يرتبط مشعب العادم بكتلة أسطوانة المحرك، حيث يقوم بجمع غازات العادم من كل أسطوانة وتوجيهها إلى مشعب العادم باستخدام خطوط أنابيب متباعدة.
يتم توصيل مشعب العادم بكتلة أسطوانات المحرك، حيث يجمع غازات العادم من كل أسطوانة ويوجهها إلى مشعب العادم، بأنابيب متباعدة. والمتطلبات الرئيسية لذلك هي تقليل مقاومة العادم وتجنب التداخل المتبادل بين الأسطوانات. فعندما يكون العادم مركّزًا بشكل مفرط، سيكون هناك تداخل متبادل بين الأسطوانات، أي عندما يتم إخراج أسطوانة واحدة، يحدث أن تتلامس مع غاز العادم غير النظيف من الأسطوانات الأخرى. وهذا من شأنه أن يزيد من مقاومة العادم، وبالتالي تقليل قوة خرج المحرك. والحل هو فصل غازات العادم لكل أسطوانة قدر الإمكان، بفرع واحد لكل أسطوانة أو فرع واحد لأسطوانتين، وجعل كل فرع طويلًا ومستقلًا قدر الإمكان لتقليل التأثير المتبادل للغازات في الأنابيب المختلفة.
مقدمة مختصرة
مشعب العادم هو خط أنابيب متباعد متصل بكتلة أسطوانات المحرك، والذي يركز غازات العادم من كل أسطوانة ويوجهها إلى مشعب العادم. المتطلبات الرئيسية له هي تقليل مقاومة العادم وتجنب التداخل المتبادل بين الأسطوانات. عندما يكون العادم مركزًا بشكل مفرط، سيكون هناك تداخل متبادل بين الأسطوانات، أي عندما يتم إخراج أسطوانة واحدة، يحدث أن تتلامس مع غاز العادم غير النظيف من الأسطوانات الأخرى. سيؤدي هذا إلى زيادة مقاومة العادم، وبالتالي تقليل قوة خرج المحرك. الحل هو فصل غازات العادم لكل أسطوانة قدر الإمكان، بفرع واحد لكل أسطوانة أو فرع واحد لأسطوانتين، وجعل كل فرع طويلًا وشكلًا قدر الإمكان لتقليل التأثير المتبادل للغازات في الأنابيب المختلفة. من أجل تقليل مقاومة العادم، تستخدم بعض سيارات السباق أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ لتصنيع مشعبات العادم.
يجب أن يأخذ مشعب العادم في الاعتبار أداء قوة المحرك، واقتصاد الوقود في المحرك، ومعايير الانبعاثات، وتكلفة المحرك، وتخطيط مقصورة السيارة الأمامية المتوافقة، ومجال درجة الحرارة.
تنقسم مشعبات العادم المستخدمة بشكل شائع إلى نوعين بناءً على المواد وتكنولوجيا المعالجة: مشعبات من الحديد الزهر ومشعبات من الفولاذ المقاوم للصدأ
خصائص ومتطلبات مواد مشعب العادم
كانت محركات السيارات المبكرة ذات طاقة منخفضة لكل وحدة وزن، وكفاءة احتراق وقود منخفضة، ودرجات حرارة غاز العادم لا تتجاوز 500 درجة. مع تحسن كفاءة محرك السيارة، ارتفعت درجة حرارة العادم إلى 600-650 درجة. في السنوات الأخيرة، حسنت الدول المتقدمة باستمرار معايير انبعاثات عوادم السيارات، كما أدى تطبيق تكنولوجيا التحفيز وتكنولوجيا الشحن التوربيني بتروس دودية إلى زيادة درجة حرارة تشغيل مشعب العادم بشكل كبير، حيث وصلت إلى أكثر من 750 درجة. مع استمرار تحسن أداء المحرك، ستزداد أيضًا درجة حرارة تشغيل مشعب العادم. في الوقت نفسه، مع تقدم تكنولوجيا المحرك، أصبح هيكل مشعب العادم أكثر تعقيدًا. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب العمل في ظل ظروف درجات الحرارة المتناوبة الدورية أن تتمتع مواد مشعب العادم ليس فقط بأداء جيد في درجات الحرارة العالية، ولكن أيضًا بأداء صب جيد. لذلك، يجب أن تتمتع مادة مشعب العادم بالخصائص التالية.
أداء جيد مضاد للأكسدة في درجات الحرارة العالية
يعمل مشعب العادم في حالة متناوبة دورية عالية الحرارة لفترة طويلة، ويؤثر أداء المواد المضادة للأكسدة في درجات الحرارة العالية بشكل مباشر على عمر خدمة مشعب العادم. من الواضح أن الحديد الزهر العادي لا يمكنه تلبية المتطلبات، ويجب إضافة عناصر السبائك إلى المادة لتحسين مقاومتها للأكسدة في درجات الحرارة العالية.
بنية دقيقة مستقرة
في نطاق درجة حرارة الغرفة إلى درجة حرارة التشغيل، يجب أن تقلل المادة أو تتجنب التحولات الطورية قدر الإمكان. لأن التحول الطوري يمكن أن يسبب تغييرات في الحجم، مما يؤدي إلى إجهاد داخلي أو تشوه، مما يؤثر على أداء المنتج وعمره الافتراضي. لذلك، من الأفضل أن يكون لمادة المصفوفة بنية فيريت أو أوستينيت مستقرة. يتجلى وضع فشل أجزاء الحديد الزهر العاملة في ظل ظروف درجات الحرارة العالية بشكل أساسي في التآكل في ظل ظروف درجات الحرارة العالية. بعد أكسدة المراحل المكونة في الهيكل (مثل كربون الجرافيت)، يكون حجم الأكسيد أكبر من الحجم الأصلي، مما يتسبب في توسع لا رجعة فيه للصب.
بالمقارنة مع أشكال الجرافيت الثلاثة من الرقائق والدودة والكرات، فإن الحديد الزهر مع الجرافيت الكروي يتمتع بأفضل مقاومة لدرجات الحرارة العالية. والسبب هو أنه أثناء عملية تصلب الحديد الزهر، ينمو الجرافيت الرقائقي كمرحلة رائدة. في نهاية التصلب الأيتكتيكي، يشكل الجرافيت في كل مجموعة أيتكتيكية حالة ثلاثية الأبعاد متفرعة مستمرة. في درجات الحرارة العالية، عندما يغزو الأكسجين الجزء الداخلي من المعدن، يشكل الجرافيت قناة دقيقة بعد الأكسدة، مما يسرع عملية الأكسدة. عندما تتبلور الجرافيت الكروي، ينمو إلى حجم معين ويحيط به المصفوفة ككرة معزولة. بعد أكسدة كرة الجرافيت، لا تتشكل قناة، مما يضعف عملية الأكسدة الإضافية. لذلك، فإن مقاومة أكسدة الحديد المطاوع في درجات الحرارة العالية أفضل من أشكال الجرافيت الأخرى، وتأثير المسام المؤكسدة على قوة الحديد الزهر في درجات الحرارة العالية أصغر من تأثير أشكال الجرافيت الأخرى. يقع الجرافيت الزاحف بين الاثنين.
معامل التمدد الحراري صغير
إن معامل التمدد الحراري الصغير مفيد في تقليل الإجهاد الحراري وتشوه مشعب العادم، وتحسين أداء المنتج وعمر الخدمة.
قوة ممتازة في تحمل درجات الحرارة العالية
يجب أن تلبي متطلبات القوة اللازمة للمنتج عند استخدامه في درجات حرارة عالية.
أداء عملية جيد وتكلفة منخفضة
هناك العديد من أنواع المواد المعدنية المقاومة للحرارة والمقاومة لدرجات الحرارة العالية، ولكن بسبب الشكل المعقد لمشعبات العادم، يجب أن تتمتع المواد المستخدمة في تصنيع مشعبات العادم بقدرة معالجة جيدة، ويجب أن تلبي تكلفتها متطلبات الإنتاج الضخم في صناعة السيارات.