ท่อร่วมไอเสียเชื่อมต่อกับบล็อกกระบอกสูบของเครื่องยนต์ โดยรวบรวมก๊าซไอเสียจากแต่ละกระบอกสูบและส่งไปยังท่อร่วมไอเสียด้วยท่อแยก
ท่อร่วมไอเสียเชื่อมต่อกับบล็อกกระบอกสูบของเครื่องยนต์ โดยรวบรวมก๊าซไอเสียจากแต่ละกระบอกสูบและส่งไปยังท่อร่วมไอเสียด้วยท่อแยกกัน ข้อกำหนดหลักสำหรับท่อร่วมไอเสียคือลดความต้านทานไอเสียให้น้อยที่สุดและหลีกเลี่ยงการรบกวนซึ่งกันและกันระหว่างกระบอกสูบ เมื่อไอเสียมีความเข้มข้นมากเกินไป จะมีการรบกวนซึ่งกันและกันระหว่างกระบอกสูบ กล่าวคือ เมื่อกระบอกสูบหนึ่งไอเสีย ก๊าซไอเสียที่ไม่ได้รับการทำความสะอาดจากกระบอกสูบอื่นๆ จะสัมผัสกับก๊าซไอเสียที่เพิ่มขึ้น ซึ่งจะลดกำลังขับของเครื่องยนต์ วิธีแก้ปัญหาคือแยกก๊าซไอเสียของแต่ละกระบอกสูบให้มากที่สุด โดยแยกหนึ่งสาขาสำหรับแต่ละกระบอกสูบหรือหนึ่งสาขาสำหรับสองกระบอกสูบ และทำให้แต่ละสาขายาวและแยกอิสระมากที่สุดเพื่อลดอิทธิพลซึ่งกันและกันของก๊าซในท่อต่างๆ
บทนำสั้นๆ
ท่อร่วมไอเสียเป็นท่อแยกที่เชื่อมต่อกับบล็อกกระบอกสูบของเครื่องยนต์ ซึ่งรวมก๊าซไอเสียจากแต่ละกระบอกสูบและส่งไปยังท่อร่วมไอเสีย ข้อกำหนดหลักสำหรับท่อร่วมไอเสียคือการลดความต้านทานไอเสียให้น้อยที่สุดและหลีกเลี่ยงการรบกวนซึ่งกันและกันระหว่างกระบอกสูบ เมื่อไอเสียมีความเข้มข้นมากเกินไป จะมีการรบกวนซึ่งกันและกันระหว่างกระบอกสูบ นั่นคือ เมื่อกระบอกสูบหนึ่งไอเสีย ก๊าซไอเสียจะสัมผัสกับก๊าซไอเสียที่ไม่สะอาดจากกระบอกสูบอื่นๆ ซึ่งจะเพิ่มความต้านทานของไอเสีย จึงลดกำลังขับของเครื่องยนต์ วิธีแก้ปัญหาคือแยกก๊าซไอเสียของแต่ละกระบอกสูบให้มากที่สุด โดยแยกหนึ่งสาขาสำหรับแต่ละกระบอกสูบหรือหนึ่งสาขาสำหรับสองกระบอกสูบ และทำให้แต่ละสาขายาวและมีรูปร่างมากที่สุดเพื่อลดอิทธิพลซึ่งกันและกันของก๊าซในท่อต่างๆ เพื่อลดความต้านทานไอเสีย รถแข่งบางคันจึงใช้ท่อสแตนเลสในการผลิตท่อร่วมไอเสีย
ท่อร่วมไอเสียควรคำนึงถึงประสิทธิภาพพลังงานเครื่องยนต์ ความประหยัดน้ำมันของเครื่องยนต์ มาตรฐานการปล่อยมลพิษ ต้นทุนเครื่องยนต์ การจัดวางห้องโดยสารด้านหน้ารถที่เหมาะสม และสนามอุณหภูมิ
ท่อร่วมไอเสียที่ใช้กันทั่วไปแบ่งออกเป็น 2 ประเภทตามวัสดุและเทคโนโลยีการแปรรูป ได้แก่ ท่อร่วมเหล็กหล่อและท่อร่วมสแตนเลส
ลักษณะและข้อกำหนดของวัสดุท่อร่วมไอเสีย
เครื่องยนต์รถยนต์ยุคแรกมีกำลังต่อหน่วยน้ำหนักต่ำ ประสิทธิภาพการเผาไหม้เชื้อเพลิงต่ำ และอุณหภูมิไอเสียไม่เกิน 500 องศา ด้วยการปรับปรุงประสิทธิภาพเครื่องยนต์รถยนต์ อุณหภูมิไอเสียได้เพิ่มขึ้นถึง 600-650 องศา ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ประเทศที่พัฒนาแล้วได้ปรับปรุงมาตรฐานการปล่อยไอเสียของรถยนต์อย่างต่อเนื่อง และการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีตัวเร่งปฏิกิริยาและเทคโนโลยีเทอร์โบชาร์จแบบเฟืองตัวหนอนได้เพิ่มอุณหภูมิการทำงานของท่อร่วมไอเสียอย่างมีนัยสำคัญ โดยสูงถึงมากกว่า 750 องศา เมื่อประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ยังคงปรับปรุงต่อไป อุณหภูมิการทำงานของท่อร่วมไอเสียก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ในเวลาเดียวกัน ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีเครื่องยนต์ โครงสร้างของท่อร่วมไอเสียก็ซับซ้อนมากขึ้น นอกจากนี้ การทำงานภายใต้สภาวะอุณหภูมิสลับกันแบบวงจรต้องใช้วัสดุท่อร่วมไอเสียที่ไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพอุณหภูมิสูงที่ดีเท่านั้น แต่ยังมีประสิทธิภาพการหล่อที่ดีด้วย ดังนั้น วัสดุท่อร่วมไอเสียจะต้องมีลักษณะดังต่อไปนี้
ประสิทธิภาพต้านอนุมูลอิสระที่อุณหภูมิสูงดี
ท่อร่วมไอเสียทำงานในสภาวะสลับวงจรอุณหภูมิสูงเป็นเวลานาน และประสิทธิภาพในการต่อต้านออกซิเดชันของวัสดุที่อุณหภูมิสูงส่งผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานของท่อร่วมไอเสีย เหล็กหล่อธรรมดาไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้อย่างชัดเจน และจำเป็นต้องเติมองค์ประกอบโลหะผสมลงในวัสดุเพื่อปรับปรุงความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง
โครงสร้างจุลภาคที่มั่นคง
ภายในช่วงอุณหภูมิห้องถึงอุณหภูมิการทำงาน วัสดุควรลดหรือหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนเฟสให้น้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้ เนื่องจากการเปลี่ยนเฟสอาจทำให้ปริมาตรเปลี่ยนแปลง ส่งผลให้เกิดความเครียดภายในหรือการเสียรูป ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ ดังนั้น จึงเป็นการดีที่สุดที่วัสดุเมทริกซ์จะมีโครงสร้างเฟอร์ไรต์หรือออสเทไนต์ที่เสถียร โหมดความล้มเหลวของชิ้นส่วนเหล็กหล่อที่ทำงานภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงนั้นแสดงออกมาเป็นหลักในรูปแบบการกัดกร่อนภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง หลังจากการเกิดออกซิเดชันของเฟสส่วนประกอบในโครงสร้าง (เช่น คาร์บอนกราไฟต์) ปริมาตรของออกไซด์จะมากกว่าปริมาตรเดิม ทำให้การหล่อขยายตัวอย่างไม่สามารถย้อนกลับได้
เมื่อเปรียบเทียบกับรูปแบบกราไฟท์สามรูปแบบ ได้แก่ เกล็ด เกลียว และลูกบอล เหล็กหล่อที่มีกราไฟท์ทรงกลมมีความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงได้ดีที่สุด เหตุผลก็คือในระหว่างกระบวนการทำให้แข็งของเหล็กหล่อ กราไฟท์เกล็ดจะเติบโตขึ้นเป็นเฟสนำ ในตอนท้ายของการแข็งตัวแบบยูเทกติก กราไฟท์ในแต่ละคลัสเตอร์ยูเทกติกจะสร้างสถานะสามมิติที่แตกแขนงอย่างต่อเนื่อง เมื่ออุณหภูมิสูง เมื่อออกซิเจนแทรกซึมเข้าไปในส่วนภายในของโลหะ กราไฟท์จะสร้างไมโครแชนเนลหลังจากออกซิเดชัน ทำให้กระบวนการออกซิเดชันเร็วขึ้น เมื่อกราไฟท์ทรงกลมก่อตัวขึ้น มันจะเติบโตจนมีขนาดหนึ่งและถูกล้อมรอบด้วยเมทริกซ์เป็นลูกบอลแยก หลังจากลูกบอลกราไฟท์ถูกออกซิไดซ์แล้ว จะไม่มีการสร้างช่องทางใดๆ ซึ่งจะทำให้กระบวนการออกซิเดชันต่อไปอ่อนแอลง ดังนั้น ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงของเหล็กเหนียวจึงดีกว่ากราไฟท์รูปแบบอื่นๆ และอิทธิพลของรูพรุนที่เกิดออกซิเดชันต่อความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงของเหล็กหล่อจะน้อยกว่ากราไฟท์รูปแบบอื่นๆ กราไฟท์แบบ Creep อยู่ระหว่างสองชนิดนี้
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำ
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนที่เล็กน้อยมีประโยชน์ในการลดความเครียดจากความร้อนและการเสียรูปของท่อร่วมไอเสีย และปรับปรุงประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์
ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงได้ดีเยี่ยม
จะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดความแข็งแรงที่จำเป็นสำหรับผลิตภัณฑ์เมื่อใช้งานที่อุณหภูมิสูง
ประสิทธิภาพกระบวนการดีและต้นทุนต่ำ
วัสดุโลหะที่ทนความร้อนและทนต่ออุณหภูมิสูงมีอยู่หลายประเภท แต่เนื่องจากท่อร่วมไอเสียมีรูปร่างที่ซับซ้อน วัสดุที่ใช้ในการผลิตท่อร่วมไอเสียจึงต้องมีคุณสมบัติในการแปรรูปได้ดี และต้นทุนจะต้องตรงตามข้อกำหนดของการผลิตจำนวนมากในอุตสาหกรรมยานยนต์