Устройство, принцип работы и тюнинг впускного коллектора

Назначение выпускного коллектора двигателя

Выпускной коллектор — одна из важнейших деталей системы выпуска отработанных газов двигателей внутреннего сгорания. Коллектор выполняет две ключевых функции:

• Сбор и отвод отработанных газов из цилиндров, сбор газов от всех цилиндров в одну приемную трубу;
• Помощь в продувке цилиндров и эффективном заполнении цилиндров новой порцией горючей смеси.

Неправильно считать, что коллектор — это просто сборщик выхлопных газов (собственно, это слово является калькой с английского collector — сборщик или собиратель). В действительности это деталь, с помощью которой осуществляется настройка выхлопа, повышающая эффективность и мощность двигателя. Это легко объясняет теория ДВС и коллектора.

Работа двигателя происходит циклично, в обычных четырехтактных моторах удаление отработанных газов из каждого цилиндра (а равно и заполнение цилиндра горючей смесью) происходит один раз в два оборота коленчатого вала. Об этом нужно помнить, чтобы понять суть происходящих в выхлопной системе процессов.

Отработанные газы, выходящие из цилиндра при открытии выпускного клапана, имеют высокое давление, поэтому они с высокой скоростью устремляются в коллектор. За этой порцией газа образуется разрежение (падение давления воздуха), которое играет важнейшую роль в продувке цилиндра. Непосредственно перед достижением поршня ВМТ наступает момент, когда открыты как выпускные, так и впускные клапаны. Поэтому воздух спокойно проходит через цилиндр из впуска в выпуск, обеспечивая удаление остатков отработанных газов и более полное заполнение цилиндра топливно-воздушной смесью.

Однако газы из цилиндра не просто выходят — они движутся по коллектору, достигают приемной трубы и ударяются о катализатор или глушитель (в зависимости от того, как устроена система выпуска ОГ конкретного автомобиля). Катализатор и глушитель — это довольно ощутимые препятствия для движущихся с большой скоростью газов, поэтому часть газов (около половины всего объема) не проходит дальше, а отражаются и возвращаются к цилиндру, там они снова отражаются и идут в сторону глушителя, и т.д. Так в коллекторе возникает волновой процесс (резонанс), который оказывает серьезное влияние на работу двигателя.

Дело в том, что газы могут вернуться к цилиндру до начала или в самый момент открытия выпускного клапана, и ухудшить выход новой порции отработанных газов. Это снизит эффективность работы двигателя и его мощность. Если же газы вернутся к цилиндру и отразятся до начала открытия выпускного клапана, то здесь вновь образуется разрежение воздуха, которое будет помогать выходить новой порции отработанных газов.

Здесь есть и еще один важный момент. Обычно коллекторы всех или двух цилиндров сходятся в одной точке, поэтому отработанные газы одного цилиндра будут оказывать влияние на работу других цилиндров. Например, в двигателях с порядком работы цилиндров 1-3-4-2 газы из первого цилиндра могут столкнуться с газами из третьего цилиндра, что ухудшит их отвод и снизит эффективность мотора. С другой стороны, газы от третьего цилиндра могут идти вслед за газами первого цилиндра, и в этом случае порция газа первого цилиндра вследствие образуемого ща ним разрежения будет «тянуть» за собой порцию газов третьего цилиндра, повышая эффективность их отвода и продувки цилиндра.

Поэтому важнейшая задача конструкторов заключается в том, чтобы подобрать оптимальную длину выпускного коллектора, при которой отработанные газы образовывали бы стоячие волны с областями разрежения в некоторых определенных областях — у выпускного клапана, в месте встречи потоков газов от двух цилиндров и т.д. Это называется настройкой выпуска, и благодаря ей современные двигатели максимально полно используют свой потенциал.

Настройка выпуска имеет свои сложности, например — коллектор малой длины эффективен на высоких оборотах, а коллектор большой длины проявляет себя на малых оборотах. А так как обычный двигатель может работать в широком интервале оборотов, то приходится идти на компромисс и рассчитывать коллектор только на какой-то средний интервал оборотов.

Цели, которые ставятся перед выпускными коллекторами, достигаются с помощью различных технических решений, что проявляется многообразием конструкций коллекторов.

Впускной коллектор с изменяемой геометрией

Еще одной инновацией, завоевывающей в последнее время все больше сторонников, стала конструкция впускного коллектора с переменной геометрией. В данный момент существуют несколько общих принципов реализации этой конструкции. Одна из них подразумевает наличие двух путей, по которым может двигаться поток воздуха или топливо-воздушной смеси по индивидуальному каналу, ведущему к цилиндру — короткого и длинного. При определенном режиме установленный в канале клапан закрывает короткий путь.

При демонтаже впускного коллектора замена прокладки обязательна, так как от герметичности соединения может зависеть работа всей системы впуска

Вторая конструкция подразумевает установку клапана в приемную камеру. При достижении определенных условий заслонка уменьшает внутренний объем камеры. Для двигателей с большим количеством цилиндров (больше 4-х) существуют и еще более сложные системы. Кстати, именно благодаря этому принципу удается отключать часть цилиндров в двигателях V8 — часть камеры, к которой присоединены каналы половины цилиндров, перекрывается заслонкой, и поток топливо-воздушной смеси в них не попадает.

Материалы для ремонта выхлопной – герметик для глушителя, термолента, цемент

Многие водители при проблемах в работе выхлопной системы, не задумываются о ремонте той или иной части, а меняют ее целиком. Иногда такой подход оправдывает себя, но чаще всего приводит к неоправданным затратам.

Если же, заменить его деталью вторичного производства, то придется каждые три-четыре года менять ее, хотя тот же герметик для глушителя мог легко спасти ситуацию.

Повреждения выхлопной системы могут происходить по нескольким причинам:

• механическое повреждение;
• износ одного из элементов;
• прогар;
• перепад температуры (попадание воды на нагретый элемент);
• некачественный предыдущий ремонт.

Для того чтобы решить ту или иную проблему, существуют такие материалы как: термолента для глушителя, герметик или специальный цемент. Рассмотрим их по отдельности.

Когда используется лента для глушителя?

Ремонт глушителя. Часть 1

Вся выхлопная система состоит из бачков и трубопроводов. Бачки более подвержены прогоранию, так как в них скапливается конденсат, завихряются газы, а толщина металла ниже, чем в трубах. Но бывают ситуации, когда повреждаются сами трубы. Обычно это следствие удара – вылетевший из-под колеса камень, наезд на бордюрный камень или попадание в яму.

Иногда бывает, что во время дождя брызги из-под колес попадают на трубопровод (обычно на приемную трубу, если она не защищена) и из-за перепада температур он дает трещину. Идеальный вариант – заварить поврежденное место, но не всегда есть такая возможность. Именно для таких случаев предназначена термолента.

Ею можно обмотать поврежденный участок и предотвратить просекание выхлопных газов. Единственный недостаток такого материала – термолента неспособна придать жесткости, поэтому в течение некоторого времени поврежденная труба оборвется.

Герметик для глушителя – ремонт или сервис?

Ремонт глушителя. Часть 2 Многие считают пасту-герметик своеобразной панацеей от повреждений выхлопной. На самом деле это просто вещество, которое используется в качестве дополнительной защиты соединений. Герметиком обрабатываются ужимные кольца, жесткие соединения и другие места, где стыкуются разные элементы выхлопной системы. Его можно использовать, если прокладка глушителя была установлена заново, или же использовались соединительные элементы нестандартных размеров.

Но есть один момент, где герметик может действительно помочь. Иногда фланцы, посредством которых соединяются два элемента выхлопной, под влиянием перепада температур изгибаются и ни одна прокладка или уплотнительное кольцо неспособны обеспечить качественное соединение. В таких случаях герметиком нужно промазать место соединения, со временем он закоксовывается и обеспечивает качественное соединение.

Чем «лечить» небольшие трещины и обрывы выхлопной?

Часто на завальцовке или сварочных швах появляются прорехи, которые являются причиной появления посторонних звуков. Лучший вариант их закупорки – цемент для глушителя. Этот материал не выгорает, его можно наносить сколько угодно много, он только приобретает прочность под воздействием высоких температур.

Единственное «но» – цемент целесообразно использовать только тогда, когда отверстие невелико и деталь или элемент глушителя сохраняет свою жесткость. Если же его использовать для заделывания трещины, то эффект будет нулевым – любая выбоина на дороге и трещина разойдется снова. Для таких повреждений лучше всего подойдет термолента – она перекрывает большую площадь.

Цемент целесообразно использовать только в местах, где нет перегибов, или же они компенсированы, например, с помощью подпружиненного соединения или виброкомпенсатора. Еще один момент, который стоит учитывать: если появилась трещина на соединении бачка и трубы, никакой цемент или другие материалы не спасут. В любом случае внутренняя часть бачка сильно изношена и придется менять элемент выхлопной полностью.

В сущности, все рассмотренные материалы имеют один недостаток – они не универсальны. Случаются такие повреждения выхлопной, когда без профессионального вмешательства не обойтись. С другой стороны, когда нет возможности попасть на станцию техобслуживания сию секунду, и возникает вопрос, чем заделать глушитель, такие материалы просто незаменимы. В некоторых случаях они могут использоваться как временное решение, а иногда – как самое долговечное.

Клапан управления заслонкой впускного коллектора

Описание

Впускной коллектор – это часть двигателя, которая обеспечивает равномерное распределение горючей смеси между всеми цилиндрами. На каждый цилиндр идет отдельный патрубок, по которому воздух или топливно-воздушная смесь проходит, двигаясь за счет создаваемого отходящими вниз поршнями разрежения в коллекторе. В этой системе также нейтрализуются картерные газы, которые втягиваются через систему вентиляции картера во впускной коллектор, смешиваются с топливно-воздушной смесью и поступают в цилиндры.

Для того, чтобы топливо не оседало в виде конденсата на стенках коллектора, его внутреннюю поверхность делают шероховатой, вследствие чего в нем создается турбулентность и мельчайшие капли распыленного топлива не конденсируются. Форма самого коллектора всегда ровная, не имеющая угловатых изгибов, что объясняется стремлением изготовителя исключить лишние перепады давления при работе двигателя.

Устройство и принцип действия

В устройстве данного узла немаловажное, практически решающее, значение имеет переключающий клапан. Такой клапан используется только в атмосферных двигателях, поскольку при принудительном наддуве нет необходимости создавать дополнительное давление таким образом

При уже закрытом впускном клапане воздух колеблется с частотой, пропорциональной длине коллектора и оборотам двигателя.

При разной скорости вращения коленчатого вала двигателя воздух по коллектору идет с разной скоростью и положение клапана системы изменения геометрии впускного коллектора тоже разное. Когда двигатель не запущен, шток пневмокамеры, регулирующей положение клапана, выдвинут до конца и коллектор находится в коротком положении. Когда же происходит запуск, то клапан открывается и пропускает разреженный воздух через систему в пневмокамеру, которая втягивает шток, переводя коллектор на длинное положение. Проходя по длинному коллектору, воздух под более высоким давлением поступает в цилиндры и на низких оборотах двигатель работает ровно и уверенно.

До достижения 4,5 тыс. об/мин клапан так и находится в режиме длинного коллектора, но по достижении электронный блок управления отключает подачу напряжения на клапан и он переходит в закрытое положение, вакуум на воздушную камеру перестает поступать. Чтобы система вернулась в изначальное состояние необходимо высокое давление в пневмокамере спустить, для чего есть на электромагнитном клапане атмосферный штуцер. Когда отключается напряжение, электромагнитный клапан открывает соединение пневмокамеры с атмосферным штуцером и в нее набирается воздух, шток выдвигается.

Электромагнитный клапан состоит из трех штуцеров и электромагнитной катушки. На разных автомобилях он располагается несколько по-разному, однако, найти его всегда можно около ресивера. Атмосферный клапан закрыт крышечкой, которую нужно иногда снимать для проверки на загрязнение и периодически проверять напряжение на подводящем проводе для диагностики возможных проблем при неровной работе двигателя.

Ресивер и пневмокамера

Эта важная деталь отвечает за переключение клапана и иногда ее нужно проверять, чтобы не допустить разгерметизации и других нарушений. Внутри цилиндрической емкости находится обратный клапан. Для того, чтобы проверить узел нужно:

• Проверить на наличие дырок и трещин, чтобы не было утечки воздуха;
• Снять трубку от электромагнитного клапана, отсоединить трубку от коллектора и подуть в нее. Воздух должен не проходить, но если втянуть – должен.

Пневмокамера, к которой ресивер имеет прямое отношение, состоит их штока, диафрагмы и пружинки, заключенных в металлический или пластмассовый корпус. Устройство переключения самое слабое во всей цепи

Диафрагма часто изнашивается и поэтому нарушается изменение геометрии впускного коллектора, поэтому стоит уделить ей особое внимание и быть готовым к периодической замене. Для проверки работоспособности системы можно снять вакуумную трубку и вдавить шток клапана

При хорошем состоянии узла шток при отпускании резко выдвигается обратно, входит ровно и не заедает. Далее при вдавленном штоке нужно закрыть пальцем штуцер и при этом первый должен остаться на месте. В случае, если он при закрытом штуцере выходит, порвана диафрагма.

В случае, когда произошло такое нарушение сразу заметны провалы в работе двигателя, рывки и дребезжание, когда их быть не должно вовсе. Также повышаются обороты двигателя на холостых оборотах. Это связано с подсосом воздуха и, как следствие, неправильному соотношению топливо/воздух в системе. Замена пневмокамеры в таком случае неизбежна и обязательна.

Тюнинг впускного коллектора

Варианты тюнинга:

1. Улучшение формы. Довольно сложно добиться того, что во все цилиндры двигателя поступает одинаковое количество воздуха. Потому мастера заменяют штатный коллектор на многодроссельный впуск. На каждый цилиндр двигателя устанавливается отдельный дроссель, получается независимая система.
2. Совершенствование внутренней поверхности. При производстве коллекторов на внутренней части могут остаться небольшие погрешности: наплывы, заусенцы, шероховатости. Это немного тормозит поток воздуха, поэтому умельцы шлифуют внутреннюю поверхность коллектора, чтобы убрать все препятствия.

При чем здесь форма?

Поток воздуха или рабочей смеси в коллекторе неравномерен в силу его формы. Если коллектор несимметричный, то наибольшее количество воздуха или топливно-воздушной смеси будет попадать в первый цилиндр, а в каждый следующий все меньше. У симметричного также есть недостаток: там наибольшее количество воздуха попадает в средние цилиндры. В обоих случаях цилиндры работают неравномерно на смеси различного качества. Как следствие – падает мощность двигателя.

Тюнинг, в данном случае, подразумевает замену штатного впускного коллектора системой многодроссельного впуска. Ее устройство таково, что воздушные потоки, подающегося в цилиндры, не зависят друг от друга, поскольку каждый из цилиндров оснащается собственной дроссельной заслонкой.

«Внутренние» работы

При недостатке денежных средств, тюнинг можно провести и более дешево, почти даром. Внутри коллекторов практически всегда находится большое число неровностей и приливов, а поверхность шероховатая. Все вместе это вызывает ненужные завихрения, мешающие качественному наполнению цилиндров. При размеренной езде это явление практически незаметно, но если хочется добиться от мотора большей эффективности, с этими недостатками нужно бороться.

Тюнинг штатного впускного коллектора заключается в шлифовке его внутренней поверхности, с целью удаления приливов и шероховатостей. Шлифовать нужно не до появления зеркала, а только до достижения однородного состояния всей поверхности. Если переусердствовать, то капли горючего будут конденсироваться на стенках и тюнинг даст совершенно противоположный результат.

Ремонт и обслуживание впускных коллекторов

Современный впускной коллектор — деталь сложная. Случаются с ней и поломки. Рассмотрим типичные.

Нарушения герметичности

Это первое, чем «болеют» системы впуска, впрочем как и многие другие узлы автомобиля. Вибрации, перепады влажности, давления и температур сказываются на резиновых (паранитовых и др.) уплотнениях, которых в сложных системах впуска достаточно много. Возможно дополнительное попадание воздуха в смесь, так называемый «подсос».

Подсос воздуха во впускном коллекторе может значительно повлиять на динамические показатели двигателя в целом. После восстановления герметичности работа двигателя нормализуется.

Прокладки впускного и выпускного коллекторов ВАЗ 2106

Загрязнение впускного коллектора

Впускной тракт время от времени необходимо проверять на предмет налета на стенках. Подобная проблема может довольно сильно повлиять на динамику автомобиля. Особенно часто засоряется коллектор на двигателях с системой рециркуляции выхлопных газов. В таких случаях необходимо произвести разборку и чистку устройства специальным составом.

Отложения на стенках элементов впускных коллекторов

Деформации и механические повреждения корпуса

Для производства коллекторов широко используют пластик и алюминий, а эти материалы, как известно, могут деформироваться из-за воздействия высоких температур. Пластик со временем трескается и рассыхается. Алюминиевые коллекторы вследствие вибраций могут лопнуть.

Элементы с сильно нарушенной геометрией подлежат замене. Алюминиевые детали можно заварить аргонодуговой сваркой.

Повышенная температура воздуха в впускном коллекторе

Причинами подобной проблемы могут быть:

• длительная работа на холостом ходу в условиях высокой температуры воздуха (например в пробках);
• неполадки системы охлаждения и повышение общей температуры двигателя;
• нарушение вентиляции моторного отсека вследствие засорения радиатора;
• ошибочное показание датчика температуры во впускном коллекторе;
• ошибки в прошивке блока управления.

Решением является проверка узлов системы охлаждения и диагностика электронных систем.

Хлопки во впускном коллекторе

Во время воспламенения топлива в цилиндрах двигателя должны соблюдаться условия герметичности (оба клапана должны быть плотно закрыты). При условии воспламенения топлива с открытым или слегка приоткрытым впускным клапаном топливно-воздушная смесь может воспламеняться в самом коллекторе, в результате чего слышны характерные «хлопки». Такие поломки довольно опасны — они могут привести к значительным повреждениям.

Причинами неисправности могут быть:

• нарушение системы зажигания;
• неправильно настроенный газораспределительный механизм;
• нарушения плотности посадки впускных клапанов;
• проблемы с образованием топливовоздушной смеси.

В подобных случаях необходимо провести комплексную диагностику двигателя для выявления причин хлопков.

Рассмотрим процедуру замены прокладки впускного коллектора на примере двигателя Шевролет Авео 2017 г.

1. До начала работ обесточить бортсеть автомобиля, сняв отрицательную клемму аккумулятора.

2. Демонтировать рычаги стеклоочистителей (необходимо только в случае с конкретным двигателем).

3. Снять пластиковые фиксаторы защелки 1 и винты 2, после чего удалить решетку воздухозаборника 3.

4. Выполнить опорожнение системы охлаждения, выкрутив сливную пробку радиатора 4.

5. Снять воздухопровод воздушного фильтра 5, открутив винты хомутов 6.

6. Снять трубку принудительной вентиляции картера 7.

7. Отсоединить коммуникации дросселя 8-11, снять сам дроссель 12, открутив винты 13.

8. Отсоединить трубку усилителя тормозов 14.

9. Выкрутить винты 16,17 кронштейна коллектора, демонтировать кронштейн 15.

10. Снять направляющую топливной форсунки, отсоединить шланг охлаждения дросселя 19, открутить болты коллектора 18.

11. Отодвинуть коллектор 20 в сторону, аккуратно снять прокладку 21.

12. Очистить и обезжирить посадочные места для новой прокладки, установить ее.

13. Собрать узлы впускной системы в обратном порядке разборки.

Обращайте внимание на порядок и силу утяжки ремонтируемых узлов. Затягивайте резьбовые соединения постепенно в порядке от центра к краю детали, либо крест-накрест

Правильная работа впускного коллектора гарантирует длительную эксплуатацию двигателя. При минимальных знаниях и наборе необходимых инструментов текущее обслуживание или мелкий ремонт возможно произвести самостоятельно. Со сложными деталями и электроникой лучше обратиться в сервисный центр.

Неисправности

Как и любая другая механическая деталь, впускной коллектор подвержен поломкам. Учитывая простоту конструкции, вариантов неисправностей не так много.

Основные:

• Нарушение герметичности. Вибрации, давление и высокие температуры со временем уничтожают уплотнители. Разгерметизация влияет на качество топливной смети, потерю тяги и оборотов. Проблема решается заменой прокладок, после чего работа двигателя должна нормализоваться;
• Загрязнение коллектора. Налет скапливается на стенках, постепенно уменьшая сечение проходящих воздушных масс. Требуется разборка и чистка трубок, дросселя и камеры нагнетания;
• Механические повреждения. Если коллектор изготовлен из пластика, тот тут только замена. Если из алюминия и повреждения невелики, поможет аргонодуговая сварка;
• Чрезмерная температура в коллекторе. Причин масса и искать их нужно в системе охлаждения, засоренном радиаторе, испорченном датчике, ошибке ЭБУ. Также высокая температура бывает из-за банальной жары на улице;
• «Хлопки». При формировании топливной смеси, система должна быть герметична. Если есть нарушения в системе зажигания, механизме газорапределения, проблемы в камере образования топливной смеси или нарушена герметичность самого впускного коллектора, можно услышать те самые хлопки. Искать причины стоит во всех вышеперечисленных местах.

В последнем случае, конечно, проще положиться на ошибки, о которых сообщает ЭБУ или записаться на комплексную диагностику в сервисе.

Управление работой двигателя

На практике используются двигатели с различными способами регулирования работы. Управление коллекторным мотором может осуществляться с помощью электронной схемы, в которой роль регулирующего элемента выполняет симистор, «пропускающий» заданное напряжение на мотор. Симистор работает, как быстросрабатывающий ключ, на затвор которого приходят управляющие импульсы и открывают его в заданный момент.

В схемах с использованием симистора реализован принцип действия, основанный на двухполупериодном фазовом регулировании, при котором величина подаваемого на мотор напряжения привязана к импульсам, поступающим на управляющий электрод. Частота вращения якоря при этом прямо пропорциональна приложенному к обмоткам напряжению. Принцип работы схемы управления коллекторным двигателем упрощенно описывается следующими пунктами:

• электронная схема подает сигнал на затвор симистора,
• затвор открывается, по обмоткам статора течет ток, придавая вращение якорю М двигателя,
• тахогенератор преобразует в электрические сигналы мгновенные величины частоты вращения, в результате формируется обратная связь с импульсами управления,
• в результате ротор вращается равномерно при любых нагрузках,
• реверс электродвигателя осуществляется с помощью реле R1 и R

Помимо симисторной существует фазоимпульсная тиристорная схема управления.