排氣歧管特性及要求

早期的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，單位重量的功率低，燃料的燃燒效率不高，所排出的廢氣溫度不超過(guò)500 ℃。隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提高，排氣溫度提高到600~650 ℃。發(fā)達(dá)國(guó)家近年來(lái)不斷提高汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，催化技術(shù)和蝸輪增壓技術(shù)的應(yīng)用更是顯著提高了排氣歧管的工作溫度，達(dá)到了750 ℃以上。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)性能的進(jìn)一步提高，排氣歧管的工作溫度還要提高。與此同時(shí)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，排氣歧管的結(jié)構(gòu)也隨之復(fù)雜化，加之在循環(huán)交變溫度狀態(tài)下工作，要求排氣歧管材料不僅要具有良好的高溫性能，還要具備良好的鑄造性能。因此排氣歧管材料必須具備如下特性。

排氣歧管長(zhǎng)期在高溫循環(huán)交變狀態(tài)下工作，材料在高溫下的抗氧化性能直接影響到排氣歧管的使用壽命。普通鑄鐵顯然無(wú)法滿足要求，需要在材料中加入合金元素提高材料的高溫抗氧化性能。

在室溫至工作溫度范圍內(nèi)，材料應(yīng)盡可能不發(fā)生相變或盡量減少相變。因?yàn)橄嘧儠?huì)造成體積的變化，使之產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力或變形，影響產(chǎn)品的使用性能和壽命。因此基體材料最好是穩(wěn)定的鐵素體或奧氏體組織。在高溫條件下工作的鑄鐵零件的破壞形式主要表現(xiàn)為高溫條件下的腐蝕，組織中的組成相氧化后(如石墨碳)，氧化物的體積大于原有體積，引起鑄件的不可逆膨脹。

與片狀、蠕蟲狀、球狀三種石墨形態(tài)相比，球狀石墨的鑄鐵耐高溫性最好，原因在于鑄鐵在凝固過(guò)程中，片狀石墨為領(lǐng)先相生長(zhǎng)，至共晶凝固結(jié)束時(shí)，每個(gè)共晶團(tuán)內(nèi)的石墨構(gòu)成連續(xù)的分枝立體形態(tài)，高溫下，當(dāng)氧侵入金屬內(nèi)部，石墨經(jīng)氧化后，形成一個(gè)微觀通道，加速氧化過(guò)程的進(jìn)行。球狀石墨形核時(shí)，單獨(dú)成長(zhǎng)一定尺寸后，被基體包圍，以孤立的球存在，在石墨球被氧化后，不會(huì)形成通道，因而減弱了氧化的進(jìn)一步進(jìn)行，所以球墨鑄鐵的抗高溫氧化性能好于其他形態(tài)的石墨，并且氧化后的孔洞對(duì)鑄鐵的高溫強(qiáng)度較其他形態(tài)的石墨影響小，蠕墨則介于二者之間。

小的熱膨脹系數(shù)有利于減小排氣歧管的熱應(yīng)力和熱變形，有利于提高產(chǎn)品的使用性能和使用壽命。

必須滿足產(chǎn)品在高溫下使用時(shí)的必要強(qiáng)度要求。

耐熱、耐高溫金屬材料種類很多，但出于排氣歧管復(fù)雜的形狀，用于制造排氣歧管的材料必須具有良好的工藝性，而且其成本必須滿足汽車工業(yè)批量生產(chǎn)的需求。

排氣歧管，是與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體相連的，將各缸的排氣集中起來(lái)導(dǎo)入排氣總管的，帶有分歧的管路。對(duì)它的要求主要是，盡量減少排氣阻力，并避免各缸之間相互干擾。 排氣過(guò)分集中時(shí)，各缸之間會(huì)產(chǎn)生相互干擾，也就是某缸排氣時(shí)，正好碰到別的缸竄來(lái)的沒有排凈的廢氣。這樣，就會(huì)增加排氣的阻力，進(jìn)而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。解決的辦法是，使各缸的排氣盡量分開，每缸一個(gè)分支，或者兩缸一個(gè)分支，并使每個(gè)分支盡量加長(zhǎng)并成型-以減少不同管內(nèi)的氣體相互影響。 為了減少排氣阻力，有的賽車采用不銹鋼管制造排氣歧管。

排氣歧管應(yīng)考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能、發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性能、排放標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)動(dòng)機(jī)的成本、匹配的整車前艙布置及溫度場(chǎng)等。

目前普遍使用的排氣歧管從材料和加工工藝上分有鑄鐵歧管和不銹鋼歧管兩個(gè)類型。

圖中顯示四缸引擎其中兩缸的排氣歧管。由左邊的剖面可以看到排氣歧管直接連接在排氣孔后，再結(jié)合為一。排氣歧管在設(shè)計(jì)上會(huì)盡量讓各缸的阻力相同，以讓排氣順暢。

新鮮空氣與汽油混合進(jìn)入引擎燃燒后，產(chǎn)生高溫高壓的氣體推動(dòng)活塞，當(dāng)氣體能量釋放后，對(duì)引擎就不再有價(jià)值，這些氣體就成為廢氣被排放出引擎外。廢氣自汽缸排出后，隨即進(jìn)入排氣歧管，各缸的排氣歧管匯集后，經(jīng)過(guò)排氣管將廢氣排出。而就如進(jìn)氣歧管一樣，氣體在排氣歧管內(nèi)也是以脈沖的方式離開引擎，所以各缸的排氣歧管長(zhǎng)度及彎度也要設(shè)計(jì)成盡量相同，使各缸的排氣都能一樣的順暢。