Le collecteur d'échappement est connecté au bloc-cylindres du moteur, collectant les gaz d'échappement de chaque cylindre et les dirigeant dans le collecteur d'échappement avec des canalisations divergentes.
Le collecteur d'échappement est relié au bloc-cylindres du moteur, collectant les gaz d'échappement de chaque cylindre et les dirigeant vers le collecteur d'échappement, avec des conduites divergentes. Les principales exigences sont de minimiser la résistance à l'échappement et d'éviter les interférences mutuelles entre les cylindres. Lorsque les gaz d'échappement sont trop concentrés, il y aura une interférence mutuelle entre les cylindres, c'est-à-dire que lorsqu'un cylindre s'échappe, il entre en contact avec les gaz d'échappement non nettoyés des autres cylindres. Cela augmentera la résistance de l'échappement, réduisant ainsi la puissance de sortie du moteur. La solution consiste à séparer autant que possible les gaz d'échappement de chaque cylindre, avec une branche pour chaque cylindre ou une branche pour deux cylindres, et à rendre chaque branche aussi longue et indépendante que possible pour réduire l'influence mutuelle des gaz dans différents tuyaux.
Brève introduction
Le collecteur d'échappement est un tuyau divergent relié au bloc-cylindres du moteur, qui concentre les gaz d'échappement de chaque cylindre et les dirige vers le collecteur d'échappement. Les principales exigences pour cela sont de minimiser la résistance à l'échappement et d'éviter les interférences mutuelles entre les cylindres. Lorsque les gaz d'échappement sont excessivement concentrés, il y aura une interférence mutuelle entre les cylindres, c'est-à-dire que lorsqu'un cylindre s'échappe, il entre en contact avec les gaz d'échappement non nettoyés des autres cylindres. Cela augmentera la résistance de l'échappement, réduisant ainsi la puissance de sortie du moteur. La solution consiste à séparer autant que possible les gaz d'échappement de chaque cylindre, avec une branche pour chaque cylindre ou une branche pour deux cylindres, et à rendre chaque branche aussi longue et formée que possible pour réduire l'influence mutuelle des gaz dans différents tuyaux. Afin de réduire la résistance à l'échappement, certaines voitures de course utilisent des tuyaux en acier inoxydable pour fabriquer des collecteurs d'échappement.
Le collecteur d'échappement doit prendre en compte la puissance du moteur, la consommation de carburant du moteur, les normes d'émission, le coût du moteur, la disposition de l'habitacle avant du véhicule et le champ de température.
Les collecteurs d'échappement couramment utilisés sont divisés en deux types en fonction des matériaux et de la technologie de traitement : les collecteurs en fonte et les collecteurs en acier inoxydable.
Caractéristiques et exigences des matériaux des collecteurs d'échappement
Les premiers moteurs de voiture avaient une faible puissance par unité de poids, une faible efficacité de combustion du carburant et des températures des gaz d'échappement ne dépassant pas 500 degrés. Avec l'amélioration de l'efficacité des moteurs automobiles, la température d'échappement a augmenté de 600-650 degrés. Ces dernières années, les pays développés ont continuellement amélioré leurs normes d'émission d'échappement automobiles, et l'application de la technologie catalytique et de la technologie de suralimentation à vis sans fin a considérablement augmenté la température de fonctionnement des collecteurs d'échappement, atteignant plus de 750 degrés. À mesure que les performances du moteur continuent de s'améliorer, la température de fonctionnement du collecteur d'échappement augmentera également. Dans le même temps, avec l'avancement de la technologie des moteurs, la structure des collecteurs d'échappement est devenue plus complexe. De plus, travailler dans des conditions de température alternée cyclique nécessite que les matériaux du collecteur d'échappement aient non seulement de bonnes performances à haute température, mais également de bonnes performances de moulage. Par conséquent, le matériau du collecteur d'échappement doit avoir les caractéristiques suivantes.
Bonne performance antioxydante à haute température
Le collecteur d'échappement fonctionne dans un état alternatif cyclique à haute température pendant une longue période, et les performances antioxydantes des matériaux à haute température affectent directement la durée de vie du collecteur d'échappement. La fonte ordinaire ne peut évidemment pas répondre aux exigences, et des éléments d'alliage doivent être ajoutés au matériau pour améliorer sa résistance à l'oxydation à haute température.
Microstructure stable
Dans la plage de température ambiante à température de fonctionnement, le matériau doit minimiser ou éviter autant que possible les transitions de phase. En effet, la transition de phase peut provoquer des changements de volume, entraînant des contraintes internes ou des déformations, ce qui affecte les performances et la durée de vie du produit. Par conséquent, il est préférable que le matériau de la matrice ait une structure stable en ferrite ou en austénite. Le mode de défaillance des pièces en fonte fonctionnant dans des conditions de température élevée se manifeste principalement par la corrosion dans des conditions de température élevée. Après l'oxydation des phases constitutives de la structure (comme le carbone graphite), le volume de l'oxyde est supérieur au volume d'origine, provoquant une expansion irréversible de la pièce moulée.
Comparé aux trois formes de graphite (en lamelles, en spirale et en bille), la fonte à graphite sphérique présente la meilleure résistance aux températures élevées. La raison en est que pendant le processus de solidification de la fonte, le graphite en lamelles se développe en tant que phase principale. À la fin de la solidification eutectique, le graphite de chaque groupe eutectique forme un état tridimensionnel ramifié continu. À haute température, lorsque l'oxygène envahit l'intérieur du métal, le graphite forme un microcanal après oxydation, accélérant le processus d'oxydation. Lorsque le graphite sphérique se nuclée, il grandit jusqu'à une certaine taille et est entouré par la matrice sous forme de bille isolée. Une fois la bille de graphite oxydée, aucun canal ne se forme, ce qui affaiblit le processus d'oxydation ultérieur. Par conséquent, la résistance à l'oxydation à haute température de la fonte ductile est meilleure que celle des autres formes de graphite, et l'influence des pores oxydés sur la résistance à haute température de la fonte est plus faible que celle des autres formes de graphite. Le graphite fluant se situe entre les deux.
Faible coefficient de dilatation thermique
Un faible coefficient de dilatation thermique est bénéfique pour réduire la contrainte thermique et la déformation du collecteur d'échappement, et améliorer les performances et la durée de vie du produit.
Excellente résistance aux hautes températures
Doit répondre aux exigences de résistance nécessaires pour le produit lorsqu'il est utilisé à des températures élevées.
Bonnes performances du processus et faible coût
Il existe de nombreux types de matériaux métalliques résistants à la chaleur et aux hautes températures, mais en raison de la forme complexe des collecteurs d'échappement, les matériaux utilisés pour fabriquer les collecteurs d'échappement doivent avoir une bonne aptitude au traitement et leur coût doit répondre aux exigences de la production de masse dans l'industrie automobile.