排気マニホールドはエンジンのシリンダー ブロックに接続されており、各シリンダーからの排気ガスを集めて、分岐パイプラインで排気マニホールドに導きます。
排気マニホールドはエンジンのシリンダーブロックに接続され、各シリンダーからの排気ガスを集めて、分岐したパイプラインで排気マニホールドに導きます。排気マニホールドの主な要件は、排気抵抗を最小限に抑え、シリンダー間の相互干渉を回避することです。排気が過度に集中すると、シリンダー間で相互干渉が発生します。つまり、1 つのシリンダーが排気するときに、他のシリンダーからの未浄化の排気ガスと偶然接触します。これにより排気抵抗が増加し、エンジンの出力が低下します。解決策は、各シリンダーの排気ガスを可能な限り分離し、シリンダーごとに 1 つのブランチ、または 2 つのシリンダーに 1 つのブランチを使用し、各ブランチを可能な限り長く独立させて、異なるパイプのガスの相互影響を減らすことです。
簡単な紹介
排気マニホールドは、エンジンのシリンダーブロックに接続された分岐パイプラインで、各シリンダーからの排気ガスを集中させて排気マニホールドに導きます。排気マニホールドの主な要件は、排気抵抗を最小限に抑え、シリンダー間の相互干渉を回避することです。排気が過度に集中すると、シリンダー間で相互干渉が発生します。つまり、1つのシリンダーが排気するときに、他のシリンダーからの未浄化の排気ガスと偶然接触します。これにより、排気抵抗が増加し、エンジンの出力が低下します。解決策は、各シリンダーの排気ガスを可能な限り分離し、シリンダーごとに1つのブランチ、または2つのシリンダーに1つのブランチを使用し、各ブランチを可能な限り長く、形状を整えて、異なるパイプのガスの相互影響を減らすことです。排気抵抗を減らすために、一部のレーシングカーでは、ステンレス鋼のパイプを使用して排気マニホールドを製造しています。
排気マニホールドは、エンジン出力性能、エンジン燃費、排出基準、エンジンコスト、車両の前部キャビンレイアウトのマッチング、および温度場を考慮する必要があります。
一般的に使用される排気マニホールドは、材料と加工技術に基づいて鋳鉄マニホールドとステンレス鋼マニホールドの2種類に分けられます。
排気マニホールド材料の特性と要件
初期の自動車エンジンは、単位重量あたりの出力が低く、燃料の燃焼効率が低く、排気ガス温度は 500 度を超えませんでした。自動車エンジンの効率向上に伴い、排気温度は 600-650 度に上昇しました。近年、先進国は自動車の排気ガス基準を継続的に改善しており、触媒技術やウォームギアターボチャージャー技術の応用により、排気マニホールドの動作温度が大幅に上昇し、 750 度を超えています。エンジン性能が向上し続けると、排気マニホールドの動作温度も上昇します。同時に、エンジン技術の進歩に伴い、排気マニホールドの構造はより複雑になっています。さらに、周期的に変化する温度条件下で動作するため、排気マニホールド材料は高温性能が優れているだけでなく、鋳造性能も優れている必要があります。したがって、排気マニホールド材料には次の特性が必要です。
優れた高温抗酸化性能
排気マニホールドは、高温の周期的な交番状態で長時間作動するため、高温での材料の抗酸化性能は排気マニホールドの耐用年数に直接影響します。通常の鋳鉄では明らかに要件を満たすことができず、高温酸化耐性を向上させるために材料に合金元素を追加する必要があります。
安定した微細構造
室温から動作温度までの範囲内で、材料はできる限り相転移を最小限に抑えるか回避する必要があります。相転移により体積変化が発生し、内部応力や変形が生じ、製品の性能と寿命に影響する可能性があるためです。したがって、マトリックス材料は安定したフェライトまたはオーステナイト構造を持つことが最適です。高温条件下で動作する鋳鉄部品の故障モードは、主に高温条件下での腐食として現れます。構造内の構成相（グラファイトカーボンなど）が酸化されると、酸化物の体積が元の体積よりも大きくなり、鋳物の不可逆的な膨張を引き起こします。
片状、ウォーム状、球状の3つの黒鉛形態と比較すると、球状黒鉛鋳鉄は最も優れた耐高温性を持っています。その理由は、鋳鉄の凝固過程で、片状黒鉛が主相として成長するためです。共晶凝固の終わりに、各共晶クラスター内の黒鉛は連続した分岐した3次元状態を形成します。高温で酸素が金属の内部に侵入すると、黒鉛は酸化後にマイクロチャネルを形成し、酸化プロセスを加速します。球状黒鉛が核生成すると、一定の大きさに成長し、孤立した球としてマトリックスに囲まれます。黒鉛球が酸化されると、チャネルが形成されなくなり、それ以上の酸化プロセスが弱まります。そのため、ダクタイル鋳鉄の高温酸化耐性は他の形態の黒鉛よりも優れており、鋳鉄の高温強度に対する酸化気孔の影響は他の形態の黒鉛よりも小さくなります。クリープ黒鉛は両者の中間にあります。
熱膨張係数が小さい
熱膨張係数が小さいと、排気マニホールドの熱応力と変形が軽減され、製品の性能と耐用年数が向上します。
優れた高温強度
高温で使用する場合、製品に必要な強度要件を満たす必要があります。
優れたプロセス性能と低コスト
耐熱性、耐高温性の金属材料には多くの種類がありますが、排気マニホールドの形状は複雑なため、排気マニホールドの製造に使用する材料は加工性が良好でなければならず、そのコストは自動車業界の大量生産の要件を満たす必要があります。