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.
Назначение впускного коллектора
Данная деталь предназначена для обеспечения подачи воздуха и ВТС в цилиндры мотора ,пока он работает. В современных силовых агрегатах на этой части устанавливаются дополнительные элементы:
- Дроссельная заслонка (воздушный клапан);
- Датчик воздуха;
- Карбюратор (в карбюраторных модификациях);
- Форсунки (в инжекторных ДВС);
- Турбонагнетатель, крыльчатка которого работает от выпускного коллектора.
Предлагаем небольшое видео об особенностях данного элемента:
Впускной коллектор: частые вопросы
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!
Устройство и конструкция впускного коллектора
Один из важнейших факторов, влияющих на эффективность мотора,– это форма коллектора. Он представлен в виде ряда труб, соединенных в один патрубок. На конце патрубка устанавливается воздушный фильтр.
Количество отводов на другом конце зависит от числа цилиндров в моторе. Впускной коллектор подсоединяется к газораспределительному механизму в районе впускных клапанов. Одним из недостатков ВК является конденсация топлива на его стенках. Для предотвращения такого эффекта электростатической реакции инженерами разработана такая форма труб, которая образует турбулентность внутри магистрали. По этой причине внутренняя часть труб специально оставляется шероховатой.
Форма патрубков коллектора должна иметь конкретные параметры. Во-первых, тракт не должен иметь острых углов. Из-за этого топливо будет оставаться на поверхности труб, что приведет к засорению полости и изменит параметры подачи воздуха.
Во-вторых, самой распространенной проблемой впускного тракта, с которой продолжают бороться инженеры, является эффект Гельмгольца. Когда открывается впускной клапан, воздух устремляется к цилиндру. После его закрытия поток по инерции продолжает движение, а затем резко возвращается. Из-за этого создается давление сопротивления, которое мешает движению очередной порции во втором патрубке.
Эти две причины заставляют автомобильных производителей разрабатывать улучшенные коллекторы, которые обеспечивали бы плавную работу системы впуска.
Принцип работы
Всасывающий коллектор функционирует по очень простой схеме. Когда мотор заводится, воздушный клапан открывается. В процессе перемещения поршня к нижней мертвой точки на такте всасывания в полости создается разрежение. Как только впускной клапан открывается, порция воздуха с большой скоростью движется в освободившуюся полость.
На этапе всасывания происходят разные процессы в зависимости от типа топливной системы:
- Моновпрыск – от фильтра поступает очередная порция воздуха. Она проходит через карбюратор или полость, в которой установлена топливная форсунка (если мотор оснащен инжекторной ТС). В этой полости воздух перемешивается с топливом. Благодаря разряжению в цилиндре эта порция всасывается через поднятый клапан системы впуска;
- Многоточечный впрыск – в каждой трубе коллектора размещены индивидуальные топливные форсунки. Когда открывается соответствующий клапан, воздух подается по подходящей к нему трубе. Одновременно происходит распыление топлива.
- Прямой впрыск – всасывается исключительно воздух. Клапан опускается, поршень сжимает воздух в цилиндре. В конце такта сжатия через форсунку топливо под давлением подается в сжатую среду. В дизельных ДВС происходит идентичный процесс, только воздух сжимается сильнее.
Все современные двигатели оснащаются электронной системой, которая управляет подачей воздуха и топлива. Благодаря этому мотор работает более стабильно. Размеры патрубков подбираются под параметры мотора еще на стадии изготовления силового агрегата.
Принцип действия и особенности формирования потока горючей смеси
Карбюратор или топливные форсунки распыляют топливо в приемную камеру коллекторе. За счет электростатических сил капли топлива немедленно разлетаются по камере и стремятся осесть на стенках коллектора или собраться в более крупные капли в воздухе. Оба действия нежелательны, поскольку приводят к образованию смеси неравномерной плотности. Чем лучше распыляется топливо, тем интенсивнее и полнее оно в дальнейшем сгорает в цилиндрах. Для достижения нужной турбулентности и давления в коллекторе, а следовательно, корректного распыления топлива, внутренние поверхности впускных каналов коллектора и головки блока цилиндров принято оставлять нешлифованными. Поверхность не должна быть слишком грубой, так как может возникнуть излишняя турбулентность, которая приведет к повышению давления и падению мощности двигателя.
Равнодлинный впускной коллектор, разработанный для гоночных автомобилей, стал стандартным атрибутом для двигателя современного легкового автомобиля
Впускной коллектор должен иметь строго определенную длину, емкость и форму. Все эти параметры рассчитываются при разработке силового агрегата. Впускной коллектор заканчивается воздушными каналами, которые направляют потоки воздуха к впускным клапанам мотора. В дизельных двигателях и системах с прямым впрыском, воздушный поток завихряется и направляется в цилиндр, в котором и происходит смешивание с топливом.
Форма патрубков коллектора
Это очень важный фактор, которому уделяется ключевое значение при проектировании впускной системы отдельной модификации моторов. У патрубков должно быть конкретное сечение, длина и форма. Не допускается наличие острых углов, а также сложные искривления.
