汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管發(fā)展研究

代孟

摘要：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中有一個(gè)關(guān)鍵的組成部分，就是排氣歧管。隨著可持續(xù)發(fā)展的理念越來(lái)越深入人心，節(jié)能環(huán)保的意識(shí)越來(lái)越成為時(shí)代主流，排氣歧管的發(fā)展也面臨著新的挑戰(zhàn)。本文對(duì)目前國(guó)內(nèi)外排氣歧管的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了綜合分析，對(duì)國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了學(xué)習(xí)和探究，尋找到了排氣歧管未來(lái)新的發(fā)展方向，同時(shí)，通過(guò)對(duì)耐高溫不銹鋼的充分應(yīng)用，開(kāi)發(fā)了一系列新型高端耐熱性能，希望能夠在未來(lái)的生產(chǎn)制造中幫助提升排氣歧管的制造工藝性和精確性。

Abstract： The exhaust manifold is a key part of automobile engine. With the concept of sustainable development more and more popular， the awareness of energy conservation and environmental protection has become the mainstream of the times， and the development of exhaust manifold is also facing new challenges. In this paper， the development status of exhaust manifold at home and abroad is comprehensively analyzed， the advanced experience of foreign countries is studied and explored， and the new development direction of exhaust manifold in the future is found. At the same time， through the full application of high temperature resistant stainless steel， a series of new high-end heat resistance properties are developed， hoping to help improve the manufacturing of exhaust manifold in the future production and manufacturing Process and accuracy.

關(guān)鍵詞：可持續(xù)發(fā)展;節(jié)能環(huán)保;排氣歧管;制造工藝

Key words： sustainable development;energy saving and environmental protection;exhaust manifold;manufacturing process

0? 引言

作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中重要的組成部分，排氣歧管的工作環(huán)境對(duì)溫度的要求相當(dāng)高，一般都是在500攝氏度以上的高溫和腐蝕條件下進(jìn)行作業(yè)。因此在制造排氣歧管時(shí)，必須要選擇耐高溫和耐腐蝕性能極強(qiáng)的材料。隨著全球范圍內(nèi)節(jié)能環(huán)保觀念的深入人心，在進(jìn)行汽車制造時(shí)，越來(lái)越注重汽車的節(jié)能減排性能，因此，汽車行業(yè)在進(jìn)行汽車工藝制造時(shí)，也盡量對(duì)車身做減重設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)汽車的節(jié)能減排性能。此外，在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)制造時(shí)，為了提高效率，將燃油排放溫度提升到了最高1000多攝氏度，這就給排氣歧管造成了很大壓力。因此，筆者將會(huì)從排氣歧管的多個(gè)角度對(duì)排氣歧管的發(fā)展進(jìn)行闡述。

1? 材料成形工藝

1.1 鑄造成形

過(guò)去在鑄造排氣管時(shí)，選擇的主要成形模式一般為潮模砂重力鑄造，材料一般選擇的都是傳統(tǒng)的灰鐵、蠕鐵和球鐵等。因?yàn)椴捎玫娜詣?dòng)的流水線進(jìn)行生產(chǎn)，因此，生產(chǎn)效率很高，生產(chǎn)速度可達(dá)到每小時(shí)200多型。但隨著全球化的進(jìn)程不斷推進(jìn)，20世紀(jì)末，汽車內(nèi)部鋼液溫度達(dá)到了1600攝氏度以上，傳統(tǒng)的鑄造模式已經(jīng)無(wú)法滿足溫度要求，因此采用了新的樹脂砂制備排氣管內(nèi)腔砂芯技術(shù)，不但大大提升了工作效率，還滿足了溫度需求，并且隨著包芯工藝的不斷發(fā)展，已經(jīng)做到了大規(guī)模生產(chǎn)。除去樹脂工藝以外，當(dāng)時(shí)還出現(xiàn)了一種失蠟熔模鑄造工藝，采用這種工藝成產(chǎn)出來(lái)的零件不僅精確度高，而且很耐用。但是由于生產(chǎn)成本太高，生產(chǎn)力低，所以很難大規(guī)模投入使用，一般被用來(lái)生產(chǎn)數(shù)量少、工藝復(fù)雜的零件。這種失蠟熔模鑄造工藝是對(duì)多種工藝的融合，不僅可以做到誤差最小，精度最高，還能生產(chǎn)復(fù)雜程度高、薄壁要求苛刻的產(chǎn)品，解決了很多難題。

隨后又出現(xiàn)了一種新工藝，該工藝最早是由國(guó)外兩個(gè)汽車公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)出來(lái)的，是對(duì)多種鑄造工藝的大融合，在制造砂芯時(shí)運(yùn)用的是傳統(tǒng)冷芯盒技術(shù);在組芯時(shí)運(yùn)用的是耐高溫?zé)o機(jī)粘結(jié)劑，在鑄造陶瓷鑄型時(shí)采用的是失蠟鑄造工藝，該工藝被命名為凱迪翻轉(zhuǎn)模工藝，英文縮寫簡(jiǎn)稱為CCM工藝。傳統(tǒng)的鑄造工藝在進(jìn)行鋼液澆注時(shí)很難達(dá)到鋼液的溫度，不能很好的滿足鋼液的填充性能。但CCM工藝在進(jìn)行鋼液澆注時(shí)能夠充分滿足溫度需求，不會(huì)形成對(duì)鋼液的刺激，因此可以很好的滿足鋼液的填充性能。此外，采用CCM工藝鑄造出來(lái)的鑄件不僅氣體缺陷小，而且收縮小，最終出來(lái)的產(chǎn)品成功率很高，精準(zhǔn)度很高。再加上CCM工藝在制造時(shí)對(duì)材料的要求不高，很多材質(zhì)較差的材料也能通過(guò)CCM工藝鑄造出好的成品，大大減少了成本，提高了成功率，提升了工作效率。而且很適合生產(chǎn)薄壁復(fù)雜的鑄件，解決了傳統(tǒng)工藝不能解決的難題，不僅能夠大批量生產(chǎn)，還能生產(chǎn)高精尖鑄件，具有劃時(shí)代意義。

1.2 焊接成形

隨著全球化的趨勢(shì)的推進(jìn)，汽車生產(chǎn)制造時(shí)越來(lái)越注重提高發(fā)動(dòng)機(jī)的排放溫度和實(shí)現(xiàn)汽車低排量輕量化性能，因此，汽車制造工藝中越來(lái)越多的應(yīng)用到了焊接不銹鋼排氣管技術(shù)。不同于原本的鑄鐵排氣管，不銹鋼排氣管能夠最大程度的滿足鑄造溫度，在工作時(shí)能夠承擔(dān)的溫度上限很高，而且不銹鋼排氣管的減重效果也很好。在進(jìn)行焊接不銹鋼排氣管時(shí)，一般會(huì)采用兩種鑄造方式，一種是不斷的沖壓不銹鋼材料，使之成型以后再通過(guò)焊接成形。另一種是將不銹鋼材料進(jìn)行擴(kuò)管處理以后焊接成型。這兩種方式在選擇材料時(shí)很靈活，很多材料都可以進(jìn)行運(yùn)用，采取的制造技術(shù)也很先進(jìn)，一般采用的是激光焊接技術(shù)，不僅可以充分提高工藝質(zhì)量，提升精確度，減少失誤率，提高成功率，提升效率，而且彈性很大，生產(chǎn)出來(lái)的鋼管性能多樣，耐熱性強(qiáng)。因此，該技術(shù)被越來(lái)越多的汽車零件制造公司所采用，發(fā)展前景良好。而用這種方法焊接而成的排氣歧管不僅耐熱溫度大大提升，而且總體性能良好，比傳統(tǒng)的鐵鑄件更加耐用，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。但是目前運(yùn)用激光焊接技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的焊接不銹鋼排氣管仍然存在很多缺點(diǎn)，比如成本更高、噪音更大、剛度不達(dá)標(biāo)、產(chǎn)品的精確度不高等，目前國(guó)內(nèi)的很多汽車企業(yè)已經(jīng)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，最具代表性的就是哈爾濱工業(yè)大學(xué)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種內(nèi)高壓成形技術(shù)，將排氣歧管的制造質(zhì)量提升了一大截，但是因?yàn)榧夹g(shù)還不夠成熟，所以沒(méi)有進(jìn)行量產(chǎn)，還要進(jìn)一步進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)踐。

2? 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

2.1 薄壁化

為了滿足汽車低排量輕量化的時(shí)代需求，為了促進(jìn)全球可持續(xù)發(fā)展，為了充分實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的環(huán)保需求，所以在設(shè)計(jì)汽車零部件時(shí)必須要做好減重工作。在汽車的整車油耗中，大部分的油耗與車身過(guò)重脫不開(kāi)關(guān)系，因此，想要降低汽車油耗，減少汽車排放量就必須要將汽車整體做一個(gè)減重設(shè)計(jì)。根據(jù)權(quán)威研究表示，汽車重量的下降不僅可以同比例的帶來(lái)油耗下降，還會(huì)使汽車排放量有所下降。為了達(dá)到汽車減重要求，目前排氣歧管已經(jīng)在往薄壁化、輕工藝化方向發(fā)展，很多排氣歧管的壁厚只有2毫米，但這同時(shí)也要求排氣歧管的材料耐熱性更強(qiáng)，抗壓性更強(qiáng)，在選擇材料時(shí)必須要選擇性能更好的材料，不能在采用傳統(tǒng)的鑄鐵，要采用更先進(jìn)的耐熱材質(zhì)。比如高鎳奧氏體耐熱球鐵或者不銹鋼材料。進(jìn)行鑄造時(shí)，要擯棄過(guò)去的傳統(tǒng)潮模砂鑄造工藝，轉(zhuǎn)而采用新型的殼型鑄造或包芯工藝;在進(jìn)行澆注時(shí)，不能再使用笨重的重力澆注模式，而要采用新型低壓澆注模式;在進(jìn)行鑄造時(shí)，放棄過(guò)去的砂型鑄造方式，采取更先進(jìn)的陶瓷鑄造方式。

2.2 整體化設(shè)計(jì)

要想使排氣歧管的發(fā)展前景越來(lái)越好，就必須要從整體上做好設(shè)計(jì)，不僅要做好減重設(shè)計(jì)，還要做好渦殼整體設(shè)計(jì)，這樣一來(lái)，不僅有助于整體發(fā)展，還能夠充分降低成本，但是同時(shí)，鑄造工藝水平也必須進(jìn)一步提升，這樣才能跟得上整體設(shè)計(jì)變化。在歐洲的發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造過(guò)程中，用到渦殼整體設(shè)計(jì)的次數(shù)很多，運(yùn)用這種設(shè)計(jì)，不僅可以將發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部進(jìn)行充分整合，還能夠減少熱量，降低排放溫度，使發(fā)動(dòng)機(jī)整體運(yùn)行的更加穩(wěn)定，增加工作效率的同時(shí)還能更快的減少暖機(jī)時(shí)間。這種設(shè)計(jì)在歐洲被廣泛運(yùn)用，常見(jiàn)于威朗車型。

2.3 其它

通過(guò)在排氣歧管內(nèi)部裝備水套的方式，達(dá)到降低排氣歧管溫度的目的，這種方式不僅降低了成本，在材質(zhì)上的選擇上也更加靈活，不再需要昂貴、稀缺的耐高溫不銹鋼材料，普通的鑄鐵或者鋁合金材料就能充分滿足制造需求。因此，該設(shè)計(jì)已經(jīng)大規(guī)模的投入使用了。而且，在排氣歧管內(nèi)部，還增加了陶瓷涂層技術(shù)，該技術(shù)不僅能夠增加抗熱性，還能夠增加抗氧化性。

3? 發(fā)展趨勢(shì)

未來(lái)的汽車生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)汽車的低排放、輕量化，必然是大勢(shì)所趨，因此，在進(jìn)行排氣歧管制造時(shí)也要盡量滿足這種需求。

①要選擇耐熱性、抗壓性、抗氧化性更好的制造材料，比如說(shuō)耐高溫的不銹鋼鐵、以及高鎳奧氏體球鐵等材料，這些材料都能充分滿足耐高溫、耐疲勞、抗氧化的需求。

②積極開(kāi)發(fā)新型材料，降低成本，增加材料選擇的靈活性。

③在整體設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量進(jìn)行排氣管的內(nèi)部整合。

④做好整體減重設(shè)計(jì)。

⑤要想充分運(yùn)用好新型耐熱材料，做好汽車的整體減重設(shè)計(jì)，就必須要對(duì)鑄造工藝進(jìn)行進(jìn)一步的升級(jí)和優(yōu)化，不能再繼續(xù)使用傳統(tǒng)的鑄造工藝，要積極研發(fā)出新的精度更高、成本更低、靈活性更高的工藝來(lái)，要更多的運(yùn)用到一些新型材料。新能源汽車已經(jīng)成為汽車行業(yè)的大勢(shì)所趨，因此，就必須要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行升級(jí)，對(duì)汽車的整體設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，這樣才能在未來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得更有利的位置。

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