Il collettore di scarico è collegato al monoblocco del motore, raccoglie gli scarichi di ciascun cilindro e li convoglia nel condotto principale di scarico con tubi divergenti. Il requisito principale è ridurre al minimo la resistenza allo scarico ed evitare interferenze reciproche tra i cilindri. Quando lo scarico è troppo concentrato si avrà un'interferenza reciproca tra i cilindri, cioè quando un cilindro si scarica colpisce solo il gas di scarico non completamente scaricato dagli altri cilindri. In questo modo la resistenza allo scarico aumenterà, riducendo così la potenza erogata dal motore. La soluzione a questo problema è separare il più possibile lo scarico di ciascun cilindro, con un ramo per ogni cilindro, o un ramo per due cilindri, e rendere ciascun ramo il più lungo possibile e modellato in modo indipendente per ridurre l'influenza reciproca dei gas in tubi diversi.
Il collettore di scarico dovrebbe tenere conto delle prestazioni di potenza del motore, delle prestazioni di risparmio di carburante del motore, degli standard di emissione, del costo del motore, della disposizione della cabina anteriore del veicolo e del campo di temperatura, ecc. I collettori di scarico comunemente utilizzati sui motori attualmente sono divisi in collettori in ghisa e collettori in acciaio inox in termini di materiali. Dal processo di fabbricazione, il collettore di scarico viene realizzato mediante processo di fusione, in particolare dafusione a cera persaa causa della loro struttura complessa.
Requisiti per i collettori di scarico
1. Buona resistenza all'ossidazione ad alta temperatura
Il collettore di scarico funziona a lungo in alternanza ciclica ad alta temperatura. La resistenza all'ossidazione del materiale alle alte temperature influisce direttamente sulla durata del collettore di scarico. Ovviamente la ghisa ordinaria non può soddisfare i requisiti e gli elementi di lega devono essere aggiunti al materiale per migliorare la resistenza all'ossidazione ad alta temperatura del materiale.
2. Microstruttura stabile
Nell'intervallo compreso tra la temperatura ambiente e la temperatura di esercizio, il materiale non deve subire un cambiamento di fase o minimizzare il più possibile il cambiamento di fase. Perché il cambiamento di fase causerà cambiamenti di volume, stress interno o deformazione, influenzando le prestazioni e la durata del prodotto. Pertanto, il materiale della matrice è preferibilmente una struttura stabile di ferrite o austenite. La forma di distruzione delle parti in ghisa che lavorano in condizioni di alta temperatura si manifesta principalmente come corrosione in condizioni di alta temperatura. Dopo che le fasi costituenti l'organizzazione sono state ossidate (come il carbonio grafite), il volume dell'ossido è maggiore del volume originale, causando un'espansione irreversibile del getto. Rispetto alle tre forme di grafite a scaglie, a vite senza fine e sferica, la ghisa con grafite sferica ha la migliore resistenza alle alte temperature. Il motivo è che durante il processo di solidificazione della ghisa, la grafite in scaglie cresce come fase principale. Al termine della solidificazione eutettica, la grafite in ciascun gruppo eutettico forma una forma tridimensionale ramificata continua. Ad alta temperatura, quando l'ossigeno invade il metallo, la grafite viene ossidata per formare un canale microscopico, che accelera il processo di ossidazione. Quando la grafite sferica nuclea, cresce da sola fino a una certa dimensione ed è circondata dalla matrice. Esiste come una palla isolata. Dopo che la sfera di grafite si è ossidata, non si forma alcun canale, indebolendo così l'ulteriore ossidazione. Pertanto, la resistenza all'ossidazione ad alta temperatura della ghisa duttile è migliore di quella di altre forme di grafite e i fori ossidati hanno meno effetti sulla resistenza alle alte temperature della ghisa rispetto ad altre forme di grafite. La grafite vermicolare è tra i due.
3. Piccolo coefficiente di dilatazione termica
Un piccolo coefficiente di dilatazione termica contribuisce a ridurre lo stress termico e la deformazione termica del collettore di scarico e contribuisce a migliorare le prestazioni e la durata del prodotto.
4. Eccellente resistenza alle alte temperature
Deve soddisfare i requisiti di resistenza necessari del prodotto se utilizzato ad alte temperature.
5. Buone prestazioni del processo e basso costo
Esistono molti tipi di materiali metallici resistenti al calore e alle alte temperature, ma a causa della forma complessa del collettore di scarico, il materiale utilizzato per fabbricare il collettore di scarico deve avere buone prestazioni di processo e il suo costo deve soddisfare le esigenze di massa produzione nel settore automobilistico.
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