汽車發動機排氣歧管發展研究

代孟

摘要：汽車發動機中有一個關鍵的組成部分，就是排氣歧管。隨著可持續發展的理念越來越深入人心，節能環保的意識越來越成為時代主流，排氣歧管的發展也面臨著新的挑戰。本文對目前國內外排氣歧管的發展現狀進行了綜合分析，對國外先進經驗進行了學習和探究，尋找到了排氣歧管未來新的發展方向，同時，通過對耐高溫不銹鋼的充分應用，開發了一系列新型高端耐熱性能，希望能夠在未來的生產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.

關鍵詞：可持續發展;節能環保;排氣歧管;制造工藝

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

0? 引言

作為汽車發動機中重要的組成部分，排氣歧管的工作環境對溫度的要求相當高，一般都是在500攝氏度以上的高溫和腐蝕條件下進行作業。因此在制造排氣歧管時，必須要選擇耐高溫和耐腐蝕性能極強的材料。隨著全球范圍內節能環保觀念的深入人心，在進行汽車制造時，越來越注重汽車的節能減排性能，因此，汽車行業在進行汽車工藝制造時，也盡量對車身做減重設計，以實現汽車的節能減排性能。此外，在進行發動機制造時，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，筆者將會從排氣歧管的多個角度對排氣歧管的發展進行闡述。

1? 材料成形工藝

1.1 鑄造成形

過去在鑄造排氣管時，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的灰鐵、蠕鐵和球鐵等。因為采用的全自動的流水線進行生產，因此，生產效率很高，生產速度可達到每小時200多型。但隨著全球化的進程不斷推進，20世紀末，汽車內部鋼液溫度達到了1600攝氏度以上，傳統的鑄造模式已經無法滿足溫度要求，因此采用了新的樹脂砂制備排氣管內腔砂芯技術，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展，已經做到了大規模生產。除去樹脂工藝以外，當時還出現了一種失蠟熔模鑄造工藝，采用這種工藝成產出來的零件不僅精確度高，而且很耐用。但是由于生產成本太高，生產力低，所以很難大規模投入使用，一般被用來生產數量少、工藝復雜的零件。這種失蠟熔模鑄造工藝是對多種工藝的融合，不僅可以做到誤差最小，精度最高，還能生產復雜程度高、薄壁要求苛刻的產品，解決了很多難題。

隨后又出現了一種新工藝，該工藝最早是由國外兩個汽車公司聯合開發出來的，是對多種鑄造工藝的大融合，在制造砂芯時運用的是傳統冷芯盒技術;在組芯時運用的是耐高溫無機粘結劑，在鑄造陶瓷鑄型時采用的是失蠟鑄造工藝，該工藝被命名為凱迪翻轉模工藝，英文縮寫簡稱為CCM工藝。傳統的鑄造工藝在進行鋼液澆注時很難達到鋼液的溫度，不能很好的滿足鋼液的填充性能。但CCM工藝在進行鋼液澆注時能夠充分滿足溫度需求，不會形成對鋼液的刺激，因此可以很好的滿足鋼液的填充性能。此外，采用CCM工藝鑄造出來的鑄件不僅氣體缺陷小，而且收縮小，最終出來的產品成功率很高，精準度很高。再加上CCM工藝在制造時對材料的要求不高，很多材質較差的材料也能通過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。而且很適合生產薄壁復雜的鑄件，解決了傳統工藝不能解決的難題，不僅能夠大批量生產，還能生產高精尖鑄件，具有劃時代意義。

1.2 焊接成形

隨著全球化的趨勢的推進，汽車生產制造時越來越注重提高發動機的排放溫度和實現汽車低排量輕量化性能，因此，汽車制造工藝中越來越多的應用到了焊接不銹鋼排氣管技術。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，在工作時能夠承擔的溫度上限很高，而且不銹鋼排氣管的減重效果也很好。在進行焊接不銹鋼排氣管時，一般會采用兩種鑄造方式，一種是不斷的沖壓不銹鋼材料，使之成型以后再通過焊接成形。另一種是將不銹鋼材料進行擴管處理以后焊接成型。這兩種方式在選擇材料時很靈活，很多材料都可以進行運用，采取的制造技術也很先進，一般采用的是激光焊接技術，不僅可以充分提高工藝質量，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，生產出來的鋼管性能多樣，耐熱性強。因此，該技術被越來越多的汽車零件制造公司所采用，發展前景良好。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，比傳統的鐵鑄件更加耐用，目前已經實現大規模量產。但是目前運用激光焊接技術生產出來的焊接不銹鋼排氣管仍然存在很多缺點，比如成本更高、噪音更大、剛度不達標、產品的精確度不高等，目前國內的很多汽車企業已經對該技術進行優化升級，最具代表性的就是哈爾濱工業大學，已經開發出了一種內高壓成形技術，將排氣歧管的制造質量提升了一大截，但是因為技術還不夠成熟，所以沒有進行量產，還要進一步進行生產實踐。

2? 產品設計

2.1 薄壁化

為了滿足汽車低排量輕量化的時代需求，為了促進全球可持續發展，為了充分實現節能減排的環保需求，所以在設計汽車零部件時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重脫不開關系，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減重設計。根據權威研究表示，汽車重量的下降不僅可以同比例的帶來油耗下降，還會使汽車排放量有所下降。為了達到汽車減重要求，目前排氣歧管已經在往薄壁化、輕工藝化方向發展，很多排氣歧管的壁厚只有2毫米，但這同時也要求排氣歧管的材料耐熱性更強，抗壓性更強，在選擇材料時必須要選擇性能更好的材料，不能在采用傳統的鑄鐵，要采用更先進的耐熱材質。比如高鎳奧氏體耐熱球鐵或者不銹鋼材料。進行鑄造時，要擯棄過去的傳統潮模砂鑄造工藝，轉而采用新型的殼型鑄造或包芯工藝;在進行澆注時，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;在進行鑄造時，放棄過去的砂型鑄造方式，采取更先進的陶瓷鑄造方式。

2.2 整體化設計

要想使排氣歧管的發展前景越來越好，就必須要從整體上做好設計，不僅要做好減重設計，還要做好渦殼整體設計，這樣一來，不僅有助于整體發展，還能夠充分降低成本，但是同時，鑄造工藝水平也必須進一步提升，這樣才能跟得上整體設計變化。在歐洲的發動機鑄造過程中，用到渦殼整體設計的次數很多，運用這種設計，不僅可以將發動機內部進行充分整合，還能夠減少熱量，降低排放溫度，使發動機整體運行的更加穩定，增加工作效率的同時還能更快的減少暖機時間。這種設計在歐洲被廣泛運用，常見于威朗車型。

2.3 其它

通過在排氣歧管內部裝備水套的方式，達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，該設計已經大規模的投入使用了。而且，在排氣歧管內部，還增加了陶瓷涂層技術，該技術不僅能夠增加抗熱性，還能夠增加抗氧化性。

3? 發展趨勢

未來的汽車生產中，實現汽車的低排放、輕量化，必然是大勢所趨，因此，在進行排氣歧管制造時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積極開發新型材料，降低成本，增加材料選擇的靈活性。

③在整體設計時，要盡量進行排氣管的內部整合。

④做好整體減重設計。

⑤要想充分運用好新型耐熱材料，做好汽車的整體減重設計，就必須要對鑄造工藝進行進一步的升級和優化，不能再繼續使用傳統的鑄造工藝，要積極研發出新的精度更高、成本更低、靈活性更高的工藝來，要更多的運用到一些新型材料。新能源汽車已經成為汽車行業的大勢所趨，因此，就必須要對發動機進行升級，對汽車的整體設計進行優化，這樣才能在未來的市場競爭中獲得更有利的位置。

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