Материал выпускного коллектора автомобиля

Выпускной коллектор: описание устройства и принципа работы

Выпускной коллектор — первый узел выхлопной системы автомобиля. Конструктивно это несколько каналов, объединенных в один общий канал, передающий выхлопные газы далее по выпускному тракту. Выпускные коллекторы устанавливаются на все типы двигателей внутреннего сгорания независимо от их марки или назначения. Выпускные коллекторы необходимы для сбора и отвода выхлопных газов.

Правильно спроектированный и подобранный коллектор способствует более эффективной вентиляции цилиндров, а значит, более оптимальному наполнению топливовоздушной смесью. Достигается подобный эффект благодаря движению выхлопных волн внутри каналов коллектора.

Принцип работы выпускного коллектора

Перед тактом выпуска отработанные газы находятся в цилиндре под большим давлением. После открытия выпускного клапана происходит перепад давлений, выхлопные газы устремляются в выпускной коллектор (где давление значительно ниже). Поршень при этом начинает движение вверх, выталкивая содержимое камеры сгорания в выхлопную систему. Часть газов уходит далее по выхлопному тракту, часть — отражается и стремится к соседним цилиндрам. Подобные движения отработанных газов принято называть волновыми. Побочным положительным эффектом является разряжение среды в выпускном коллекторе после прохождения такой волны.

Комплексная работа впускного коллектора, газораспределительного механизма и выпускного коллектора обеспечивает дополнительную продувку камеры сгорания. Все дело в том, что выпускной клапан всегда «запаздывает» с закрытием (во время начала такта впуска, выпуск еще открыт). Накопленное давление топливовоздушной смеси в впускном коллекторе в определенных условиях выше давления в выпускном коллекторе. Происходит резкий перепад давлений, цилиндр дополнительно продувается от выхлопных газов, наполняется свежей порцией топливовоздушной смеси. Выпуск закрывается.

Виды выпускных коллекторов

Все выпускные коллекторы можно разделить на цельные и трубчатые. Цельный выпускной коллектор — это, как правило, единая деталь, отлитая из чугуна. Трубчатый коллектор изготавливается из сваренных труб, стали и фланцевых соединений для стыковки с блоком двигателя.

Виды компоновки труб коллекторов

Выпускной коллектор с компоновкой 4-1. Представляет собой четыре трубы-канала, соединенных в одну общую трубу (количество каналов соответствует количеству цилиндров).

Выпускной коллектор 4-2-1. В таких коллекторах трубы сначала соединяют цилиндры, работающие в паре (на одном такте), а потом переходят в одну общую трубу.

Важным параметром выпускных коллекторов является их длина, а соответственно — и объем. При недостаточной длине выпускных каналов энергии потоков выхлопных газов будет достаточно, чтобы попасть в каналы соседних цилиндров и негативно влиять на их работу. В таких коллекторах плохо синхронизированы волновые движения газов с работой двигателя. В тоже время на двигателях с небольшой длинной выпускного коллектора, как правило, «узкие» фазы газораспределения с относительно небольшим объемом выхлопных газов. Производство коллекторов с малой длиной оправдано низкой стоимостью.

На мощных и производительных двигателях используются длинные выпускные коллекторы. В таких коллекторах часть объема выхлопных газов стремится по общей трубе в следующие узлы выхлопной системы, а часть — «отражается» к остальным цилиндрам. Для перехода волны из одного цилиндра в другой потребуется значительно больше времени, что создает определенно лучшие условия для разряжения и продувки.

Выпускной коллектор с равной длиной выпускных труб (равнодлинный). Как правило, устанавливается на мощные спортивные автомобили.

Равнодлинный коллектор позволяет равномерно осуществить выпуск во всех цилиндрах и лучше синхронизировать работу двигателя с выхлопной системой. Тюнинг выпускного тракта можно делать на любом двигателе. Это гарантированно принесет дополнительные 3-5% мощности.

Не стоит забывать, что увеличение длины выпускного коллектора повлечет за собой и увеличение температуры в подкапотном пространстве.

Проблема с температурой решается установкой теплоизоляции. Для этого можно использовать металлический кожух либо специальную негорючую ткань.

Существуют модели коллекторов, в которых в качестве теплоизоляции применяется керамическое напыление.

Эксплуатация выпускных коллекторов

Типичные неисправности выпускных коллекторов:

1. Повреждение прокладки между коллектором и блоком цилиндра. Для уплотнения узла соединения «блок цилиндров – выпускной коллектор» применяется прокладка, которая изготавливается из паронита, металла либо композитных материалов. Под действием давления и высоких температур со временем прокладка разрушается, что приводит к нарушению герметичности. Часть газов прорывается, напрямую в атмосферу, двигатель работает нестабильно.
2. Деформация фланца труб коллекторов. Температура выпускного коллектора может достигать 900 ºС. При нарушении температурных режимов коллектор подвергается деформации, которая может вызвать повреждения резьбовых соединений крепежа коллектора. Например, болты выпускного коллектора может просто «сорвать» (повредить резьбу). К таким последствиям приводит нарушение режима работы двигателя либо излишний тюнинг.
3. Физические повреждения, нарушение герметичности. Выпускной коллектор работает в агрессивной среде, поэтому со временем и пройденными километрами чугунные коллекторы лопаются, а трубчатые стальные — могут прогореть. Это негативно отражается на работе двигателя. Даже небольшая трещина в выпускном коллекторе вызывает нарушения работы выхлопной системы. В случае, если трещина незначительная, проблема какое-то время может себя не проявлять.Симптомами могу быть:
   • ошибки блока управления двигателем;
   • нестабильные обороты двигателя — плавные перепады 300-500 единиц;
   • звук двигателя с ненастроенным зажиганием;
   • в подобных случаях определяется сильно прогоревшая труба.
4. Засорение каналов выпускной системы. На стенках выпускных коллекторов образуется нагар и ржавчина. Подобные отложения могут привести к уменьшению просвета каналов и ухудшению характеристик двигателя.

Для того, чтобы избежать вышеперечисленных неисправностей, следует помнить, что выпускной коллектор — узел двигателя, который стоит осматривать при плановом техническом обслуживании чуть ли не в первую очередь.

Ремонт выпускных коллекторов

Проблемы с выпускными коллекторами могут возникать даже на сравнительно молодых автомобилях. Многие автовладельцы со временем задаются вопросами: что делать, если лопнул выпускной коллектор, как снять выпускной коллектор, сколько может стоить новый выпускной коллектор, поменять или отремонтировать элементы выпускного коллектора.

Конечно, самый простой способ решения проблем — обратиться в сервисный центр. Стоимость деталей и услуг будет варьироваться в зависимости от марки автомобиля и его уникальности. Например, новый выпускной коллектор может стоить от нескольких сотен до нескольких тысяч долларов.

Но ремонт выпускного коллектора может осилить и рядовой автомобилист. Необходим лишь стандартный набор инструментов и оборудования.

Замена выпускного коллектора

В случае, если выпускной коллектор значительно прогорел или имеет сильно нарушенную геометрию, он подлежит замене. Для этого:

• ждем пока двигатель и коллектор остынут до нормальной для ремонта температуры;
• снимаем все элементы, которые могут помешать работе (защиту двигателя, защиту коллектора или прочие узлы);
• раскручиваем резьбовые соединения крепежа к блоку и приемной трубе выхлопной системы;
• выполняем снятие выпускного коллектора;
• далее — замена прокладки выпускного коллектора;
• монтируем новый коллектор с крепежом, обтягиваем его;
• устанавливаем все демонтированные элементы в обратном порядке, обтягиваем резьбовые соединения.

Чаще всего требуется только замена прокладки выпускного коллектора.

В случае если лопнул выпускной коллектор, или даже если его патрубок полностью отломан, не спешите приобретать новый. Во многих сервисах практикуется сварка выпускных коллекторов. Чугун варится особыми электродами или аргонодуговой сваркой. Стальные трубчатые коллекторы также подлежат заварке. Подобные работы не по силам новичку, лучше обратиться к специалистам.

Выпускные коллекторы физически необходимы для сбалансированной работы ДВС, поэтому современные двигатели проектируются с учетом комплексной работы узлов и механизмов. Тюнинг же систем выхлопа дает вполне ощутимый прирост мощности, а при верном подходе не повлияет на показатели автомобиля в целом.

Источник статьи: http://swapmotor.ru/vyhlopnaya-sistema/vypusknoj-kollektor.html

ВПУСКНОЙ/ВЫПУСКНОЙ КОЛЛЕКТОР В АВТОМОБИЛЕ: ФУНКЦИИ, ВИДЫ, СТРОЕНИЕ И РЕСУРС

AutoBlogCar.Ru – Полезные статьи для автолюбителей | https://autoblogcar.ru/engine/

Добрый день, сегодня мы узнаем, что называется впускным и выпускным коллектором автомобиля, для чего нужны элементы системы двигателя, какие задачи с функциями выполняют узлы, а также, где устанавливаются устройства в моторном отсеке того или иного транспортного средства. Кроме того, расскажем про то, какой эффект оказывают коллекторы на функционирование силовой установки, каково строение и устройство элементов системы, а также, какие существуют разновидности узлов. В заключении поговорим о том, могут ли выходить из строя впускной и выпускной коллекторы, какими плюсами и минусами обладают устройства, а также, может ли силовая установка автомобиля работать без этих деталей.

Как правило, на большинстве автомобилей применяются два типа коллекторов — впускной и выпускной. Несмотря на внешнее сходство, оба компонента выполняют совершенно противоположные функции, обеспечивающие оптимальную работу силовой установки. Такие элементы двигателя автомобиля, как коллекторы является одними из ключевых узлов в процессе образования топливно-воздушной смеси в камерах сгорания цилиндров мотора. Впускной коллектор осуществляет подвод воздушных масс в камеры сгорания двигателя, а выпускной коллектор производит наоборот, отвод отработанных газов из системы силовой установки.

Таким образом, коллектором называется специальная часть впускного или выпускного тракта систем подвода и отвода воздушных масс. Справочно заметим, что без впускного коллектора в камерах сгорания двигателя просто не могло бы происходить смешивания топливной смеси с воздухом, а без выпускного элемента, отработанные газы так и оставались бы в силовой установке автомобиля. Также отметим, что выпускной коллектор плотно функционирует с катализатором, при помощи которого и происходит удаление выхлопных газов из системы двигателя через глушитель транспортного средства в окружающую среду. Зачастую впускной и выпускной коллекторы устанавливаются рядом друг с другом на силовой установке автомобиля, при этом никаким образом не соприкасаются друг с другом. Кроме того, материалы, из которых они изготавливаются зачастую полностью отличаются.

Если представлять коллекторы схематично, то они выглядят, как детали, которые оснащены четырьмя трубами небольшого диаметра, объединяющиеся в одну большую, так сказать выходную. Заметим, что бывают коллекторы, которые имеют две, три, шесть и двенадцать труб, которые, как правило, все равно на выходе объединяются в одну большую. Количество труб полностью зависит от того, сколько цилиндров установлено в голове блока двигателя автомобиля. Кроме того, в некоторых современных автомобилях, силовая установка, оснащенная 4-мя цилиндрами, может иметь всего три трубы коллектора, такие узлы еще называют трехтрубными. Зачастую все спортивные автомобили или машины с форсированными моторами оснащаются коллекторами на шесть, а то и более труб. Причем количество труб впускного, как правило, совпадает с числом труб выпускного коллектора.

Чем отличается впускной коллектор от выпускного по типу подключения к двигателю?

— Впускной коллектор : подключается к системе подачи воздуха или горючего, в связи с чем в верхней точке, как правило, устанавливается карбюратор/инжектор или дроссельная заслонка;

— Выпускной коллектор : подключается к выхлопной трубе с целью отведения отработанных газов из системы двигателя. Как правило, соединяется с катализатором (нейтрализатором) отработанных газов.

Главная задача впускного коллектора заключается в подаче топливной смеси или воздуха к камерам сгорания цилиндров мотора. На сегодняшний день существуют 2 основные системы подачи топлива, которые зависят от конструкции коллектора. Первые системы коллекторов производят смешивание топлива с воздухом, а вторые не осуществляют такой функции. Важной конструктивной особенностью любого коллектора является материал, из которого он изготовлен. Большинство современных автомобилей, особенно бюджетных оснащаются впускными коллекторами, которые изготовлены из высокотемпературного пластика, хотя еще буквально лет 5 назад, о таком материале коллектора в автомобилестроении даже не задумывались и применялись только металлические детали. Как все мы понимаем пластик производителями используется с точки зрения удешевления конечной стоимости и снижения веса транспортного средства.

Крепится коллектор к двигателю своей широкой частью, где располагаются входные трубы, число которых обычно составляет от 2-ух до 6-ти единиц, в зависимости от количества цилиндров силовой установки. Коллектор зачастую устанавливается к голове блока цилиндров и подсоединяется в специальные каналы, в которых происходит всасывание топливной смеси или воздуха. Функционирует впускной коллектор вместе с впускными клапанами, которые открываются в тот момент, когда происходит всасывание топливной смеси или воздуха, а затем они закрываются после того, как смесь попадает в камеры сгорания цилиндров двигателя.

Немаловажным отличием впускного коллектора от выпускного является тот факт, что в первом элементе, как правило, высокие температуры отсутствуют, поэтому пластиковые компоненты, которые так часто можно встретить в современных автомобилях, спокойно выдерживают температурные нагрузки. Однако отсутствие высоких температур во впускном коллекторе, не говорит о том, что их там нет совсем. Дело в том, средние показатели температуры, которая образуется в данном коллекторе варьируется от 80 до 120 градусов по Цельсию, благодаря основному разогреву головы блока цилиндров в процессе работы поршней, а также воспламенения топливно-воздушной смеси в камерах сгорания.

Справочно заметим, что конструкция впускного коллектора может изменяться в зависимости от вида системы впрыска топлива. Например, если рассматривать систему распределенного впрыска топлива, то в коллектор перед клапанами зачастую встраивают инжекторы, которые впрыскивают горючее, причем смешивание с воздушными массами происходит здесь же. Когда клапана в таком коллекторе открываются, то происходит засасывание топливно-воздушной смеси.

Кроме того, в рассматриваемой системе впрыска топлива непосредственного типа, в коллекторе зачастую находится только воздух, который подается при помощи дроссельной заслонки. Происходит это таким образом, что когда заслонка подает воздух, то в этот момент клапана коллектора открываются и происходит всасывание воздушных масс в камеры сгорания цилиндров, где осуществляется их смешивание с топливом. В верхней области коллектора, где располагаются 2 , 4 или 6 труб малого диаметра, в зависимости от количества цилиндров в моторе, они объединяются в единую выходную трубу. Как правило, в современных коллекторах, подачей воздуха руководит дроссельная заслонка, хотя на старых моделях двигателей эту функцию выполняли карбюратор или система моно-впрыска.

Выпускной коллектор наравне с впускным выполняет не менее важные задачи. Главной функцией такого компонента двигателя, как мы сказали ранее является отвод отработанных газов, которые образуются в камерах сгорания цилиндров. В работу выпускной коллектор вступает тогда, когда впускные клапана закрываются. Закрываются данные клапана в следствии того, что топливо в камерах сгорания сжимается и поджигается свечой зажигания, после чего происходит взрыв, результатом чего становится опускание поршней. Вот тогда-то и открываются выпускные клапана, которые отводят сгоревшие газы из системы.

Все собранные отработанные газы из каждого цилиндра выпускным коллектором по прошествии клапанов, сводятся в единую трубу и направляются в глушитель выхлопной системы через катализатор автомобиля. Справочно заметим, что выпускной коллектор также, как и впускной подсоединен к голове блока цилиндров, только с противоположной стороны, как правило, снизу силовой установки. Перед попаданием газов в глушитель они проходят такой узел, как катализатор. В функции катализатора входит дожигание отработанных газов, а вот затем начинается труба глушителя, куда они прямиком и попадают. Справочно заметим, если автомобиль оснащен турбонаддувом, то в таких моторах имеется еще отдельный отвод для турбины. Когда газы попадают в глушитель, то они прямиком выходят в окружающую среду и называются выхлопными. Отметим, что выхлопной тракт не только выводит отработанные газы, но еще и подавляет звук выхлопа, этим кстати занимается такой элемент, как глушитель.

В отличие от впускного коллектора, выпускной постоянно работает с газами, которые обладают высокими температурами. Порой температура в выпускном коллекторе доходит до 900 градусов по Цельсию. Вот поэтому в таком элементе, автопроизводители используют только тугоплавкие металлы, которые способны выдерживать высочайшие тепловые нагрузки. Кроме основных вышеописанных элементов, с которыми сотрудничает выпускной коллектор имеется еще один и называется он лямбда-зонд.

Лямбда-зонд — это специальный кислородный датчик, который контролирует содержание кислорода в системе выхлопа. Такой элемент, как правило, устанавливается прямо на выпускной коллектор. Датчик лямбда-зонд корректирует подачу топливной смеси через впускной коллектор. Таким образом, получается своеобразная взаимосвязь узлов между собой. Что касается выхлопной системы, то она также изготавливается из очень прочных материалов, ничем не уступающих выпускному коллектору, поэтому срок службы данных компонентов равняется всему сроку эксплуатации транспортного средства.

Могут ли выйти из строя раньше регламентного срока службы выпускной и впускной коллекторы? Если рассматривать статистику поломок этих узлов, то можно сказать, что выходы из строя коллекторов действительно бывают, однако очень редко. Дело в том, что коллектор — это те же трубы, которые не участвуют в механическом процессах, их задача просто проводить через себя воздушную смесь или отработанные газы, поэтому ломаться тут просто нечему.

Справочно заметим, что если все же рассматривать редкие поломки этих узлов, то чаще все же выходит из строя впускной коллектор, который изготовлен из пластика. Что касается выпускного коллектора, то он в принципе вечен. Как правило, из строя могут выходить компоненты, которые связаны с выпускным коллектором и устанавливаются за ним, например, нейтрализатор отработанных газов или детали глушителя.

Подводя итог вышесказанному отметим, что конструкция обоих коллекторов довольно простая, но при этом какие важные функции выполняют эти узлы силовой установки любого автомобиля. На первый взгляд впускной и выпускной коллекторы не взаимосвязаны, однако, как можно видеть, благодаря кислородному датчику, он же лямбда-зонд, происходит своего рода обмен информацией между компонентами двигателя. В том случае, если лямбда-зонд выходит из строя, то автомобиль сразу же начнет потреблять больше топлива. Вот поэтому, кислородный датчик является не только связующим звеном для коллекторов, но и важным помощником всей системе двигателя.

Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/autoblogcar/vpusknoivypusknoi-kollektor-v-avtomobile-funkcii-vidy-stroenie-i-resurs-5e9403b0745aae440c90e146