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 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
blamper.ru
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.
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.
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.
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.
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.
Комментирование и размещение ссылок запрещено.
avtgid.ru
Коллектор – техническое устройство, которое является частью двигателя внутреннего сгорания в автомобиле. Основная функция коллектора – это подача горячих смесей в двигатель, а также их отвод. Обычно коллектора два – впускной и выпускной.
Впускной коллектор собирает потоки горючих смесей и газа в один общий и распределяет их по цилиндрам двигателя автомобиля, за счет чего возникает движение автомобиля. Горючая смесь должна распределяться равномерно, в этом случае двигатель будет работать без сбоев, с высокой производительностью. Впускной коллектор также может выступать в качестве держателя для дроссельной заслонки, форсунок, карбюратора и других элементов двигателя.
В ходе работы во впускном коллекторе создается вакуум, который используется для управления различными системами в автомобиле, например гидроусилителем тормозов, приводом стеклоочистителей, круиз-контролем и т.д. Также данный коллектор используется для сжигания картерных газов, которые образуются во время движения автомобиля.Впускной коллектор изначально производился из металла — алюминия или чугуна. Однако для производства современных коллекторов используется пластик. Пластик, в отличие от металла, не нагревается, благодаря чему улучшается наполняемость цилиндров двигателя, и, как следствие, увеличивается мощность мотора.
В свою очередь, выпускной коллектор является частью выхлопной системы транспортного средства, через него происходит выхлоп газовых смесей, из автомобиля удаляются продукты внутреннего сгорания. С помощью выпускного коллектора также происходит продув камер сгорания, что позволяет цилиндрам двигателя быстрее наполниться очередной порцией горючей смеси.
В современном автомобилестроении применяют 2 вида выпускных коллекторов – трубчатый и цельный. Цельный коллектор производится из чугуна и имеет короткие каналы, объединенные в общую камеру. Цельный коллектор не очень эффективно отводит выхлопные газы, однако он доступен по стоимости и прост для производства.
Однако в последнее время на автомобили, в основном, устанавливают более эффективные трубчатые коллекторы. Они изготавливаются из стали, при этом их конструкция создана таким образом, что повышается мощность двигателя.
Стоит отметить, что на спортивных автомобилях выпускные коллекторы зачастую не устанавливаются, а к каждому цилиндру присоединяется собственная выхлопная труба, что позволяет показать более высокие скоростные качества авто.
avtoexperts.ru
Выпускной коллектор является важной составляющей двигателя внутреннего сгорания. Он обеспечивает не только вывод отработанных газов, но и осуществляет продувку цилиндров, подготавливая, таким образом, основу для нового такта работы. От коллектора и его пропускных способностей зависит и степень мощности динамики мотора, поэтому те, кто занимается тюнингом моторов, уделяют большое внимание характеристикам выпускного коллектора.
К выпускному коллектору предъявляются особые требования по качеству, ввиду того, что он работает в тяжелых условиях: температура газов может достигать 1000 градусов, не говоря уже про высокое давление внутри системы. Поэтому часто используется термолента для выпускного коллектора, которая внешний нагрев коллектора и нагрев других элементов подкапотного пространства, находящихся в непосредственной близости к коллектору.
Коллектор подсоединен к ГБЦ, разумеется, между ними располагается прокладка выпускного коллектора, благодаря которой отработанные газы не вырываются в подкапотное пространство. Изготавливается прокладка из особых материалов, что и обеспечивает ее высокий срок службы. При необходимости можно произвести замену прокладки выпускного коллектора, к счастью, на большинстве автомобилей эта процедура выполняется достаточно просто и быстро. К другому концу коллектора подсоединяется выпускная труба, или каталитический нейтрализатор.
Различают несколько разновидностей коллекторов – это цельный и трубчатый.
Цельный коллектор изготавливается преимущественно из чугуна, что позволяет ему не разрушаться под воздействием высоких температур. Отличается он дешевизной, однако уступает трубчатому коллектору в функциональном плане. Так как в цельном коллекторе довольно короткие каналы, вывод отработанных газов и продувка цилиндров имеет низкую эффективность. В этом плане гораздо лучше себя показывает трубчатый коллектор.
Трубчатый коллектор имеет удлиненные каналы, что позволяет беспрепятственно выводить отработанные газы из цилиндров двигателя. Такие коллекторы демонстрируют высокую эффективность работы на средних и высоких оборотах. За счет лучшего вывода газов, повышается и мощность двигателя. Как правило, выполняются трубчатые коллекторы из нержавеющей стали. Единственный недостаток – это высокая цена, в сравнении с цельным коллектором.
К тому же, трубчатые коллекторы также разделяются на 2 типа:
Как понимать эти обозначения? На самом деле все предельно просто. Коллектор имеет 4 выводящих канала, то есть с каждого цилиндра. Далее, каналы совмещаются между собой и вот здесь, как раз и есть главное отличие: они могут совмещаться либо в 2 канала, затем в один, либо же сразу в один канал. Это отличие дает принципиальную разницу в работе мотора и влияет на общий показатель мощности.
Говоря про коллектор схемы 4-2-1, то главными чертами, которыми он обладает, является прирост мощности на всем диапазоне работы двигателя. В этом плане, 4-1 отличается более сдержанной работой на низких оборотах и высоким приростом на высоких оборотах коленчатого вала. В зависимости от назначения автомобиля, выбирается тот или другой тип коллектора.
Выпускной коллектор – важный элемент, на который обращают внимание в ходе тюнинга двигателя. При грамотной его установке, мощность мотора можно заметно увеличить. Так, излюбленным среди мастеров является выпускной коллектор паук, который обеспечивает прирост мощности для доработанных двигателей.
Промывка дизельных форсунок Одной из часто возникающих проблем с дизельным двигателем, является сбой в работе топливных форсунок. Конструктивные особенности дизельного мотора, низкокачественное топливо – все это со временем приводит к проблемам, связанным с форсунками. Мотор начинает работать нестабильно, повышается расход топлива, двигатель запускается неохотно, а из выхлопной трубы вырываются клубки черного дыма. Все ...
Автомобильные подогреватели и отопители Webasto Конструкторы Webasto первыми в мире заинтересовались идей оптимизации климата в салоне автомобиля. В далеком 1935 году они разработали несколько моделей жидкостных отопителей для автобусов и легковых автомобилей. В 1965 году компания представила на рынке климатической техники первый автомобильный кондиционер. В наше время компания Webasto является одним из первых мировых производителей ...
Стук в рулевой рейке Рейка является составной частью рулевого управления автомобиля. Каждая автомобильная деталь имеет определенный ресурс работы, рулевая рейка в этом плане не является исключением. Рабочее состояние механизм может сохранять порядка 100 тыс. км. Тем не менее, никто не застрахован от преждевременного возникновения проблем, связанных с рулевой рейкой. Наиболее частой из них является как раз стук в ...
pro-tachku.ru
Cтраница 1
Выпускной коллектор двигателя состоит из шести частей, соединяемых вместе компенсаторами, воспринимающими температурные деформации. Каждая часть коллектора включает две расположенные концентрически трубы, пространство между которыми заполнено сухой изоляцией - ватой каолинового состава. Наличие сухого выпускного коллектора ( без водяного охлаждения) позволяет сохранить энергию выхлопных газов и тем самым повысить эффективность работы турбокомпрессоров. В патрубки коллектора устанавливаются термопары для замера температуры выхлопных газов. [1]
Выпускные коллекторы двигателей и газовые турбины турбокомпрессоров нагреваются до температуры 480 - 520 С, а при работе на обедненной смеси или нарушении теплового режима работы двигателя эта температура может повышаться до 610 С. Соломистая масса при попадании на этот коллектор быстро воспламеняется. [2]
Из выпускного коллектора двигателя 1 отработавшие газы направляются в газовыпускную турбину 4 и приводят ее во вращение. [4]
Алитированию подвергают выпускные коллекторы двигателей внутреннего сгорания, трубы паровых котлов и другие детали. При али-тировании в твердой среде ( в порошке) изделия упаковывают в ящики со смесью, состоящей из 48 % алюминия, 48 % окиси алюминия и 2 % нашатыря; затем выдерживают 5 - 15 ч при 900 - 1050 С. [5]
Во избежание попадания соломистых продуктов на выпускной коллектор двигателя работа тракторов, самоходных шасси и автомобилей без капотов или с открытыми капотами запрещается. На комбайнах и других машинах с двигателями внутреннего сгорания, не имеющих капотов, выпускной коллектор защищается металлическим щитком, покрывающим коллектор по всей его длине сверху и сбоку. [6]
Во избежание попадания соломистых продуктов на выпускной коллектор двигателя работа тракторов, самоходных комбайнов и автомобилей без капотов или с открытыми капотами не разрешается. [7]
В плите, закрывающей водяную полость крышки, имеются отверстия для отвода охлаждающей воды в выпускной коллектор двигателя и для установки термометра. [9]
Заслуживает также внимания комбинированная система наддува с преобразователями импульса в виде эжекторов, расположенных между выпускным коллектором двигателя и ГТН. При этом достигается понижение давления в выпускных коллекторах и постоянство давления перед турбиной. [11]
Турбокомпрессоры могут изготовляться с различным числом входных патрубков турбины для подключения двух, трех и четырех выпускных коллекторов двигателя. Турбокомпрессор НВ-20, типичный для конструкции Браш, приведен на фиг. [12]
Глушитель представляет собой прочный металлический бак, емкостью в 5 - 10 раз большей рабочего объема одного цилиндра двигателя. Внутрь глушителя введена труба от выпускного коллектора двигателя, а из глушителя выходит труба для отвода отработавших газов. Некоторые конструкции глушителей имеют дополнительные перегородки с мелкими сквозными отверстиями, разделяющие пространство внутри него на несколько секций. [13]
Сущность метода заключается в определении массы нагара на нагарниках, установленных в камерах сгорания и выпускном коллекторе двигателя, за определенный цикл испытания с последующим расчетом коэффициента эффективности выносителя. Для проведения испытания двигатель ЗИЛ-157К дооборудуется четырьмя гнездами в головке блока для установки в камеры сгорания сменных нагарников типа ПЛ ( рис. 13.11 а), двумя гнездами в выпускном коллекторе для установки сменных охлаждаемых нагарников типа М, омываемых отработавшими газами при выходе из каналов блока цилиндров ( рис. 13.11 6), системой вентиляции картера с внешним отсосом ( взамен штатной замкнутой системы) и системой питания с двумя расходными баками. Испытание проводят следующим образом. Двигатель с установленными вместо нагарников заглушками запускается и прогревается на неэтилированном бензине Б-70 или А-72 до заданных рабочих температур: охлаждающей воды на выходе 60 2 С, масла в картере 80 2 С и гнезд холодного нагарника М 60 2 С. После этого двигатель переводится на питание испытуемым бензином, на котором работает в течение 10 мин на холостом ходу. Затем двигатель останавливается на 10 мин для прочистки гнезд нагарников и установки в них подготовленных ( зачищенных, обезжиренных и взвешенных на аналитических весах) нагарников. По окончании испытания двигатель плавно ( в течение 1 мин) останавливается, нагарники осторожно снимаются и помещаются в эксикатор. [14]
Все трубопроводы электростанции ( выпускные, подкачки топлива в баки, водопроводные) должны быть прочно укреплены и иметь как можно меньше изгибов. Соединения между отдельными звеньями трубопроводов, а также в местах присоединения их к другим частям оборудования ( выпускной коллектор двигателя, глушитель, топливный насос и др.) необходимо хорошо уплотнять с тем, чтобы не было подтекания газов или жидкостей. [15]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru
Выпускной коллектор содержит охлаждаемую рубашку, в которой размещена жаровая труба, имеющая плоскую продольную перегородку, расположенную в плоскости, симметричной относительно каналов, соединяющих окна для выпускных газов, отводимых от головки блока, с окнами жаровой трубы. Одновременно перегородка расположена по оси окон для отвода газов от головки. Жаровая труба может быть выполнена в виде двух полуцилиндрических труб разной длины с общей диаметральной плоской стенкой, сдвинутых относительно друг друга на расстояние, равное расстоянию между осями двух соседних цилиндров двигателя. Изобретение позволяет повысить эффективность работы коллектора, упростить конструкцию и технологию его изготовления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к выпускным системам двигателей внутреннего сгорания, оснащенных газотурбинным наддувом.
Известно, что подвод отработавших газов в двигателе внутреннего сгорания к агрегату наддува - турбокомпрессору, обеспечивающему подачу воздуха повышенной плотности к цилиндрам на тактах впуска, осуществляется с помощью сборника газа - выпускного коллектора, объединяющего выхлоп из цилиндров блока в один трубопровод или систему трубопроводов. Наиболее распространен выпускной коллектор, объединяющий все выхлопы из цилиндров в один общий неразделенный трубопровод. Типичная известная конструкция такого выпускного коллектора, объединяющего выхлоп из всех цилиндров блока в один общий трубопровод, показан, например, на рис. 44 в [1]. Как видно из рисунка, выпускной коллектор имеет общий трубопровод, к которому через газовые патрубки, подсоединенные к выпускным окнам головки блока, подводится отработавший газ от всех цилиндров блока. Колебания давления газа в этом трубопроводе, обусловленные цикличностью работы каждого из цилиндров, имеют тенденцию к сглаживанию своих амплитуд по мере повышения частоты вращения дизеля или увеличения числа цилиндров, подключенных к одному выпускному коллектору. Отмеченное обстоятельство позволяет говорить о выравнивании волн давления в нем, а самому коллектору дать название коллектора постоянного давления (или изобарного). Турбинная ступень турбокомпрессора, подключенная к такому изобарному коллектору, работает на выровненном по давлению газовом потоке, что способствует повышению коэффициента полезного действия (КПД) турбинной ступени и турбокомпрессора в целом, вследствие постоянства скорости обтекания газовым потоком профильных элементов турбинной ступени. Изобарный выпускной коллектор прост конструктивно и технологически, позволяет доступными средствами осуществлять его теплоизоляцию в тех случаях, когда ее наличие диктуется требованиями эксплуатации (судовые, комбайновые двигатели, дизель-генераторные установки и пр.). Вместе с тем отвод отработавших газов в общий присоединенный объем выпускного коллектора сопровождается потерей импульса скорости и давления, формирующегося в газовом патрубке на выходе из цилиндра (указанный импульс на выходе из каждого цилиндра преобразуется в статическое давление во всем объеме выпускного коллектора с необратимой долей гидравлических потерь), что способствует потере части кинетической энергии потока, и, в конечном счете, приводит к уменьшению мощности, развиваемой турбиной, то есть теперь уже к снижению КПД турбинной ступени. Таким образом, совместная работа турбинной ступени с изобарным выпускным коллектором характеризуется двумя противоречивым тенденциями: повышением КПД за счет работы на выровненном по давлению газовом потоке и, одновременно, падением КПД вследствие частичной потери кинетической составляющей энергии потока в изобарном коллекторе. Для двигателей с умеренной быстроходностью и малым числом цилиндров в блоке потеря кинетической составляющей в коллекторе с общим трубопроводом превалирует, и, с точки зрения работы турбинной ступени, изобарной коллектор становится менее эффективным. Другим заметным недостатком изобарного выпускного коллектора является ухудшение процесса газообмена двигателя по причине наложения в нем импульсов выпуска из цилиндров друг на друга. Это приводит к росту работы выталкивания газа из цилиндра, ухудшению очистки цилиндра от выпускных газов, и, в конечном счете, к повышению температуры газа перед турбиной и ухудшению топливной экономичности двигателя. Устранению перечисленных выше недостатков способствует переход к разделенному или импульсному выпускному коллектору, при наличии которого цилиндры одного блока объединены не одним общим, а несколькими, по меньшей мере двумя трубопроводами, к каждому из которых подсоединяется определенная группа цилиндров. На рис. 3 (б и в) в [1] приведены типичные известные концепции конструкции импульсного разделенного выпускного коллектора двигателя, оснащенного газотурбинным наддувом. Как видно из рисунка, цилиндры блока разделены на две группы, каждая из которых объединена своим трубопроводом. Цилиндры блока, подключенные к одному трубопроводу, имеют неперекрывающиеся между собой импульсы выпуска и, как правило, равномерное их чередование для каждого трубопровода. Импульсный выпускной коллектор может состоять из отдельных трубопроводов (см. б) или одного трубопровода, разделенного перегородками по меньшей мере на две части (см. в). Перед входом в турбину трубопроводы, как правило, снова объединены. В случае "б" конструкция выпускного трубопровода усложняется, особенно тогда, когда требуется введение его теплоизоляции. В случае "в" конструкция остается достаточно технологичной, в том числе и с точки зрения осуществления его теплоизоляции. Из сказанного следует, что предпочтительней с точки зрения простоты конструкции является импульсный выпускной коллектор с внутренней перегородкой (см. "в"), при которой сохраняется как бы единый объем коллектора и упрощается организация его теплоизоляции. Условием реализации рассмотренной концепции выпускного коллектора является такое деление цилиндров на две группы, при котором порядок работы последних позволяет объединить рядом расположенные цилиндры без необходимости объединения цилиндров, далеко отстоящих друг от друга или чередующихся в порядке своей работы. Такой благоприятный порядок чередования работы цилиндров характерен, прежде всего, для шестицилиндровых рядных двигателей, пример импульсного выпускного коллектора которого с перегородкой изображен на рис. 3 (в) в [1]. Вместе с тем, имеется группа двигателей, у которых такое благоприятное с точки зрения конструктивной схемы импульсного коллектора чередование работы цилиндров отсутствует. В частности, таковыми являются рядные четырехцилиндровые двигатели с порядком работы цилиндров 1-3-4-2 или 1-2-4-3. Для обеспечения равномерности чередования тактов выпуска в каждом из двух трубопроводов импульсного выпускного коллектора таких двигателей необходимо, как известно, объединить трубопроводами 1-3 и 2-4-ый цилиндры в первом случае и 1-4 и 2-3-ий цилиндры во втором. Приведенный порядок работы, таким образом, требует объединения цилиндров, чередующихся при работе через один цилиндр, или объединения крайних и срединных цилиндров, что делает невозможным использование при этом однотрубного выпускного импульсного коллектора с перегородкой типа показанной на фигуре 3 (в) в [1], поскольку приходится объединять в группу цилиндры не соседние, а отстоящие друг от друга, разделенные цилиндрами другой группы. Такого рода выпускной коллектора показан на рис. 31 в [1], который имеет сложную пространственную конструкцию, затрудняющую введение экранирующей рубашки с целью его теплоизоляции, а также усложняющую и удорожающую технологию его изготовления. Задача, таким образом, состоит в том, чтобы применительно, например, к четырехцилиндровому двигателю с чередующимся порядком работы цилиндров разместить в одном объеме выпускного коллектора по меньшей мере два импульсных канала-трубопровода, объединяющих цилиндры, порядок работы которых является оптимальным с точки зрения равномерности и сохранения импульсности, и повысить тем самым компактность выпускного коллектора, а также упростить его конструкцию и технологию изготовления. Указанная задача решается тем, что выпускной коллектор, для двигателя внутреннего сгорания с импульсным газотурбинным наддувом, содержит жаровую трубу с окнами для выпускных газов, разделенную продольной перегородкой на отдельные каналы, которая установлена в плоскости, проходящей через оси окон жаровой трубы, и развернута в месте сопряжения с окнами на угол a > arcsin (B/D), где B - ширина окна в замеряемом сечении, D - диаметр жаровой трубы. Примером такого известного решения является импульсный разделенный выпускной коллектор по авторскому свидетельству СССР 479878 [2], взятому в качестве прототипа предлагаемого изобретения. В таком известном выпускном коллекторе жаровая труба разделена продольной перегородкой на отдельные каналы и заключена в охлаждаемую рубашку, в которой выполнены полости для прохода охлаждающей жидкости. Продольная перегородка расположена в плоскости, проходящей через оси входных окон, и в месте сопряжения с последними развернута в ту или другую сторону. Разворот перегородки зависит от того, с каким продольным каналом необходимо соединить данный цилиндр, а угол разворота определяется по зависимости, приведенной выше. Варьируя направлением разворота продольной перегородки, можно, не изменяя остальных деталей выпускного коллектора, получить различные сочетания цилиндров по выпуску. Перегородки, таким образом, будут отличаться друг от друга лишь количеством винтообразных поворотов. Для четырехцилиндрового двигателя, например, с порядком работы 1-2-4-3 необходимо иметь три поворота, а для порядка работы 1-3-4-2 необходимо иметь два поворота. Для повышения надежности работы продольной перегородки и уменьшения трудностей при ее приварке к жаровой трубе последняя может быть образована из двух труб полуцилиндрической формы [3], сопряженных по диаметральным стенкам, образующим продольную перегородку между каналами. Эта перегородка также имеет пространственную винтообразную форму и может быть выполнена с помощью продольно-винтовой прокатки. Недостатки такого известного выпускного коллектора заключаются как раз в наличии этих винтообразных поворотов в продольной перегородке, размещающихся в промежутках между выпускными окнами цилиндров двигателя с газотурбинным наддувом. Указанный промежуток в сопоставлении с диаметром жаровой трубы невелик, и угол закрутки винтообразной поверхности на этой малой длине между двумя соседними выпускными окнами таков, что приводит к резкому повороту газового потока вокруг продольной оси его движения, что увеличивает гидравлические необратимые потери в нем. Эти потери еще более вырастают, если двигатель имеет два выпускных клапана, следовательно, и два выпускных окна, вследствие чего длина винтообразного поворота еще более сокращается и, следовательно, крутизна поворота газового потока между двумя соседними цилиндрами еще больше увеличивается. Выполнение каналов из двух труб полуцилиндрической формы с винтообразными диаметральными стенками требует специального станочного оборудования, остается технологически и конструктивно сложным и также является недостатком рассматриваемого решения. Наконец, еще одним недостатком рассматриваемого известного решения является наличие присоединенных паразитных объемов в жаровой трубе, в районе тупикового конца выпускного импульсного коллектора. В самом деле, продольная перегородка, делящая коллектор на две половины, в районе цилиндра, ближайшего к тупиковому концу коллектора, образует паразитный объем, присоединенный к соседнему по отношению к тупиковому цилиндру двигателя. Газовый поток по этому паразитному объему не движется. Экспериментальные исследования показывают, что наличие такого паразитного объема на тупиковой стороне коллектора неблагоприятно влияет на развитие колебательных процессов в импульсном коллекторе, что снижает эффективность работы того импульсного трубопровода, к которому этот паразитный объем присоединен. Задача, таким образом, состоит в том, чтобы уменьшить потери в винтообразной продольной перегородке выпускного коллектора, а в предельном случае свести их к нулю, устранить паразитные объемы в коллекторе, снижающие эффективность его работы, а также упростить конструкцию и технологию изготовления. Поставленная задача решается тем, что в выпускном коллекторе двигателя внутреннего сгорания с импульсным газотурбинным наддувом, содержащем охлаждаемую рубашку, в которой размещена жаровая труба с окнами для выпускных газов, разделенная на отдельные каналы продольной перегородкой, которая, согласно изобретению, выполнена плоской и установлена симметрично относительно каналов отвода газов от окон в головке блока к окнам, выполненным в жаровой трубе, и на оси, проходящей через окна отвода газов от головки блока. Жаровая труба может быть выполнена в виде двух полуцилиндрических труб с общей диаметральной плоской стенкой, сдвинутых относительно друг друга на расстояние между осями двух соседних цилиндров двигателя. Совокупность существенных признаков заявляемого изобретения достаточна и необходима для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата - поставленной задачи. Для пояснения сущности предлагаемого изобретения ниже приводится пример его исполнения со ссылкой на чертежи, где - на фиг. 1 изображен поперечный разрез выпускного коллектора; - на фиг. 2 изображен общий вид выпускного коллектора с жаровой трубой из двух полуцилиндрических труб. Из фиг. 1 следует, что предлагаемый выпускной коллектор состоит из охлаждаемой рубашки 1, в котором размещена жаровая труба 2, имеющая плоскую продольную перегородку 3, расположенную в плоскости, симметричной относительно каналов 4, соединяющих окна 5 для выпускных газов, отводимых от головки блока 6, с окнами 7 жаровой трубы 3. Одновременно, перегородка 3 расположена по оси окон 5 для отвода газов от головки 6. Из фиг. 1 видно, что соответственно принятому порядку работы цилиндров каналы 4, соединяющие окна 5 и 7, симметрично отклонены в одну или другую стороны так, что при этом организуется подвод газов от цилиндров двигателя к каналам в жаровой трубе 2 без необходимости прибегать к винтообразной перегородке, поскольку в предлагаемом изобретении отклоняется не стенка перегородки по винтообразной кривой, а каналы 4 подвода газа к окнам жаровой трубы 2, выполненные в охлаждаемой рубашке 1. На фиг. 2 показана возможность выполнения жаровой трубы в виде двух полуцилиндрических труб 8 и 9 разной длины, с общей диаметральной плоской стенкой, сдвинутых относительно друг друга на расстояние, равное расстоянию между осями двух соседних цилиндров двигателя. При этом, как видно из фиг. 2, паразитный объем у тупикового конца выпускного коллектора ликвидирован. Таким образом, предлагаемое решение конструкции выпускного коллектора импульсного типа позволяет: - компактно разместить в нем два импульсных разделенных трубопровода, сохраняя неизменным внешнюю конфигурацию и строительные объемы традиционного выпускного коллектора изобарного типа; - обеспечить требуемое разделение импульсов и равномерность их чередования, как и в импульсном выпускном коллекторе традиционного разделенного типа; - выполнить продольную перегородку плоской формы вместо винтообразной, что сводит местные гидравлические потери у диаметральной стенки практически к нулю; - упростить конструкцию и технологию изготовления в случае применения двух полуцилиндрических труб, вследствие замены винтообразной диаметральной стенки на плоскую, а также ликвидировать паразитный объем у тупикового конца коллектора. В целом, предлагаемое изобретение позволяет объединить компактность и простоту конструкторских и технологических решений неразделенного выпускного коллектора постоянного давления с эффективностью работы импульсного разделенного выпускного коллектора. Новым существенным признаком предлагаемого решения, отличающимся от других решений той же задачи, является применение в импульсном выпускном коллекторе плоской перегородки в сочетании с симметрично отклоняющимися относительно этой перегородки каналами подвода газа к жаровой трубе, а также сдвижка на межцилиндровое расстояние одной трубы относительно другой в случае применения двух полуцилиндрических труб с диаметральной плоской перегородкой. Использование предлагаемого выпускного коллектора в составе двигателей внутреннего сгорания даст значительный полезный эффект. Источники информации 1. А. Э. Симсон, В.Н. Каминский и др. "Турбонаддув высокооборотных дизелей", М., "Машиностроение", 1976 г. 2. Авторское свидетельство СССР N 479878, кл. F 01 N 5/04 - прототип. 3. Авторское свидетельство СССР N 584085, кл. F 01 N 5/04, 1976 г.Формула изобретения
1. Выпускной коллектор двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом, например импульсным, содержащий охлаждаемую рубашку, в которой размещена жаровая труба с окнами для выпускных газов, разделенная продольной перегородкой на отдельные каналы, отличающийся тем, что продольная перегородка выполнена плоской и установлена по оси окон головки блока для подвода газа к жаровой трубе и по оси симметрии относительно каналов подвода газа к жаровой трубе. 2. Выпускной коллектор по п.1, отличающийся тем, что жаровая труба выполнена в виде двух полуцилиндрических труб разной длины с общей диаметральной плоской стенкой, сдвинутых одна относительно другой на расстояние между осями двух соседних цилиндров двигателя.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2www.findpatent.ru
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.
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.
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.
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.
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.
portalvaz.ru
