Выпускной коллектор: описание устройства и принципа работы

string(10) «error stat»
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.


Схема расположения выпускного коллектора

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.

Что такое выпускной коллектор

Коллектор двигателя это ряд труб, которые с одной стороны соединены в одну трубу, а с другой – закреплены на общей планке (фланец), и зафиксированы на головке блока цилиндров. Со стороны ГБЦ количество труб идентично числу цилиндров мотора. С противоположной стороны к трубе закреплен малый глушитель (резонатор) или катализатор, если он имеется в машине.

Устройство коллектора напоминает впускной коллектор. Во многих модификациях моторов в выпускной системе устанавливается турбина, крыльчатка которой приводится в движение потоком выхлопных газов. Они вращают вал, на другой стороне которого тоже установлена крыльчатка. Это устройство нагнетает свежий воздух во впускной коллектор мотора для увеличения его мощности.

Обычно эта деталь изготавливается из чугуна. Причина в том, что данный элемент постоянно находится в условиях экстремально высоких температур. Выхлопные газы раскаляют выпускной коллектор до 900 градусов и более. Кроме того, когда запускается холодный мотор, на внутренней стенке всей выхлопной системы образуется конденсат. Подобный процесс происходит, когда мотор глушится (особенно если погода влажная и холодная).

Чем ближе к мотору, тем быстрее во время работы мотора вода испарится, но постоянный контакт металла с воздухом ускоряет окислительную реакцию. По этой причине, если в машине будет использоваться железный аналог, он быстро поржавеет и прогорит. Покрасить эту запчасть не представляется возможным, потому что при нагреве до 1000 градусов слой краски быстро сгорит.

В современных автомобилях в выпускном коллекторе (чаще возле катализатора) устанавливается датчик кислорода (лямбда-зонд). Подробно об этом датчике рассказывается в другой статье. Если коротко, то он помогает электронному блоку управления контролировать состав воздушно-топливной смеси.

Обычно эта часть выхлопной системы служит столько же, сколько и весь автомобиль. Так как это просто труба, то в ней нечему ломаться. Единственное, что выходит из строя, это датчик кислорода, турбина и другие детали, связанные с работой выхлопа. Если говорить о самом пауке, то он со временем из-за особенностей условий эксплуатации может прогореть. Но такое происходит редко. По этой причине автомобилистам редко когда приходится сталкиваться с ремонтом или заменой выпускного коллектора.

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.


Чугунные выпускные коллекторы


Трубчатый впускной коллектор

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).


Трубчатый коллектор 4-1

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.


Выхлопная система 4-2-1

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.


Цельный коллектор 4-1 с малой длиной выпускных каналов

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.


Комплект выхлопной системы 6-2-1

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


Сложный равнодлинный выпускной коллектор, изготовленный из труб

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.


Кожух выпускного коллектора


Каналы коллектора, изолированные специальной тканью


Выпускной коллектор и улитка турбины c керамическим напылением

Типы и виды выпускных коллекторов

Вот основные виды выпускных коллекторов:

  1. Цельный. В этом случае деталь будет цельной, а внутри выполнены каналы, сходящиеся в одну камеру. Такие модификации изготавливаются из жаропрочного чугуна. По устойчивости к серьезным перепадам температуры (особенно в зимний период, когда холодный корпус за считанные секунды нагревается от -10 и меньше в зависимости от региона до +1000 градусов по Цельсию) аналогов этому металлу нет. Такая конструкция проста в изготовлении, но она не так эффективно отводит выхлопные газы. Это отрицательно сказывается на продувке камер цилиндров, из-за чего некоторая часть крутящего момента задействуется на преодоление сопротивления (газы удаляются через небольшое отверстие, поэтому вакуум в выпускном тракте имеет большое значение).
  2. Трубчатый. Такая модификация используется на современных авто. Обычно их изготавливают из нержавейки, а реже – из керамики. У этой модификации есть свои преимущества. Они позволяют улучшить характеристики продувки цилиндров за счет вакуума, образующегося в тракте за счет волновых процессов. Так как в этом случае поршню не приходится преодолевать сопротивление на такте выпуска, коленвал быстрее раскручивается. В некоторых моторах за счет этого усовершенствования возможно повысить мощность агрегата на 10%. На обычных машинах этот прирост мощности не всегда заметен, поэтому данный тюнинг используется на спорткарах.
Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: