Что такое выпускной коллектор двигателя

Что такое выпускной коллектор двигателя

Многие автовладельцы имеют весьма смутное представление об устройстве своего «железного коня», в случае поломок полагаясь на знания и умения сервисменов. И это касается почти всех систем машины. Один из любопытных примеров – система питания и система выпуска. Почти каждый автолюбитель в курсе, что в 1-ой присутствует инжектор, а во 2-ую входит глушитель, но в то же время не все способны назвать деталь, которая наличествует и там, и там – коллектор. Тут логично задать вопрос – а что такое выпускной и впускной коллектор?

Коллектор представляет собой одну из составных частей впускной (выпускной) системы авто. Всего их 2, и они служат для диаметрально противоположных целей – через впускной цилиндры поступает топливно-воздушная смесь, а через выпускной удаляются выхлопные газы.

Оба коллектора монтируются на одной стороне двигателя (на рядных; у V-образных они разнесены по бокам), но никак не сообщаются друг с другом.

Строение выпускного и впускного коллектора

В сильно упрощенном виде конструкцию коллектора можно объяснить так: это одна труба, которая разделяется на 4 или более (а иногда и менее). Количество труб, что у впускного, что у выпускного коллектора напрямую зависит от числа цилиндров в двигателе. Например, у небезызвестной малолитражки «Ока» был 2-х цилиндровый мотор. У некоторых двигателей марки «Шкода» 3 цилиндра, в то время как ряд силовых агрегатов «Ауди» – 5-ти цилиндровые. Это если говорить о рядных моторах; у V-образных двигателей обычно от 6 до 12 цилиндров, однако у них 4 коллектора (по 2 на каждую сторону), да и форма несколько другая, нежели у рядных, хотя зависимость количества труб от кол-ва цилиндров сохраняется.

Теперь подробнее о деталях, с которыми сопрягаются оба коллектора.

Впускной является частью системы питания, и к нему подключен (у бензиновых моторов) карбюратор (сейчас такое уже почти не встречается) или дроссельный узел. У современных дизелей вместо всего этого стоит аккумуляторная топливная система, более известная как «Common Rail».

Выпускной соединяется с приемной трубой (она же «штаны»), далее идет катализатор, резонатор и глушитель. На старых автомобилях катализатор отсутствует.

Устройство впускного коллектора

Предназначение впускного коллектора заключается в подведении топливно-воздушной смеси или только воздуха к цилиндрам. Почему или? Все зависит от особенностей конструкции системы питания. Впрочем, об этом ниже.

Обычно эта деталь – металлическая, но иногда встречаются коллекторы из специального пластика, выдерживающего высокие температуры. Так делают для снижения стоимости и для облегчения веса мотора, а через это – и машины.

Соединяется впускной коллектор разветвленной частью с головкой блока цилиндров (ГБЦ) через прокладку. При открывании впускных клапанов создается разряжение, с помощью которого топливно-воздушная смесь (или воздух) попадает в цилиндр, после чего клапана закрываются, и начинается такт сжатия.

Несмотря на то, что ни воздух, ни смесь его с горючим не обладают высокой температурой, коллектор все равно нагревается от ГБЦ до 100°С. Поэтому если его делают из пластика, то берут специальный, высокотемпературный тип.

Вернемся к вопросу с воздухом и топливно-воздушной смесью. Последняя подается через коллектор, если впрыск распределенный (т.е. форсунки инжектора установлены перед клапанами). Потом они открываются, и смесь топлива с воздухом попадает в цилиндр.

Если же впрыск непосредственный, и топливо подается сразу в камеру сгорания, через коллектор проходит только воздух, а смешение происходит прямо в цилиндре.

Устройство выпускного коллектора

Задача выпускного коллектора – отведение выхлопных газов. На такте выпуска одноименные клапана открываются, и под воздействием движущегося наверх поршня газы попадают в коллектор.

Он тоже подсоединен через прокладку разветвленной частью к ГБЦ, однако, посадочное место у него свое. Пройдя через коллектор, выхлопные газы попадают в приемную трубу, далее (на современных авто) в катализатор, где оседает значительная часть вредных веществ, потом в резонатор, снижающий громкость выхлопа, затем в глушитель, где звук исчезает полностью, и отводятся в атмосферу. У моторов с турбонаддувом газы после коллектора оказываются в специальном канале и крутят турбину, и только потом уходят в приемную трубу.

У инжекторных двигателей и современных дизелей в конструкции выпускного коллектора предусмотрено место для установки лямбда-зонда – датчика, который контролирует количество различных газов в выхлопе.

Основываясь в том числе и на показаниях лямба-зонда, электронный блок управления двигателем соответствующим образом дозирует подачу топлива, что приводит к возникновению взаимосвязи при работе коллекторов.

Может ли сломаться один из коллекторов

В автомобиле нет таких агрегатов и деталей, которые не могут сломаться. Так что и коллекторы тоже не вечны, хотя выпускной обычно служит на протяжении всего срока эксплуатации автомобиля, не требуя замены. Впускной же менее долговечен, особенно если сделан из пластика; он может треснуть, и тогда единственный выход – замена. Металлический гораздо более прочен, хотя и он не застрахован от трещин, однако в отличие от пластмассового его можно заварить, что решит проблему.

Несмотря на примитивность конструкции (оба коллектора по сути – трубы специфической формы), без них двигатель современного автомобиля не сможет правильно работать, ведь они не только выполняют свои прямые функции, но и помогают сильно оптимизировать работу системы питания и системы выпуска за счет информации, поступающей в ЭБУ от лямбда-зонда. Оба коллектора взаимосвязаны и одинаково важны для автомобиля, и если они работают неправильно, вы просто не сможете нормально передвигаться на своей машине.

Из чего сделан выпускной коллектор

Выпускной коллектор – конструктивный элемент выпускной системы, предназначенный для отвода отработавших газов от отдельных цилиндров в общую трубу. Другой функцией выпускного коллектора является обеспечение эффективного продува и наполнения камер сгорания.

Выпускной коллектор жестко закреплен на головке блока цилиндров. На выходе к нему присоединяется каталитический нейтрализатор или выпускная труба. Между выпускным коллектором и головкой блока цилиндров размещена прокладка, которая предотвращает утечку отработавших газов в подкапотное пространство. Выпускной коллектор работает в очень тяжелых условиях, характеризующихся высокой температурой (до 1300°С) и давлением.

Различают два типа выпускных коллекторов – цельный и трубчатый. Цельный коллектор имеет короткие каналы, которые объединяются в общую камеру. Изготавливается из жаропрочного чугуна. Цельный выпускной коллектор имеет низкую эффективность отвода отработавших газов и продувки камеры сгорания, т.к. короткие каналы создают препятствия в виде импульсов газов каждого цилиндра. С другой стороны цельный выпускной коллектор прост в изготовлении и имеет невысокую стоимость.

На современные легковые автомобили устанавливаются в основном трубчатые выпускные коллекторы, которые эффективны в диапазоне средних и высоких оборотов, улучшают мощностные характеристики двигателя. Трубчатые выпускные коллекторы изготавливаются из нержавеющей стали, реже из керамики. Для достижения наилучших параметров отвода отработавших газов и продува камер сгорания длина, диаметр труб и их конструкция (форма) должны быть оптимизированы.

Движение отработавших газов в выпускной системе представляет собой колебательный процесс. Короткая труба выпускного коллектора позволяет достигать резонансный эффект, при котором происходит наилучшая продувка камер сгорания, на высоких оборотах двигателя. С длинной трубой наоборот, резонансный эффект достигается в области низких оборотов. При этом длинные трубы предотвращают возврат отработавших газов в соседние камеры сгорания, в которых еще не закрылись выпускные клапаны.

Малый диаметр трубы обеспечивает высокую скорость отработавших газов, при которой происходит лучшая инерционная продувка камеры сгорания и достигается номинальный крутящий момент на низких и средних оборотах. С другой стороны трубы малого диаметра создают дополнительное сопротивление потоку при высоких оборотах двигателя. С помощью трубы большого диаметра получают прирост мощности на высоких оборотах и снижение на низких.

В настоящее время распространены две схемы трубчатых выпускных коллекторов:

4-1 или короткий коллектор (четыре трубы соединены в одну трубу);

4-2-1 или длинный коллектор (четыре трубы соединены попарно и далее соединены в одну трубу).

Трубчатый выпускной коллектор является важным элементом тюнинга автомобиля. Для одной машины может быть предложено несколько конструкций выпускных коллекторов и, соответственно, достигнут различный эффект. Короткий коллектор дает добавочную мощность в узком диапазоне оборотов. Длинный коллектор более универсальный, так как обеспечивает прирост мощности и крутящего момента в широком диапазоне оборотов двигателя.

К примеру, выпускной коллектор по схеме 4-2-1 применен на бензиновых двигателях, которые устанавливаются на автомобилях Mazda по технологии SkyActiv-G. Помимо прироста мощности, в данных двигателях реализована более высокая степень сжатия, а за счет улучшенной вентиляции цилиндров детонация в цилиндрах не наступает.

Выпускной коллектор – это одна из частей навесного оборудования мотора (или ДВС), предназначенная для сбора выхлопных газов в одну трубу из нескольких цилиндров.

Строение выпускного коллектора

Выпускной колектор изготаливается, как правило, из чугуна. С одной стороны, он крепится к катализатору (или к выхлопной трубе), с другой – непосредственно к ДВС. Из-за особенности расположения коллектор работает в экстремальных условиях. В ходе работы ДВС выхлопные газы нагреваются до температуры в несколько тысяч градусов. После глушения мотора происходит достаточно скорое их охлаждение, что неминуемо приводит к образования конденсата. В результате на коллекторе быстро появляется ржавчина.

Какие функции выполняет выпускной коллектор:

– удаление из камеры сгорания выхлопных газов;
– наполнение и продув камеры сгорания. Это обеспечивают резонирующие волны выхлопа. Когда открывается впускной клапан, в коллекторе давление находится в пределах нормы, а в камере сгорания рабочая смесь находится под давлением. После того, как открылся выпускной клапан, из-за большой разницы давлений образуется волна. Она отражается от ближайшего препятствия (в обычных машинах это катализатор или резонатор) и возвращается к цилиндру. Затем, в среднем диапазоне оборотов эта волна подходит к цилиндру к началу такта выпуска, тем самым помогая покидать цилиндр следующей порции газов отработанных.

Резонанс (стоячие волны) появляются в трубе ДВС при достаточно широком диапазоне оборотов. При этом волна распространяется со скоростью выхода из цилинда, а не со скоростью звука. По этой причине, чем выше обороты ДВС, тем быстрее выходят газы, тем скорее возвращается и движется волна, успевающая к более короткому циклу.

Для создания благоприятных и одинаковых условий работы каждого цилиндра необходимо, чтобы для каждого цилиндра была персональная выпускная труба (для образования стоячих волн и разделения цилиндров).

Во избежание ожогов и для повышения пожарной безопасности выпускной коллектор, как правило, огораживают металлическим экраном.

Цельные или трубчатые коллекторы

Трубчатые коллекторы могут значительно улучшить мощность ДВС, но они не всегда являются наилучшим выбором для форсированного мотора. Хотя именно эти коллекторы более эффективны в средних диапазонах оборотах. Однако, если мотор работает с низкими оборотами, то хорошие рабочие характеристики могут дать коллекторы из чугуна (цельные). Они более компактны и менее склонны к появлению утечек.

Автотюнинг и спорт

В сфере автотюнинга и автоспорта важное значение имеет выпускной коллектор. «Паук» – это название он получил за свой внешний вид. Иногда на гоночных машинах выпускной коллектор отсутствует – у каждого цилиндра есть своя выхлопная труба без глушителя и катализатора, определенной длины. Для автотюнинга сейчас выпускается множество моделей коллекторов с различными характеристиками, которые заметно влияют на работу двигателя. Также возможно сделать выпускной коллектор своими руками.

Практически все эти детали изготовлены из керамики или из нержавеющей стали. Выпускной коллектор из керамики более легкий, но при сильном нагреве на нем могут появиться трещины, которые негативно будут влиять на работу ДВС.

Приступаем к детальному изучению системы выпуска отработавших газов, и в первую очередь рассмотрим выпускной коллектор .

Этот элемент первым принимает на себя удар от вырывающихся из цилиндров раскалённых выхлопных газов.

Для чего нужен и как устроен выпускной коллектор

Как мы уже сказали, выпускной коллектор, является первой деталью выпускной системы автомобиля и непосредственно подсоединён к двигателю.

На первый взгляд, может показаться, что его роль достаточно проста – собирать то, что остаётся от топлива из камер сгорания цилиндров мотора, и передавать это дальше по системе.

Но если вникнуть в вопрос глубже, то окажется, что от выпускного коллектора зависят и параметры силового агрегата – мощность и крутящий момент.

Конструктивно элемент очень прост. Представляет он собой несколько труб (по одной на каждый цилиндр), которые с одного конца подсоединены к двигателю, а с другого сходятся в одну большую трубу.

Более никаких деталей в выпускном коллекторе вы не найдёте.

Изготавливается он из жаропрочных сплавов, например, чугун или специальная сталь. В редких случаях даже из керамики.

Дело в том, что условия, с которыми сталкивается выпускной коллектор, нельзя назвать дружелюбными – температура узла из-за раскалённых газов может достигать 900 – 1300 градусов. Настоящий ад.

Поэтому бытует мнение, что элемент может прогореть, но на самом деле такое практически никогда не случается – по сути, данную деталь выхлопной системы можно назвать вечной.

Инженерные вариации на тему коллекторов

Несмотря на свою простоту, выпускной коллектор имеет разновидности, появление которых обусловлено физикой оборота газов по трубам.

Из-за этого разработчикам приходится идти на компромиссы, и о них мы обязательно поговорим. Но сперва разновидности.

Встречаются такие типы коллекторов:

В первом случае конструкция получается очень дешёвой.

Главной её особенностью являются короткие выпускные патрубки и общая камера сбора. Честно говоря, цельные коллекторы крайне неэффективны для отвода отработавших газов.

Всему виной короткие трубки, из-за которых велико влияние импульсов газа на соседние цилиндры.

В результате мы имеем неудовлетворительную продувку камер сгорания, а это отражается на многих факторах, включая и параметры двигателя.

Для того чтобы мотор работал с максимальной эффективностью, были разработаны трубчатые выпускные системы.

Именно они наиболее часто встречаются под капотами современных автомобилей.

Представляют они собой выпускные трубы, идущие от цилиндров и сходящиеся в одну (или иногда сначала в несколько, а потом уж в одну).

Разрабатывая их, инженерам есть с чем повозиться, так как от длины выпускных труб и их диаметра зависит отдача мотора на разных оборотах.

Так, к примеру, если мы возьмём короткие трубки, то они, благодаря резонансному эффекту будут наилучшим образом продувать камеры сгорания на высоких оборотах.

Но тогда возрастёт взаимное влияние цилиндров друг на друга.

Длинные выпускные трубы, в свою очередь, хороши на малых оборотах.

Аналогичная история и с диаметром – малый диаметр труб оптимален, с точки зрения скорости отвода газов на малых и средних оборотах.

Но оказывает они испытывают большое сопротивление на высоких оборотах, из-за чего мощность мотора падает. С бОльшим диаметром выхлопных труб всё наоборот.

Таким образом, инженерам приходится лавировать и искать компромиссы, о которых мы не зря упомянули ранее.

О тюнинге вместо эпилога…

Вспоминая о выпускном коллекторе, нельзя обойти тему тюнинга, ведь эта деталь довольно часто оказывается в списке тех, подлежащих доработкам.

Как правило, на рынке можно найти разные конфигурации этого элемента под определённую модель.

Выпускные коллекторы позволяют достичь, к примеру, хорошей отдачи на низких оборотах или в среднем диапазоне – на любой вкус и цвет.

А в автоспорте зачастую и вовсе отказываются от коллекторов на выходе, напрямую подсоединяя выхлопные трубы к каждому цилиндру.

Надеюсь, дорогие читатели, мы достаточно глубоко погрузились в изучение выпускного коллектора. В следующих публикациях продолжим изучать строение выхлопной системы автомобилей, не пропустите!

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Выпускной коллектор — двигатель

Выпускной коллектор двигателя состоит из шести частей, соединяемых вместе компенсаторами, воспринимающими температурные деформации. Каждая часть коллектора включает две расположенные концентрически трубы, пространство между которыми заполнено сухой изоляцией — ватой каолинового состава. Наличие сухого выпускного коллектора ( без водяного охлаждения) позволяет сохранить энергию выхлопных газов и тем самым повысить эффективность работы турбокомпрессоров. В патрубки коллектора устанавливаются термопары для замера температуры выхлопных газов. [1]

Выпускные коллекторы двигателей и газовые турбины турбокомпрессоров нагреваются до температуры 480 — 520 С, а при работе на обедненной смеси или нарушении теплового режима работы двигателя эта температура может повышаться до 610 С. Соломистая масса при попадании на этот коллектор быстро воспламеняется. [2]

Из выпускного коллектора двигателя 1 отработавшие газы направляются в газовыпускную турбину 4 и приводят ее во вращение. [4]

Алитированию подвергают выпускные коллекторы двигателей внутреннего сгорания , трубы паровых котлов и другие детали. При али-тировании в твердой среде ( в порошке) изделия упаковывают в ящики со смесью, состоящей из 48 % алюминия, 48 % окиси алюминия и 2 % нашатыря; затем выдерживают 5 — 15 ч при 900 — 1050 С. [5]

Во избежание попадания соломистых продуктов на выпускной коллектор двигателя работа тракторов, самоходных шасси и автомобилей без капотов или с открытыми капотами запрещается. На комбайнах и других машинах с двигателями внутреннего сгорания, не имеющих капотов, выпускной коллектор защищается металлическим щитком, покрывающим коллектор по всей его длине сверху и сбоку. [6]

Во избежание попадания соломистых продуктов на выпускной коллектор двигателя работа тракторов, самоходных комбайнов и автомобилей без капотов или с открытыми капотами не разрешается. [7]

В плите, закрывающей водяную полость крышки, имеются отверстия для отвода охлаждающей воды в выпускной коллектор двигателя и для установки термометра. [9]

Заслуживает также внимания комбинированная система наддува с преобразователями импульса в виде эжекторов, расположенных между выпускным коллектором двигателя и ГТН. При этом достигается понижение давления в выпускных коллекторах и постоянство давления перед турбиной. [11]

Турбокомпрессоры могут изготовляться с различным числом входных патрубков турбины для подключения двух, трех и четырех выпускных коллекторов двигателя . Турбокомпрессор НВ-20, типичный для конструкции Браш, приведен на фиг. [12]

Глушитель представляет собой прочный металлический бак, емкостью в 5 — 10 раз большей рабочего объема одного цилиндра двигателя. Внутрь глушителя введена труба от выпускного коллектора двигателя , а из глушителя выходит труба для отвода отработавших газов. Некоторые конструкции глушителей имеют дополнительные перегородки с мелкими сквозными отверстиями, разделяющие пространство внутри него на несколько секций. [13]

Сущность метода заключается в определении массы нагара на нагарниках, установленных в камерах сгорания и выпускном коллекторе двигателя , за определенный цикл испытания с последующим расчетом коэффициента эффективности выносителя. Для проведения испытания двигатель ЗИЛ-157К дооборудуется четырьмя гнездами в головке блока для установки в камеры сгорания сменных нагарников типа ПЛ ( рис. 13.11 а), двумя гнездами в выпускном коллекторе для установки сменных охлаждаемых нагарников типа М, омываемых отработавшими газами при выходе из каналов блока цилиндров ( рис. 13.11 6), системой вентиляции картера с внешним отсосом ( взамен штатной замкнутой системы) и системой питания с двумя расходными баками. Испытание проводят следующим образом. Двигатель с установленными вместо нагарников заглушками запускается и прогревается на неэтилированном бензине Б-70 или А-72 до заданных рабочих температур: охлаждающей воды на выходе 60 2 С, масла в картере 80 2 С и гнезд холодного нагарника М 60 2 С. После этого двигатель переводится на питание испытуемым бензином, на котором работает в течение 10 мин на холостом ходу. Затем двигатель останавливается на 10 мин для прочистки гнезд нагарников и установки в них подготовленных ( зачищенных, обезжиренных и взвешенных на аналитических весах) нагарников. По окончании испытания двигатель плавно ( в течение 1 мин) останавливается, нагарники осторожно снимаются и помещаются в эксикатор. [14]

Все трубопроводы электростанции ( выпускные, подкачки топлива в баки, водопроводные) должны быть прочно укреплены и иметь как можно меньше изгибов. Соединения между отдельными звеньями трубопроводов, а также в местах присоединения их к другим частям оборудования ( выпускной коллектор двигателя , глушитель, топливный насос и др.) необходимо хорошо уплотнять с тем, чтобы не было подтекания газов или жидкостей. [15]

Что такое выпускной коллектор двигателя

Пн-Пт с 9.00 до 20.00
nСб с 10.00 до 17.00

Оптимизировав работу коллектора, можно повысить мощность двигателя на 10%

1. Тюнинг
2. Принцип оптимизации коллектора
3. Спортивный коллектор

Тюнинг выпускного коллектора

Вопреки расхожим стереотипам, спортивный автомобиль становится быстрее не только из-за установки турбины. Мощность мотора обычного автомобиля можно увеличить, модернизировав выпускной коллектор, не меняя конструкцию мотора. Система выхлопа городского автомобиля проектируется для единственной задачи – отвести отработанные газы от двигателя. Оптимизировав работу коллектора, можно повысить мощность двигателя на 10%, скоростной заезд, конечно, не выиграть,но максимально использовать штатную деталь авто это позволит.

Принцип оптимизации работы коллектора

Выхлоп выпускается цилиндрами не синхронно. В некорректно отрегулированном коллекторе в какой-то момент импульс давления одного цилиндра еще не успел завершиться, но уже начинает открываться клапан другого цилиндра, это провоцирует противодавление двух волн, они с одинаковой интенсивностью гасят друг друга. От системы выпуска же требуется, как можно быстрее вытолкнуть угарный газ из системы. Именно поэтому параметры всех деталей выпускного коллектора рассчитываются предельно точно, чтобы не возникало противодавления, и выпускающие клапаны цилиндров открывались в строго определенном порядке. На этом правиле и строится принцип оптимизации работы выпускающей систему автомобиля, где под каждыйдвигатель подбирается коллектор с оптимальными параметрами.

Замена «родного» коллектора на более мощный, спортивный

Модернизированный выпускной коллектор.

Не станет неожиданностью, что замена коллектора, который идеально вписывается в подкопотное пространство на другую модель, встретит некоторые сложности. Если по задумке инженера авто укомплектовано трубчатым коллектором, замена пройдет с меньшими усилиями, чем при замене цельного чугунного выпускного агрегата.

Да, с точки зрения экономии места под капотом и удешевления авто, цельный коллектор используется вполне оправданно, но, при желании заменить его на паука, возникнут проблемы. При замене этого элемента выхлопной системы важно учесть не только возможную мощность, но и место для установки под днищем авто. Это необходимо для сохранения клиренса, поэтому применяется сложный способ изгиба патрубков для уменьшения габаритов системы.

Если вы решили тюнинговать свой автомобиль всерьез, то во время замены коллектора можно провести и замену заводского варианта глушителя на прямоточный, и заменить обычный катализатор на пламегаситель.

По окончании всех работ по замене деталей рекомендуется провести тестирование работы всего автомобиля на предмет прироста мощности и исправности обновленной системы выхлопа. В том случае, когда размер устанавливаемого коллектора сильно отличается от заводской версии, потребуется установить дополнительную защиту.