Принцип работы впускного коллектора

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.

ВПУСКНОЙ КОЛЛЕКТОР

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

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.

СРОК СЛУЖБЫ ВПУСКНОГО И ВЫПУСКНОГО КОЛЛЕКТОРА

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.

Принцип действия коллекторов с изменяемой геометрией

Преобразование впускного коллектора на практике может быть реализовано двумя методами: изменением площади сечения и изменением его длины. Эти методы могут применяться по отдельности или в комплексе.

Особенности впускного коллектора с изменяемой длиной

Впускной коллектор переменной длины

Технология изменения длины впускного коллектора применяется для автомобилей с двигателями, работающими как на бензине, так и на дизеле, за исключением систем с наддувом. Принцип работы такой конструкции состоит в следующем:

• При низкой нагрузке на двигатель воздух проходит по длинному пути.
• При высоких оборотах двигателя — по короткому.
• Изменение режима работы осуществляется ЭБУ двигателя посредством привода, который переключает клапан между двумя ветками коллектора.

Работа впускного коллектора с переменной длиной основана на получении эффекта резонансного наддува. Он обеспечивает интенсивное нагнетание воздуха в камеру сгорания. Происходит это следующим образом:

• После закрытия всех впускных клапанов в коллекторе остается некоторое количество воздуха.
• В трубопроводе коллектора возникают колебания остатков воздуха, пропорциональные длине впускного коллектора и частоте оборотов двигателя.
• Когда эти колебания достигают резонанса, возникает высокое давление.
• При открытии впускного клапана осуществляется нагнетание.

Для двигателей, имеющих наддув, этот вид впускных коллекторов не применяется в силу отсутствия необходимости создания резонансного наддува. Нагнетание воздуха в таких системах выполняется принудительно предустановленным турбокомпрессором.

Особенности впускного коллектора с переменным сечением

Впускной коллектор с переменным сечением

В автомобилестроении изменение сечения впускного коллектора применяется на автомобилях, оснащенных двигателями, работающими как на бензине, так и на дизеле, в том числе для систем, оснащенных наддувом. Чем меньше сечение трубопровода, по которому подается воздух, тем выше скорость потока, а следовательно, и смешение воздуха и топлива. В такой системе каждый цилиндр имеет два впускных канала, оснащенных собственными впускными клапанами. Один из пары каналов имеет заслонку. Привод такой системы изменения геометрии впускного коллектора осуществляется электродвигателем или вакуумным регулятором. Принцип действия конструкции представляет собой следующий процесс:

• Когда двигатель работает на малых оборотах, заслонки находятся в закрытом положении.
• При открытии впускного клапана топливовоздушная смесь (воздух) поступает в цилиндр только по одному каналу.
• При подаче через один канал воздушный поток входит в камеру по спирали, обеспечивая лучшее смешение с топливом.
• Когда двигатель работает на высоких оборотах, заслонки открываются, топливовоздушная смесь (воздух) поступает по двум каналам, что обеспечивает увеличение мощности мотора.

Виды впускных коллекторов

Существуют такие виды впускных коллекторов:

• стальные;
• алюминиевые;
• пластиковые;
• с изменяемой геометрией;
• с клапанами контроля выхлопных газов (EGR);
• с турбонаддувом;
• с точечным впрыском топлива и др.

На современных двигателях довольно широко распространены коллекторы с точечным впрыском топлива. В такой модификации топливо подается при помощи электромагнитных форсунок, установленных в каждой из его труб-каналов.

Принципиальная схема впускного коллектора с точечным впрыском топлива

Впускной коллектор, как и двигатель в целом, продуктивно работает в определенном диапазоне оборотов. Устройство и тип установленного коллектора зависит от компоновки блока цилиндров, от целевой направленности двигателя и от конструктивных решений в целом.

Все выше перечисленные коллекторы, делятся на две группы:

• одноплоскостные;
• двухплоскостные.

Одноплоскостной коллектор подает топливовоздушную смесь через один общий канал, многоплоскостной же изначально делит поток смеси на два потока.

Одноплоскостной коллектор

Как правило, двигатели с двухплоскостным коллектором выдают больше мощности на низких и средних оборотах в пределах 2000-4000 об/мин. На высоких же — из-за образующихся завихрений мощность будет несколько ниже.

Это интересно:  Технические характеристики 4JG2 3 л/120 л. с.

Двухплоскостной коллектор

Коллектор с общей камерой без перегородок раскрывает свой потенциал на оборотах от 5000 и выше.

Установка впускного коллектора другой модификации не гарантирует улучшения показателей двигателя. Обычно такие детали проектируются вместе с ним.

Почему может понадобиться ремонт впускного коллектора?

По своей сути впускной коллектор имеет достаточно сложную конструкцию. Исходя из этих соображений значительно возрастает вероятность поломки или неисправности определенного отдельного элемента всего устройства. Зачастую выходят из строя заслонки (в основном на немецких марках автомобилей).

В данном случае автомобиль очень сильно слабнет и существенно теряет мощность. В тоже время значительно увеличивается расход топлива, а тяга и работа двигателя в целом ухудшаются. Выходят заслонки коллектора по нескольким причинам: низкокачественный материал изготовления этих заслонок, чересчур высокая температура, присутствие масляного конденсата.

Помимо этого может также выйти из строя и клапан управления этими заслонками впускного коллектора. Признаком того, что во впускной коллектор попала консистенция масла, является его увеличенный расход, который может превышать 1 литр на 1 тысячу км.

В деталях, которые изготовлены из пластика, очень часто можно встретить проблему, которая заключается в отсоединении трубки от завихрителя. Это, в свою очередь, порождает возникновение определенного характерного звука во время непосредственного движения: шум и треск в автомобиле. Данная поломка вполне решаема даже собственными руками.

Помимо этого, может возникать подсос воздуха в самом впускном коллекторе. Эта поломка может отражаться на мощности автомобиля. Но самое главное, что будет присутствовать серьезный шум, который напоминает подсасывание или выдувание.

В автомобильной природе существует специальный датчик, который используется для того, чтобы измерять абсолютное давление во впускном коллектора. Данный датчик, помимо вышеуказанной функции, отвечает за оптимизацию процессов сгорания и образования смеси воздуха и топлива. Если же данный датчик выйдет из строя, то, скорее всего, электронный блок управления начнет свою работу в аварийном режиме.

Иногда бывает так, что запуск двигателя вообще невозможен. Устройство современного датчика, располагающегося во впускном коллекторе, довольно надежное. И все же, неисправности в нем возможны.

Системы изменения геометрии у различных производителей

В мировом автомобилестроении систему изменения геометрии впускного коллектора используют многие производители, которые обозначают технологию собственным уникальным наименованием. Так конструкции с переключением длины впускного коллектора могут обозначаться как:

• Dual-Stage Intake в автомобилях марки Ford;
• Differential Variable Air Intake для автомобилей марки BMW;
• VICS или VRIS в авто марки Mazda.

В свою очередь, механизм изменения сечения впускного коллектора может маркироваться как:

• IMRC или  CMCV в автомобилях Ford;
• Twin Port для машин Opel;
• Variable Intake System в японских авто Toyota;
• Variable Induction System для марки Volvo.

Применение системы изменения геометрии, независимо от того, варьируется ли длина впускного коллектора или сечение позволяет повысить мощность автомобиля, делает его более экономичным и обеспечивает снижение концентрации токсичных компонентов в выхлопных газах.

(4 оценок, среднее: 5,00 из 5) Загрузка…

Впускные коллекторы с изменяемой геометрией

Отдельного внимания заслуживает система изменения геометрии впускного коллектора.

Двигатели с переменной длиной впускного тракта

Импульсные движения во впускном коллекторе, безусловно, помогают его работе, но процесс запускается только в диапазоне определенных частот колебаний. Длина импульса пропорциональна длине трубы коллектора. Такой принцип используется во впускных коллекторах с изменяемой длиной. Электронный блок управления двигателем контролирует число оборотов и подает сигнал на клапан для включения «малого» либо «большого» круга подачи смеси.

Устройство коллекторов с изменением сечения каналов

В случае изменения сечения впускного коллектора по ходу движения топливной смеси установлены заслонки, которые в закрытом положении не перекрывают полностью продвижение смеси, а уменьшают просвет коллектора. Изменение сечения потока приводит к завихрениям и увеличению их скорости. Управление такими устройствами осуществляет бортовой компьютер.

Пример реализации коллектора с изменяемым сечением дизельного и бензинового двигателей

Впускные коллекторы с системой рециркуляции отработанных газов

Впускные коллекторы с системами EGR Exhaust Gas Recirculatiоn (система рециркуляции отработанных газов) предназначены для уменьшения токсичных выбросов в атмосферу. Подобные конструкции коллекторов устанавливаются как на бензиновые, так и на дизельные двигатели. Принцип действия прост — отработанные газы из выхлопной системы через отдельный клапан попадают обратно во впускной коллектор, благодаря чему понижается содержание кислорода в топливовоздушной смеси, а значит, понижается интенсивность окисления и температура в камерах сгорания. Система включается только в определенных режимах, например, на холостом ходу.

Снимаем коллектор самостоятельно

Изначально любому автолюбителю для того, чтобы приступить к замене или ремонту данной детали нужно знать каким образом демонтируется впускной коллектор. В целом, данная процедура не является сложной и справиться с ней может один человек за десять минут. Сначала нужно найти топливный насос и убрать из него предохранитель, после чего нужно запустить мотор. Давление в системе значительно снизится, а в скором будущем двигатель заглохнет.

После проведенной процедуры можно отключить аккумулятор, а с самого мотора снять декоративный кожух. Вслед за этим необходимо убрать от воздушного фильтра патрубки и снять его. После, следует открутить дроссельный узел. Важно отметить, что не следует трогать крепежи заслонки, чтобы не повредить их. Все, коллектор перед глазами.

В некоторых случаях отслаиваются квадратные трубки. Тогда нужно будет просверлить два отверстия в самом коллекторе так, чтобы через эти отверстия можно было бы добраться до данной трубки. После этого нужно вкрутить в эти отверстия саморезы и зафиксировать ее. Клапан управления и заслонки нельзя отдельно менять или ремонтировать. Именно поэтому следует купить и установить полностью новую деталь. Если же причина поломки заключается в датчике, то тот элемент, который вышел из строя нуждается в замене.