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Tecnología del sistema de escape-2

Vistas:0     Autor:Editor del sitio     Hora de publicación: 2018-10-22      Origen:Sitio

Materiales de escape

Por lo general, los sistemas de encabezado se fabrican de colecciones de cortes soldados de las curvas\"U \" pre-formadas y segmentos rectos de tubos en el material elegido. Hay varias razones para eso, pero el más persuasivo es el hecho de que, para lograr la configuración del diseño, generalmente no hay un amplio espacio de agarre entre las curvas para formar las tuberías de una sola pieza de tubo. En algunos casos, donde las curvas no están demasiado espaciadas, las tuberías se pueden inclinar en una sola pieza utilizando un Bender Mandrel que retendrá la sección transversal circular del tubo en toda la curva y la transición. El bender de tubo de escape típico que se encuentra comúnmente en las talleres de escape automotriz no es adecuado para ese deber, ya que aquellas dobles distorsionan la sección transversal de las curvas terriblemente y reduce el área de la sección transversal.

Tubería Bend Radii (el radio de la línea central del plan-vista de la curva) se expresan en términos de múltiplos del diámetro de la tubería. Por ejemplo, una \"1.5-D Bend \" en tubería de diámetro de 2 pulgadas tendría un radio de curvatura de 3 pulgadas. Un fabricante describió algunas maquinarias especializadas que había ideado para realizar tubos de escape de alta calidad de la hoja. La primera máquina rueda las hojas en secciones de tubo recto del diámetro requerido. La segunda máquina completa la sección recta del tubo con una costura soldada continua utilizando un proceso semiautomático inert-gas-blindado. Una tercera máquina hace lo que se pensó que era imposible: doblar los tubos de un radio de pared de 0,50 mm en secciones de radio menos-1-D mientras conservaba la geometría de sección transversal precisa.

Hay varios materiales comúnmente utilizados en la cabecera de la competencia y los sistemas de escape, dependiendo de los requisitos y las temperaturas de funcionamiento.

Para las aplicaciones más exigentes, el tubo de Inconel se utiliza comúnmente. Aunque el nombre \"Inconel \" es una marca comercial registrada de Special Metals Corp., el término se ha convertido en una referencia genérica a una familia de superaleaciones a base de cromo-níquel-austeníticos que tienen buena resistencia a temperaturas extremas y son resistentes a la oxidación y la corrosión. Debido a las excelentes propiedades de alta temperatura, Inconel puede ofrecer una mayor fiabilidad en los sistemas de cabecera, y en ciertas aplicaciones, es el único material que va a hacer. Las propiedades de resistencia de alta temperatura pueden permitir diseños de reducción de peso, ya que, para un requisito de fiabilidad dado, Inconel permite el uso de mucho más delgado tubo-pared que podría ser utilizado con otros materiales. La captura, como de costumbre, es que el tubo de Inconel es bastante caro.

Ciertas aleaciones Inconel conservan muy alta resistencia a temperaturas elevadas. Uno de los favoritos para aplicaciones de cabecera es Inconel-625, una aleación de solución sólida que contiene 58% de níquel, 22% de cromo, 9% de molibdeno, 5% de hierro, 3,5% de niobio, 1% de cobalto. Tiene buena capacidad de soldadura utilizando procesos inerte con gas protector de arco, y una buena conformabilidad en estado recocido, y tiene una tasa de expansión térmica más baja que las aleaciones de acero inoxidable usados ​​comúnmente en sistemas de escape. Soldabilidad y conformabilidad son importantes debido a la disponibilidad algo limitada de Inconel tamaños de tubos, que a menudo hace que sea necesario para formar secciones de tubo de hoja. El límite de elasticidad de esta aleación a 650 ° C (1200 ° F) es de 345 MPa (50 ksi), mientras que a 870 ° C (1600 ° F), es una notable 276 MPa (40 ksi). Al igual que con muchos metales, la resistencia a alta temperatura disminuye a medida que la cantidad de tiempo que las partes se exponen a temperaturas aumentos extremos.

tubo de Inconel es casi esencial en alto rendimiento turbo aplicaciones, y me dijeron por varios jugadores conocedores de que todos los coches de Fórmula Uno y algunos equipos de la Copa utilizan Inconel por sus cabeceras, tanto para la fiabilidad y el ahorro de peso.

Un constructor me dijo que algunos equipos están utilizando de forma rutinaria cabeceras hechas de 0,50 mm (0,020 pulgadas) de pared del tubo Inconel. También me dijo que, en vista de la carga de calor inmenso impuesta por los gases de escape de los motores actuales de Fórmula Uno, que dudaba de que un conjunto de cabeceras inoxidable, incluso en la pared de 1.6 mm (0,065 pulgadas), sobreviviría. Figura Uno, un BMW motor F-1 a plena potencia, ilustra gráficamente este entorno exigente.

Hay varias aleaciones inoxidables austeníticos que se utilizan comúnmente en sistemas de escape. Con el fin de reducir las capacidades de temperatura, son 347, 321, 316 y 304. Además, las variaciones especiales en la química de la aleación de base (carbono, níquel, titanio y niobio) están disponibles para mejorar la resistencia a alta temperatura de estas aleaciones.

Con respecto al uso de acero inoxidable, me dijeron una fuente conocida que en las carreras de la Copa NASCAR, las aleaciones de acero inoxidable 304 y 321 se usaron con más frecuencia que Inconel, dependiendo de las preferencias de los distintos equipos. El gerente de un equipo destacado me dijo que, en vista de los hechos que los encabezados de Thinwall Inconel son (a) muy frágiles y fácilmente dañados por el mal manejo inadvertido, (b) \"Grotesco,\" caro, y (c) proporcionan ganancias casi inconmensurables En un vehículo de 3600 libras, su opinión es que el uso de los encabezados de Inconel no es una administración prudente de sus recursos. Por un vistazo a la magnitud de los costos involucrados, un fabricante dijo que una sola flexión de 1 pulgada de diámetro de 2 pulgadas, un tubo de una pared de pared de 0,032 pulgadas costaría en algún lugar del vecindario de $ 200, mientras que lo mismo La curva en 321-inoxidable estaría en el rango de $ 65.

Aunque se ha hecho titanio para trabajar bastante bien en las aplicaciones de la válvula de escape, los límites prácticos de temperatura para las aleaciones de titanio adecuadas para la tubería se cotizan a aproximadamente 300 ° C (575 ° F), lo que hace que ese material sea adecuado para las pippipes livianas en varias aplicaciones y en Ciertas aplicaciones de motocicletas también. Mi proveedor favorito de los informes de titanio que los grados 1 y 2 titanio comercialmente puro (CP) se han utilizado para los sistemas de escape en motocicletas de 2 tiempos de la competencia durante décadas. Para la ligereza, muchos de estos sistemas se hicieron utilizando un tubo de pared de 0,50 mm y se trataron como consumibles, siendo reemplazados después de cada reunión.

Uno podría reflexionar por qué los mismos materiales utilizados para las válvulas de escape de titanio no se utilizan para los tubos de escape. Aparentemente, la razón sencilla es el costo vs. beneficio, ya que el costo estimado de las hojas delgadas de TI-6242 se estimó en más de $ 150 por libra en compras de gran cantidad. Agregue el hecho de que este material carece de la ductilidad a formarse fácilmente en los tubos, más el hecho de que habría problemas soldando las costuras de un tubo enrollado, y sin embargo, más problemas formando los tubos rectos soldados en las curvas, y se hace evidente. Que hay materiales más adecuados para el uso de tubos de escape.

Formula Uno

Recientemente, tuve la oportunidad de mantener en mis manos cansadas y desgastadas, un tubo de encabezado primario que se suponía que había sido para una aplicación F-1 casi contemporánea. No se permitió imágenes de dicho hardware, pero la reproducción de la memoria, mostrada en la Figura Five, ilustra la característica muy interesante, la existencia de un paso de gran diámetro en la primaria, bastante cerca de la brida.

图片 1

Figura 5
Tubo de encabezado primario de Fórmula-One

La ilustración muestra un solo paso de 10 mm espaciado aproximadamente 125 mm de la brida. Sin embargo, los expertos dicen que en 2008, dos pasos más pequeños (5 mm cada uno) en la primaria se ven más comúnmente, dependiendo de la investigación y las creencias de los desarrolladores. El primer paso es típicamente entre 100 y 200 mm de la brida. Si hay un segundo paso, suele ser otro de 100 a 150 mm más allá del primer paso, y en general, los tamaños de tubería van desde aproximadamente 50 mm a 65 mm. (1.97 \"a 2.56 \"), aunque los diseños específicos parecen variar dramáticamente del equipo al equipo.

Mi primera impresión, que fue compartida por varios expertos con los que hablé, fue que, dado que estos motores están funcionando hasta 19,000 rpm, entonces la longitud principal requerida para lograr el pulso de presión negativa durante la superposición fue tan corto que, debido a Restricciones de empaquetado, la ubicación del colector estaría muy lejos de las válvulas para iniciar la reflexión correctamente programada. Sin embargo, un poco más de pensamiento y un cálculo rápido reveló una teoría bastante diferente.

Para fines de aproximación, asuma que la temperatura media del gas de escape en el primario cerca de la cabeza es de 1500 ° F (815 ° C). La rapidez de la ecuación de sonido en el aire (lo suficientemente cerca de aproximaciones, según el profesor Blair) produce una velocidad sónica de 661 m / s (2168 pies por segundo). A 18,000 RPM, (300 RPS), una rotación de cigüeñal tarda 3.33 milisegundos (MS) o 3333 microsegundos (μs). Por lo tanto, un grado de rotación de la manivela toma 9.26 μs (3333 ÷ 360). Si el primer paso en la primaria es de 200 mm de la parte posterior de las válvulas de escape, luego usando la velocidad de sonido calculada como una aproximación de la velocidad de propagación de la onda de presión finita, el viaje redondo de 400 mm de la válvula al paso y La espalda toma alrededor de 600 microsegundos, o 65 grados de viaje de cigüeñal.

Supongamos que, en un motor de 18,000 rpm, el establecimiento de suficiente apertura de la válvula de escape para permitir que ocurrirá un flujo significativo en el vecindario de 100 ° después de TDC. Por lo tanto, está claro que esta primera reflexión está programada para volver a las válvulas incluso antes de que el pistón llegue a BDC. ¿Con qué propósito? Al recordar que durante la purga, hay una relación de presión suficiente en el cilindro para establecer flujo ahogado (Sonic) a través del orificio de la válvula de escape, sin duda, sería ventajoso mantener la velocidad del gas durante el mayor tiempo posible.

Un ingeniero notado en el mundo de Fórmula-One confirmó que esta es exactamente la razón de los pasos de magnitud grande o más grandes en la primaria: para colocar una presión negativa en la parte posterior de la válvula de escape cronometrada para extender el Duración de la relación de presión crítica.

Taza de nascar

La configuración del motor de la Copa Requerida (90 ° V8 con un cigüeñal de dos planos) proporciona un desafío interesante para los diseñadores del sistema de escape. Debido a la orden de cocción de esta configuración del motor, los pulsos de escape en cada banco del motor se espacian de manera desigual. En palabras del Director Técnico de un equipo prominente: \"El diseño del sistema de escape en la Copa es un intercambio interesante entre minimizar las pérdidas de flujo, al mismo tiempo que está tratando de optimizar cualquier afinación que pueda hacer con un sistema no equilibrado, que no es mucho.\"

Con el sistema de numeración del cilindro GM (1-3-5-7 a la izquierda) y el orden de disparo {18436572; El swap 4-7 no está permitido en la copa}), el espaciado de pulso de escape en el lado izquierdo (expresado en términos de grados de rotación del cigüeñal) es de 270 ° -180 ° -90 ° -180 ° mientras el espaciado en el lado derecho es 90 ° -180 ° -270 ° -180 °. Este espaciado de pulso desigual impide gravemente el logro de un sistema de escape bien sintonizado, tal como se puede lograr con pulsos espaciados uniformemente y un colector de 4 en 1.

Que la dificultad del ajuste llevó (hace más de una década) a la reintroducción de la configuración 4-en 2-en-1 (llamada llamada \"tri-y \"), que ha existido desde al menos la década de 1960 . En el \"tri-y \", los cilindros en cada banco se combinan para proporcionar la máxima separación entre los pulsos. Usando el esquema de numeración anterior, las primarias de los cilindros 1 y 5 y 3 y 7 se fusionarían en tubos secundarios ligeramente más grandes, lo que después de la longitud apropiada, se fusionaría en el colector más grande. En el lado derecho, las primarias adyacentes están emparejadas (2 y 4, 6 y 8). Que proporciona una separación de 450 ° -270 ° entre los pulsos en cada secundaria. Un ejemplo de esta configuración se muestra en la Figura Seis.

Continuará



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