РазноеКоллектор выхлопной – Выхлопной коллектор (паук). Устройство выпускного коллектора двигателя автомобиля

Коллектор выхлопной – Выхлопной коллектор (паук). Устройство выпускного коллектора двигателя автомобиля

Выпускной коллектор: первый элемент выхлопной системы

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:

  • цельные;
  • трубчатые.

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!

 

Выпускной коллектор

Выпускной коллектор — массивный металлический сборник для раскаленных газов, которые отводятся из цилиндров двигателя после совершения полезной работы. В коллекторе пульсирующие потоки отработавших газов сводятся воедино, и выбрасываются в общую приемную трубу выхлопной системы.

Как устроен выхлопной коллектор

Как правило, выпускной коллектор это достаточно простая по устройству полая деталь из чугуна или нержавеющей стали. Чугунные коллекторы обычно представляют из себя единую деталь, изготовленную методом литья, так как чугун практически невозможно гнуть. Сталь — более прочный на разрыв материал, поэтому стальные коллекторы изготавливаются из изогнутых труб методом сварки. Внутри чугунного коллектора предусмотрены короткие каналы, ведущие в единую камеру. Цельные коллекторы отличаются низкой эффективностью из-за того, что короткие каналы не способны принять большое количество газов единовременно и не обеспечивают нужный уровень продува камеры сгорания. Их достоинство — низкая себестоимость и простота производства.

Стальной коллектор суперкаров покрыт слоем материала, препятствующего выделению тепла в моторный отсек

Трубчатые стальные коллекторы пришли в промышленное производства из мира автоспорта. Детали этого типа обычно изготавливают из нержавеющей стали, а в случае с наиболее дорогими марками автомобилей, из керамики. Достоинство керамики в низкой теплопроводности, поэтому коллекторы из этого материала практически не выделяют тепло в подкапотное пространство. Трубчатые коллекторы за счет увеличенной длины каналов улучшают показатели мощности, и в последнее время этим их качеством производителя начинают пользоваться все активнее. Их легче оптимизировать по давлению внутри каналов и другим параметром.

Оптимизация процессов в выпускных коллекторах

Появление трубчатых коллекторов дало толчок к развитию выхлопной системы в неожиданных направлениях. К примеру, в ряде мотоциклетных двигателей Yamaha выпускной коллектор снабжен системой интеллектуального управления обратным давлением. Это означает, что в нем есть электронно управляемые шторки, способные прикрывать и открывать выходное отверстие в зависимости от режима работы. Таким образом показатели волнообразного обратного давления в выпускном тракте выравниваются и становятся величиной более-менее постоянной, что позволяет избежать образования завихрений при резком увеличении оборотов. С подобными системами экспериментируют и многие производители автомобилей.

Особенности выпускных коллекторов для мощных автомобилей

Коллекторы двигателей с большим количеством цилиндров отличаются от обычных обязательным наличием резонатора. Дело в том, что коллекторы таких двигателей, как правило, разделены на две части. К примеру, если у двигателя 8 цилиндров, то частей будет две. В первую часть попадают выхлопные газы из первого, второго, третьего и четвертого цилиндров, а во вторую — из цилиндров с пятого по восьмой.

Равнодлинные выпускные коллекторы пришли в серийное производство из мира спорта. Сейчас такие детали можно увидеть даже на скромной Toyota Yaris

При работе двигателя существует определенный порядок срабатывания цилиндров — смесь поджигается в них не подряд, а по определенному алгоритму. Поэтому возникают ситуации, при которых выхлопные газы за короткий промежуток времени попадают в одну часть коллектора из двух и более цилиндров, а вторая часть при этом не задействована. Естественно, в работающей в данный момент части возникает высокое давление, которое приемная труба принять сразу не способна. Для снижения его две части коллектора объединяют перемычкой, резонатором, отводящим часть газов в незадействованную часть для снижения давления в рабочей. Зачастую для более кардинального решения этой проблемы такие двигатели оснащают двумя независимыми коллекторами и двумя независимыми выхлопными трактами. Именно поэтому у автомобилей с мощными двигателями нередко можно видеть две выхлопные трубы.

Принцип работы выпускного коллектора

Одной стороной коллектор крепится к головке блока цилиндров там, где в нем предусмотрены окна для выпуска отработанных газов из цилиндров. С другой стороны к коллектору через фланцевое соединение крепится приемная труба, либо катализатор, в зависимости от конструкции.

Выхлопные газы попадают в коллектор из камеры сгорания, после чего отражаются от внутренних стенок и стремятся обратно в камеру сгорания. В результате движения газов в обеих направлениях движение газов в коллекторе носит волнообразный характер.

Чугун и нержавеющая сталь — лучшие материалы для производства выпускных коллекторов, постоянно подвергающихся воздействию агрессивной среды отработавших газов

Тем не менее, основное направление потока остается неизменным – от двигателя к выпускному отверстию выхлопного тракта, что обеспечивает эффективную очистку цилиндров от продуктов сгорания. В случае, если двигатель оснащен турбонагнетателем, давление в коллекторе используется для приведения в движение крыльчатки турбины, которую устанавливают сразу за коллектором. В таком случае часть выхлопных газов возвращается в цилиндры через впускной коллектор, создавая в них повышенное давление, недостижимое путем прямого захвата атмосферного воздуха. 

Основные причины неполадок и способы ремонта

Признаком неисправности коллектора в первую очередь становится появление шумов в моторном отсеке. Часто он выходит из строя в случаях перегрева двигателя, когда происходит искривление прилегающей плоскости из-за изменений в структуре металла под воздействием чрезмерно высокой температуры. В этом случае между ним и головкой блока возникает щель, которую не способна скомпенсировать штатная прокладка, и коллектор приходится менять. Выпускной коллектор постоянно подвергается агрессивному воздействию отработавших газов, а после окончания работы двигателя коллектор остывает, вследствие чего на его внутренних стенках оседает конденсат, приводящий к появлению коррозии. Из-за ржавчины появляются трещины и каверны в металле, ведущие к нарушению герметичности. Проблему можно решить при помощи сварки, однако если процесс зашел слишком далеко, то оптимальным решением станет замена выпускного коллектора.

Проверить геометрию прилегающей плоскости перегретого коллектора можно, просто положив его на ровный стол и прижав к столешнице

При мойке двигателя следует дождаться, когда выпускной коллектор остынет. В противном случае появляется риск возникновения трещин или искривления детали вследствие резкого перепада температур.

Выпускной коллектор в спорте и тюнинге

В спортивных автомобилях практически всегда применяют коллекторы трубчатого типа, так как именно в них благодаря равной длине всех труб потоки выхлопных газов, выбрасываемых из всех цилиндров, смешиваются на выходе равномерно. В обиходе такие коллекторы называют «пауками» за характерный внешний вид. При переделке штатной выхлопной системы трубы для «паука» подбирают с сечением, превышающим сечение штатных каналов. Это необходимо для обеспечения беспрепятственного выхода отработавших газов. Стальной равнодлинный коллектор выделяет большое количества тепла в подкапотное пространство, и для снижения температуры на поверхности детали трубы изнутри и снаружи покрывают специальным керамическим напылением или окрашивают термостойкой краской, выполняющей ту же функцию. С той же целью трубы обматывают полосами ткани, сотканной из базальтовых нитей, обладающих рекордно низкой теплопроводностью. Благодаря этим мерам выхлопные газы остывают в следующих элементах выхлопного тракта, за пределами моторного отсека, и воздух, поступающий в двигатель, имеет более низкую температуру.

Выхлопная система: устройство и функции

Оснащенный двигателем внутреннего сгорания автомобиль нуждается в системе, через которую бы осуществлялся выпуск отработанных газов. Такая система, названная выхлопной, появилась одновременно с изобретением двигателя, и наряду с ним на протяжении многих лет совершенствовалась и модернизировалась. Из чего состоит выхлопная система автомобиля, и как работает каждый ее компонент, мы расскажем в этом материале.

Три столпа выхлопной системы

Когда топливовоздушная смесь в цилиндре двигателя сгорает, образуются отработанные газы, которые необходимо вывести, чтобы цилиндр снова наполнился необходимым количеством смеси. Для этих целей автомобильные инженеры изобрели выхлопную систему. Она состоит из трех основных компонентов: выпускного коллектора, каталитического конвертера (нейтрализатора), глушителя. Рассмотрим каждый из компонентов этой системы в отдельности.

Схема выхлопной системы. В данном случае - резонатор - это дополнительный глушитель.Схема выхлопной системы. В данном случае  резонатор — это дополнительный глушитель.

Выпускной коллектор появился практически одновременно с ДВС. Он представляет собой навесное оборудование двигателя и состоит из нескольких труб, которые соединяют камеру сгорания каждого цилиндра двигателя с каталитическим конвертером. Изготавливается выпускной коллектор из металла (чугун, нержавеющая сталь) или керамики.

Выпускной коллекторВыпускной коллектор

Так как коллектор постоянно пребывает под воздействием высоких температур отработанных газов, более «жизнеспособными» являются коллекторы из чугуна и нержавеющей стали. Причем, коллектор из нержавеющей стали предпочтительнее, так как в процессе охлаждения агрегата после остановки автомобиля на нем собирается конденсат. В чугунном коллекторе конденсат может вызвать коррозию, а в коллекторе из нержавейки коррозии не возникает. Преимущество керамического коллектора – в его малом весе, но он не может длительное время выдерживать влияния высоких температур отработанных газов и трескается.

Выпускной коллектор HamannВыпускной коллектор Hamann

Принцип работы выпускного коллектора прост. Отработанные газы через выпускной клапан попадают в выпускной коллектор, а оттуда – в каталитический нейтрализатор. Кроме основной функции отвода выхлопных газов, коллектор помогает камерам сгорания двигателя продуваться и «забирать» новую порцию отработанных газов. Происходит это благодаря разнице давления газов в камере сгорания и коллектора. В коллекторе давление ниже, чем в камере сгорания, поэтому в трубах коллектора образуется волна, которая, отражаясь пламегасителя (резонатора) или каталитического нейтрализатора, идет назад к камере сгорания, и в момент очередного цикла выхлопа способствуют выведению очередной порции газов. Скорость создания этих волн зависит от скорости оборотов двигателя: чем выше обороты, тем быстрее «ходит» в коллекторе волна, и тем скорее камера сгорания цилиндра освобождается от выхлопных газов. Выпускной коллектор – один из наиболее популярных агрегатов для тюнинга.

Из выпускного коллектора отработанные газы попадают в каталитический конвертер или нейтрализатор. Он состоит из керамических сот, на поверхности которых находится слой платиноиридиевого сплава.

Схема каталитического нейтрализатораСхема каталитического нейтрализатора

Соприкасаясь с этим слоем, из выхлопных газов посредством химической реакции восстановления образуются оксиды азота и кислород, который используется для более эффективного сгорания находящихся в выхлопе остатков топлива. В результате воздействия реагентов катализатора, из него в выхлопную трубу подается смесь из азота и диоксида углерода.

Наконец, третьим основным элементом выхлопной системы автомобиля является глушитель, который представляет собой устройство, предназначенное для снижения уровня шума при выпуске отработанных газов. Он, в свою очередь, состоит из четырех компонентов: трубы, соединяющей резонатор или каталитический конвертер с глушителем, глушитель, выхлопная труба и наконечник выхлопной трубы.

ГлушительГлушитель

Очищенные от вредных примесей выхлопные газы поступают от катализатора по трубе в собственно глушитель. Корпус глушителя изготовляют из различных видов стали: обычной (срок службы – до 2 лет), алюминизированной (срок службы – 3-6 лет) или нержавеющей (срок службы – 10-15 лет). Он имеет многокамерное строение, при этом каждая камера снабжена отверстием, через которое выхлопные газы поступают в следующую по очереди камеру. За счет такой многократной фильтрации, выхлопные газы глушатся, звуковые волны выхлопа гасятся. Далее газы поступают в выхлопную трубу. В зависимости от мощности установленного на автомобиль двигателя, может варьироваться количество выхлопных труб: от одной до четырех. Последним элементом выступает наконечник выхлопной трубы. Он изготавливается из хромированной стали и выполняет эстетическую функцию. Выхлопная труба и ее наконечники также являются элементами тюнинга автомобиля.

На автомобилях с турбированными двигателями устанавливают глушители меньших размеров, чем на машинах с атмосферными моторами. Дело в том, что турбина использует для работы выхлопные газы, поэтому в выхлопную систему попадает лишь некоторая их часть – вот почему у таких моделей маленькие глушители.

Читайте также о том, как устроен прямоточный глушитель.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о