymagania wytrzymałościowe w przypadku stosowania produktu w wysokich temperaturach.
Dobra wydajność procesu i niskie koszty
Dostępnych jest wiele rodzajów materiałów metalowych odpornych na ciepło i wysokie temperatury, ale ze względu na skomplikowany kształt kolektorów wydechowych, materiały używane do ich produkcji muszą charakteryzować się dobrą przetwarzalnością, a ich koszt musi spełniać wymagania masowej produkcji w przemyśle motoryzacyjnym.