На что влияет выпускной коллектор в машине
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.
Также рекомендуем к просмотру данное видео о работе впускного и выпускного коллекторов:
Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!
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:
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:
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.
Впускной коллектор
В системе питания любого двигателя внутреннего сгорания впускной коллектор играет серьезную роль. Он передает воздух или топливовоздушную смесь к головке блока цилиндров, откуда она поступает в камеру сгорания. Чем больше мощность мотора и выше максимальные обороты, тем большее количество воздуха (смеси) проходит через впускной коллектор и тем сильней его влияние на параметры двигателя.
Как коллектор влияет на работу двигателя
Когда мотор работает на максимальных оборотах при полностью нажатой педали газа, то скорость воздуха в коллекторе приближается (а в спортивных автомобилях заметно превышает) скорость звука. На таких скоростях любой поворот и самый незначительный бугорок оказываются серьезным препятствием, которое многократно увеличивает сопротивление коллектора воздушному потоку. В результате в цилиндры поступает меньше воздуха, поэтому мощность мотора падает. В таком режиме карбюратор нередко выдает переобедненную смесь, скорость горения которой в десятки раз быстрей, чем нормальной. Поэтому топливовоздушная смесь взрывается, это приводит к повреждению клапанов, поршней и других элементов мотора.
Не менее важно и качественное соединение коллектора с карбюратором или воздушным фильтром. Если уплотнительные элементы изношены или плохо затянуты гайки крепления, то в месте контакта происходит подсос воздуха, в результате – переобеднение смеси и взрывы в камере сгорания.
Нагрузки на коллектор
Несмотря на то, что продукты сгорания уходят через выпускной коллектор, температура впускного коллектора в режиме работы даже на половинной мощности мотора превышает 100 градусов Цельсия. При работе двигателя возникают вибрации, которые негативно сказываются на состоянии впускного коллектора, поэтому для его изготовления используют прочные, вибро- и жаростойкие материалы:
Различия в коллекторах дизельных, карбюраторных и инжекторных двигателей
Основное различие коллекторов в том, что в дизельном двигателе по нему проходит только воздух, в карбюраторном топливовоздушная смесь, а в инжекторном – коллектор участвует в образовании смеси. Поэтому впускные коллекторы карбюраторных и дизельных двигателей это просто система труб с минимальным аэродинамическим сопротивлением. А в инжекторных они являются некоторым аналогом трубки Вентури, обычного распылителя, в котором поток воздуха увлекает за собой жидкость и распыляет ее. Благодаря этому достигается лучшее распыление и перемешивание смеси, чем впрыск непосредственно в цилиндр.
Неисправности впускного коллектора
Наиболее частые неисправности:
Обрастание стенок коллектора смолой происходит только на карбюраторных двигателях из-за езды на низких оборотах. Потребление воздуха невелико, поэтому скорость движения топливовоздушной смеси недостаточно и часть распыленного топлива оседает на стенках. Потом летучие соединения испаряются, а смолы коксуются, образуя на стенках наросты, которые увеличивают аэродинамическое сопротивление. Чтобы удалить наросты, снятый коллектор обрабатывают различными веществами (чаще всего смесью керосина и ацетона) и чистят железными ершиками.
Ступенька между коллектором и воздушными фильтром, карбюратором или ГБЦ возникает из-за некачественного изготовления деталей или использования неоригинальных, а то и предназначенных для другой модели двигателя запчастей. Ступенька даже в 2 мм срезает до 20 процентов мощности и приемистости двигателя на средних и высоких оборотах. На низких оборотах ступеньки до 5 мм ни на что не влияют. Чтобы устранить ступеньку необходимо или подобрать соответствующий коллектор или обработать имеющийся с помощью фрезы. Эту операцию проводят в условиях автомастерской, потому что для нее необходим специально подготовленный фрезерный станок.
Излишний нагрев от выпускного коллектора происходит из-за отклонения угла опережения зажигания (УОЗ) свыше 5 градусов в любую сторону. На дизельных двигателях такой же эффект дает изменение угла опережения впрыска топлива (УОВТ). Также на перегрев впускного коллектора влияет долгая езда на высших передачах при низких или средних оборотах двигателя. При перегреве впускного коллектора поступающий в цилиндры воздух сильней нагревается, это меняет режим горения топливовоздушной смеси и лишь увеличивает выделение тепла в выпускном коллекторе. Перегрев впускного коллектора проявляется в поднятии температуры охлаждающей жидкости и заметном (10–20%) падении мощности. Чтобы устранить перегрев впускного коллектора необходимо установить правильные УОЗ или УОВТ и изменить манеру езды.
Тюнинг впускного коллектора
Некоторые автовладельцы хотят превратить свою машину в гоночный болид, для этого увеличивают объем двигателя, устанавливают 2–3 карбюратора, перепрошивают инжектор, устанавливают спортивный распредвал и коленчатый вал.
В результате им удается поднять мощность двигателя на 30–80 процентов, и настолько же их мотор теряет в ресурсе. Для участия в гонках внутреннюю поверхность впускного коллектора максимально сглаживают и полируют, чтобы снизить аэродинамическое сопротивление. Но эффект такой тюнинг выхлопной системы дает лишь на высоких оборотах и как минимум половинной мощности двигателя. На низких и средних оборотах полированный впускной коллектор работает крайне неэффективно. Отсутствие мелких неровностей приводит к тому, что в потоке не образуются турбулентности и завихрения, это негативно сказывается на качестве топливовоздушной смеси. Поэтому топливо оседает на стенках коллектора и приводит к образованию наростов.
Если вы хотите оптимизировать впускной коллектор своего автомобиля, учитывайте следующее. Автопроизводители тщательно рассчитывают форму и размеры впускных и выпускных коллекторов, чтобы обеспечить максимальное соответствие конкретной модели двигателя. Если вы используете нормальную заводскую деталь, у которой нет ступенек, то любой тюнинг впускного коллектора лишь ухудшит характеристики двигателя. Поэтому почистите коллектор от наростов, устраните ступеньки, отремонтируйте и настройте двигатель. Это даст гораздо больший результат, чем любые улучшения. Если же вам необходимо поднять мощность автомобиля, установите новый мотор с увеличенным количеством лошадиных сил.
На что влияет выпускной коллектор в машине
Войти
Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal
Установка спортивного выпускного коллектора (AKA “паук”)– теория
Originally published at Techno Mind. Please leave any comments there.
Прежде всего, хочу поговорить о смысле подобного предприятия – имхо, смысл ставить спортивный коллектор есть только для людей, которым доставляет удовольствие сам процесс вождения и ухода за авто, кому важно, насколько эффективно работает их двигатель и как он выглядит. О владельцах спортивных автомобилей я и не говорю – у них “паук” это обязательная мера.
Теория, скрывающаяся за дизайном спортивных выпускных коллекторов “пауков”, довольно сложна – все же речь идет о серьезном потоке довольно горячих газов, но к счастью, в упрощенном виде все становится довольно понятно и без знания уравнений Навье-Стокса.
Итак, что же нам дает установка спортивного коллектора? Для этого давайте взглянем на типичную систему выпуска отработавших газов типичного автомобиля:
Основными элементами системы выпуска являются выпускной коллектор, каталитический нейтрализатор и глушитель.
Лямбда-сенсор, хоть и является неотъемлемой частью современных автомобилей, не имеет отношения к производительности выхлопной системы, и обозначен на рисунке лишь для полноты картины. Больше о лямбда-сенсоре можно почитать здесь.
Выходя из двигателя, выхлопные газы попадают в выпускной коллектор, где потоки от разных цилиндров объединяются в одну трубу, и поступают в каталитический нейтрализатор. Нейтрализатор представляет собой набор тонких сот, покрытых специальным материалом-катализатором, и предназначен для снижения токсичности отработавших газов, посредством восстановления оксидов азота и использования полученного кислорода для дожига угарного газа и недогоревших углеводородов:
После катализатора, выхлопные газы попадают в глушитель, служащий для снижения шумности выхлопа – иначе автомобили грохотали бы так, что слышно было бы за километр (собственно, иногда попадаются на дорогах автомобили с прогоревшими или поврежденными глушителями – сами знаете, сколько шума они производят). Типичный глушитель состоит из лабиринта решеток и отверстий, проходя через которые выхлопные газы значительно снижают скорость и температуру. Так глушитель выглядит в разрезе:
Покидая глушитель, выхлопные газы выходят в атмосферу через ту самую трубу, которую мы видим позади автомобиля.
Конечно, существует масса модификаций системы выпуска, но основная идея везде одинакова.
Учитывая, что выхлопные газы не протекают через выхлопную систему сами (с чего бы им это делать?), их приходится силой прокачивать через коллектор, соты нейтрализатора, решетки глушителя и т.п. Прокачиванием приходится заниматься двигателю, растрачивая на это полезную мощность.
Наша цель – снизить сопротивление системы выхлопа потоку газов, для того чтобы, естественно, сэкономить мощность двигателя. Этого можно добиться следующими способами:
Вот тут и начинается все самое интересное. В современных двигателях внутреннего сгорания фазы выпуска и впуска заметно перекрываются и в тот момент, когда открыты оба клапана, важно создать в выпускном коллекторе разрежение, благодаря которому выхлопные газы будут резвее покидать цилиндр, освобождая место для свежей порции горючей смеси. Чтобы этого добиться, используют инерцию и неравномерность истечения выхлопных газов из двигателя: после закрытия выпускного клапана в выпускном коллекторе образуется зона пониженного давления. Представьте себе быстро текущие газы в трубе, и вдруг клапан закрылся, и поток возле него мгновенно прекратился. В тоже время газы, успевшие уже немного отдалиться от клапана, не имеют представления о том, что происходит позади них, и продолжают стремительное движение вперед, по инерции, оставляя за собой, грубо говоря, пустоту – ту самую зону пониженного давления. Зона эта, не стоит на месте (мир, все же, не идеален), а распространяется с большой скоростью, и ведет себя подобно волне. Если создать на пути этой волны препятствие, она отразится и, при правильном расчете расстояния до этого препятствия, окажется у выпускного клапана в момент, когда он будет снова открыт.
Но это все идеал, а на практике, большинство производителей ширпотребных моторов преследуют своей главной целью дешевизну производства, а не максимальную отдачу от двигателя, потому в заводских коллекторах вышеописанный процесс практически не происходит. Взгляните сами – это типичный литой чугунный коллектор:
Практически по всех авто заводские выпускные коллекторы выглядят подобным образом, и работу свою делают не лучше. В таких коллекторах никакой зоны разрежения у выпускного клапана не образуется – напротив, образуется зона повышенного, обратного давления, созданного выхлопами других цилиндров, которая только мешает отработавшим газам покидать двигатель.
Но, как было отмечено, такие коллекторы дешевы в производстве – отлить хреновину непонятной формы из чугуния, гораздо проще, чем вручную мутить производительный коллектор из нержавейки. Такой например:
В этом коллекторе выхлоп от каждого цилиндра отводится по отдельной трубе. Примерно через полметра четыре эти трубы соединяются попарно в две, а еще через полметра две получившиеся трубы соединяются в одну. Поскольку соединение двух труб в одну выглядит как буква Y, коллекторы такого типа называются 3-Y (три соединения – 3 раза Y). Также, такие коллекторы называют коллекторами типа 4-2-1, оттого, что четыре трубы сначала соединяются в две, а затем в одну.
Обратите внимание, что выходящие из цилиндров трубы соединяются в пары в соответствии с порядком работы цилиндров. Например, порядок работы цилиндров двигателя, для которого предназначен коллектор на рисунке выше таков: 1-3-4-2, потому в пары соединены трубы 1-4 и 2-3. Таким образом, на довольно обширном диапазоне оборотов работы двигателя добиваются значительного снижения обратного давления от других цилиндров, а также создания вышеупомянутой зоны пониженного давления.
Для совсем спортивных авто существует еще одна схема коммутации труб коллектора:
Такая схема называется 4-1 (четыре трубы сразу соединяются в одну) и всегда имеет одинаковую длину у всех четырех труб. Такая конфигурация позволяет максимально использовать эффект зоны разряжения у выпускного клапана, но к сожалению, только на больших оборотах, что сужает область применения подобных коллекторов.
На этом я завершу теоретическую часть, и начну писать практическую – поставил себе коллектор с месяц назад. Установка была сопряжена с некоторыми трудностями, но закончилась вполне успешно. Так что, ждите продолжения.