НУ что вот и добрались мы до этих узлов в автомобиле, уж сколько мы говорили о коллекторах просто не счесть. Сколько мне задавали про них вопросов — очень много. Поэтому сегодня настал тот момент, когда стоит открыть занавес и подробно рассказать про эти «сложные узлы». НА машинах их всего два, это впускной и выпускной тип, не смотря на похожее строение, выполняют они совершенно различные функции двигателя …
СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ
Для начала начнем с определения.
Коллектор – это часть впускного или выпускного тракта систем автомобиля. Обычно «впускной» служит для подвода и смешения топливной смеси до цилиндров двигателя, а вот «выпускной» наоборот отводит уже сгоревшие газы в катализатор, и после в глушитель.
Если можно так выразиться — стоят они зачастую «бок о бок» друг от друга, хотя и не соприкасаются вовсе. Скажу больше зачастую материалы, из которых они сделаны, категорически отличаются.
Если утрировать то коллектора это 4 трубы, которые соединяются в одну. То есть своего рода «штаны», только на четыре «штанины». Нужно отметить, что бывают и на «две – три» или даже «шесть» труб. Такое устройство обусловлено количеством цилиндров в двигателе, как мы знаем на автомобиле «ОКА» было всего два цилиндра (две трубы), например на новых FORD есть варианты с тремя (трехтрубный), а на некоторых представительских авто – шесть цилиндров (шеститрубный). Причем это будут как впускной, так и выпускной коллектора.
Вот только верхняя точка, где один выход у них будут отличаться:
Впускной – подключается к системе подачи воздуха или топлива, поэтому в «верхней точке» будет стоять либо карбюратор, либо дроссельная заслонка.
Выпускной – подключается к глушителю, отводит отработанные газы. Сейчас зачастую подключается к катализатору.
Теперь подробнее о каждом из типов.
Основная задача — подвести топливную смесь, либо воздух к цилиндрам двигателя. На данный момент есть две основные системы подачи топлива и в зависимости от их конструкции в нем либо происходит смешение бензина и воздуха, либо нет. Подробно в этой статье читаем.
Материал, из которого изготавливается зачастую высокотемпературный пластик, хотя раньше были только металлические варианты (сделанные из алюминия), пластик ставят в угоду экономии, а также для снижения веса автомобиля.
Крепится широкой частью (где 2 – 3 – 4 – 6 труб), обычно к головке блока цилиндров, подсоединяется в специальные каналы, где происходит засос топливной смеси или воздуха. Работает в «паре» с впускными клапанами — то есть клапана открываются, и из коллектора засасывается топливная смесь (или воздух) – далее клапана закрываются – смесь остается в цилиндрах.
Как вы понимаете, здесь зачастую нет высоких температур, поэтому и пластик в конструкции коллектора. Хотя он должен держать около 100 градусов Цельсия, все же головка блока разогревается от работы поршней и воспламенения топлива внутри.
Если взять систему распределенного впрыска топлива, то в коллектор, в конце, почти перед клапанами встроены инжектора, которые подают бензин, смешение с воздухом происходит здесь же. После этого клапана открываются, и происходит засос ТВС (топливно-воздушной смеси).
В системе с непосредственным впрыском топлива, в коллекторе присутствует только воздух, который подается дроссельной заслонкой, клапана открываются — происходит засос воздуха в цилиндры — смешение не происходит в коллекторе, оно смешивается внутри цилиндров.
В верхней точке, где 4 трубы соединяются в одну, сейчас стоит дроссельная заслонка, которая руководит подачей воздуха, раньше на старых системах впрыска, стояли карбюратор или моно-впрыск.
Итак, второй претендент, он также выполняет немаловажную роль – отвод сгоревших газов. После того как впускные клапана были закрыты, топливо сжимается и поджигается свечой зажигания – происходит мини взрыв, поршни идут вниз – открываются выпускные клапана и отводят сгоревшие газы.
Вот только после клапанов они должный выйти в глушитель, а собирает их, из каждого цилиндра как раз выпускной коллектор (также по одной трубе на цилиндр). Он также подсоединен своей широкой частью к головке блока, только (если утрировать) с другой стороны, далее по трубам газы собираются в одну большую, как правило, сначала стоит катализатор, который дожигает газы, затем после него уже идет глушитель (может стоять и отвод для турбины). После этого газы уходят дальше после в окружающую среду. Стоит упомянуть – этот тракт гасит не только отработанные газы, но и звук выхлопа! Точнее не он сам, а глушитель которую он передает «отработку».
Как вы понимаете выпускной коллектор, работает с высокими температурами, ведь зачастую выхлоп может разогреваться до 950 градусов Цельсия. Поэтому обязательно нужно применять металлы, да не простые, а тугоплавкие способные выдерживать высокие показатели «тепла».
В этот отводящий коллектор, зачастую вкручивают датчик, это «лямба-зонт» или кислородный датчик, он «следит» за содержанием кислорода и других газов в выхлопе.
Благодаря этому датчику корректируется подача топливной смеси через наш «подающий» коллектор, то есть получается взаимосвязь.
Выпускной тракт, обычно в автомобилях очень прочный, служит почти весь срок эксплуатации автомобиля.
Если честно то очень и очень редко, ведь по сути это трубы по которым идет либо ТВС, либо отработанные газы, тут ломаться то просто нечему. Справедливости ради стоит отметить — что все же впуск можно сломать, если сделан из пластика, а вот выпуск, практически вечен – ходит ошибочное представление что он прогорает – но это не так. Выпускной коллектор, сам не страдает, как правила выходят из строя элементы, которые за ним идут, например катализатор или части глушителя (даунпайп).
Если разобраться, то обе эти системы достаточно примитивны, но каждая из них выполняет функции, без которых работа двигателя внутреннего сгорания просто не возможна. Не смотря на различия систем, все же они взаимосвязаны, так система «впрыска», получает информацию от «лямба-зонта», который установлен в «выпуске», если он сломается то ваш автомобиль будет потреблять больше топлива, иногда до двух раз.
Сейчас видео версия статьи, смотрим.
НА этом заканчиваю, читайте наш АВТОБЛОГ.
avto-blogger.ru
По большей части материалом для изготовления выпускного коллектора является чугун. С одной стороны впускной коллектор прикреплен к самому двигателю внутреннего сгорания. С другой стороны он прикреплен к выхлопной трубе или, при установке, к катализатору. В связи со спецификой расположения впускного коллектора его работа проводится в достаточно экстремальных условиях.
Температура у выхлопных газов в редкостных случаях может превышать несколько тысяч градусов. Исходя из этого, после того как двигатель был остановлен охлаждение происходит достаточно быстро с определенным выбросом конденсата. Итог один, а точнее – одна проблема – скоропостижное ржавление коллектора.
Она отражается от самого близкого ей препятствия и возвращается на обратный путь к цилиндру и, после прохода среднего диапазона в оборотах, она подходит непосредственно к цилиндру ко времени последующего очередного такта выпуска. Именно это помогает последующим отработанным газам спокойно и равномерно покидать засоренный цилиндр.
Данное устройство является очень важным для успешного функционирования всей системы транспортного средство. Это объясняется тем, что именно в впускном коллекторе встречается воздух и топливо. Вследствие этого и возникает горючая смесь с необходимой консистенцией. Помимо этого, данное устройство контролирует процесс, в котором данная консистенция должна прямолинейно и равномерно делиться во все определенные цилиндры.
Это, в свою очередь, очень важная процедура, так как только таким методом можно достигнуть наибольшей производительности двигателя внутреннего сгорания транспортного средства. Именно поэтому не стоит пренебрегать процедурами ремонта и чистки впускного коллектора, так как это чревато очень негативными последствиями.
Помимо этого, на впускном коллекторе крепятся определенные элементы двигателя. Таковыми являются: карбюратор, инжекторная топливная аппаратура, дроссельные заслонки. В впускном коллекторе образуется определенный вакуум, который является источником силы приводов для многих систем: круиз-контроль, стеклоочистители, вакуумный усилитель тормозов. В случае неисправности или вывода из строя одной из вышеуказанных систем, как обычно бывает, потребуется полное снятие впускного коллектора.
Датчик, который расположен на впускном коллекторе фиксирует давление и температуру, а непосредственно блок управления уже высчитывает всю массу воздуха расположенную в нем. Исходя из полученных данных и формируются определенные импульсы, с помощью которых и осуществляется прямое управление форсунками. Именно таким образом происходит смешивание воздуха и топлива заданного состава.
В средине самой детали устройства располагается вал переключения и вакуумный элемент. На этот же элемент через заслонки подается разряжение в патрубок впускного коллектора. Это разряжение вырабатывается тандемным насосом. Каждый канал впуска разделяется на участок наполнения и вихревой участок. Вал переключения, в свою очередь, может перекрывать только участок наполнения. Именно в этот момент через вихревой канал происходит высасывание выхлопных газов. Таким образом и скорость потока в этом канале существенно увеличивается.
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.
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.
Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.
Была ли эта статья полезна?Да Нет
auto.today
В бытовом электрооборудовании, где используются электродвигатели, как правило, устанавливаются электромашины с механической коммутацией. Такой тип двигателей называют коллекторными (далее КД). Предлагаем рассмотреть различные виды таких устройств, их принцип действия и конструктивные особенности. Мы также расскажем о достоинствах и недостатках каждого из них, приведем примеры сферы применения.
Под таким определением подразумевается электромашина, преобразовывающая электроэнергию в механическую, и наоборот. Конструкция устройства предполагает наличие хотя бы одной обмотки подсоединенной к коллектору (см. рис. 1).
Рисунок 1. Коллектор на роторе электродвигателя (отмечен красным)В КД данный элемент конструкции используется для переключения обмоток и в качестве датчика, позволяющего определить положение якоря (ротора).
Классифицировать данные устройства принято по типу питания, в зависимости от этого различают две группы КД:
Первые, делятся на два подвида, в зависимости от организации индуктора он может быть на постоянных магнитах или специальных катушках возбуждения. Они служат для создания магнитного потока, необходимого для образования вращательного момента. КД, где используются катушки возбуждения, различают по типам обмоток, они могут быть:
Разобравшись с видами, рассмотрим каждый из них.
На рисунке ниже представлен внешний вид электромашины данного типа и ее основные элементы конструкции. Данное исполнение характерно практически для всех КД.
Конструкция универсального коллекторного двигателяОбозначения:
У устройств данного типа, возбуждение может быть последовательным и параллельным, но поскольку последний вариант сейчас не производят, мы его не будем рассматривать. Что касается универсальных КД последовательного возбуждения, то типовая схема таких электромашин представлена ниже.
Схема универсального коллекторного двигателяУниверсальный КД может работать от переменного напряжения благодаря тому, что когда происходит смена полярности, ток в обмотках возбуждения и якоря также меняет направление. В результате этого вращательный момент не изменяет своего направления.
Основные недостатки данного устройства проявляются при его подключении к источникам переменного напряжения, что отражается в следующем:
Ранее КД широко применялись, во многих бытовых электроприборах (инструмент, стиральные машины, пылесосы и т.д.). На текущий момент производители практически престали использовать данный тип двигателей отдав предпочтение безколлекторным электромашинам.
Теперь рассмотрим коллекторные электромашины, работающие от источников постоянного напряжения.
Конструктивно такие электромашины отличаются от универсальных тем, что вместо катушек возбуждения используются постоянные магниты.
Конструкция коллекторного двигателя на постоянных магнитах и его схемаЭтот вид КД получил наибольшее распространение по сравнению с другими электромашинами данного типа. Это объясняется невысокой стоимостью вследствие простоты конструкции, простым управлением скорости вращения (зависит от напряжения) и изменением его направления (достаточно изменить полярность). Мощность двигателя напрямую зависит от напряженности поля, создаваемого постоянными магнитами, что вносит определенные ограничения.
Основная сфера применения – маломощные приводы для различного оборудования, часто используется в детских игрушках.
КД на постоянных магнитах с игрушки времен СССРК числу преимуществ можно отнести следующие качества:
Основные недостатки:
Для устранения одного из основных недостатков данных устройств (старения магнитов) в системе возбуждения используются специальные обмотки, перейдем к рассмотрению таких КД.
Первые получили такое название вследствие того, что обмотки индуктора и якоря не подключаются друг к другу и запитываются отдельно (см. А на рис. 6).
Рисунок 6. Схемы КД с независимой (А) и параллельной (В) обмоткой возбужденияОсобенность такого подключения заключается в том, что питание U и UK должны отличаться, в противном случае н возникнет момент силы. Если невозможно организовать такие условия, то катушки якоря и индуктора подключается параллельно (см. В на рис. 6). Оба вида КД обладают одинаковыми характеристиками, мы сочли возможным объединить их в одном разделе.
Момент силы у таких электромашин высокий при низкой частоте вращения и уменьшается при ее увеличении. Характерно, что токи якоря и катушки независимы, а общий ток является суммой токов, проходящих через эти обмотки. В результат этого, при падении тока катушки возбуждения до 0, КД с большой вероятностью выйдет из строя.
Сфера применения таких устройств – силовые установки с мощностью от 3 кВт.
Положительные черты:
Минусы:
Схема такого КД представлена на рисунке ниже.
Схема КД с последовательным возбуждениемПоскольку обмотки включены последовательно, то ток в них будет равным. В результате этого, когда ток в обмотке статора становится меньше, чем номинальный (это происходит при небольшой нагрузке), уменьшается мощность магнитного потока. Соответственно, когда нагрузка увеличивается, пропорционально увеличивается мощность потока, вплоть до полного насыщения магнитной системы, после чего эта зависимость нарушается. То есть, в дальнейшем рост тока в обмотке катушки якоря не приводит к увеличению магнитного потока.
Указанная выше особенность проявляется в том, что КД данного типа непозволительно запускать при нагрузке на четверть меньше номинальной. Это может привести к тому, что ротор электромашины резко увеличит частоту вращения, то есть, двигатель пойдет «в разнос». Соответственно, такая особенность вносит ограничения на сферу применения, например, в механизмах с ременной передачей. Это связано с тем, что при ее обрыве электромашина начинает работать в холостом режиме.
Указанная особенность не распространяется на устройства, чья мощность менее 200 Вт, для них допустимы падения нагрузки вплоть до холостого режима работы.
Преимущества КД с последовательной катушкой, такие же, как у предыдущей модели, за исключением простоты и динамичности управления. Что касается минусов, то к ним следует отнести:
Как видно из схемы, представленной на рисунке ниже, индуктор на КД данного типа обладает двумя катушками, подключенных последовательно и параллельно обмотке ротора.
Схема КД со смешанными катушками возбужденияКак правило, одна из катушек обладает большей намагничивающей силой, поэтому она считается, как основная, соответственно, вторая – дополнительная (вспомогательная). Допускается встречное и согласованное включение катушек, в зависимости от этого интенсивность магнитного потока соответствует разности или сумме магнитных сил каждой обмотки.
При встречном включении характеристики КД становятся близкими к соответствующим показателям электромашин с последовательным или параллельным возбуждением (в зависимости от того, какая из катушек является основной). То есть, такое включение актуально, если необходимо получить результат в виде неизменной частоты оборотов или их увеличению при возрастании нагрузки.
Согласованное включение приводит к тому, что характеристики КД будут соответствовать среднему значению показателями электромашин с параллельными и последовательными катушками возбуждения.
Единственный недостаток такой конструкции – самая высокая стоимость в сравнении с другими типами КД. Цена оправдывается благодаря следующими положительными качествами:
www.asutpp.ru
Коллекторный двигатель – это электрический мотор, где движение ротора сопровождается постоянной внутренней перекоммутацией обмоток.
Главной деталью считается коллектор. На фото показано, что деталь трудно перепутать. Коллектор легко просматривается через любую щель. Это барабан медного цвета, состоящий из множества отделённых друг от друга канавками ламелей. Структура коллектора сложна, каждую катушку нужно включить в двух направлениях для увеличения мощности. Этого не сделал однажды Якоби, и результат получился посредственным.
Обмотка якоря (движущейся части двигателя) состоит из множества катушек, образующих полюса. Конструкция симметрична для минимизации люфта, биений, снижения уровня вибраций. Это повышает срок эксплуатации изделия.
Коллектор, укреплённый на валу, становится распределителем электрической энергии, механическим коммутатором. Сегодня альтернативой этому варианту признаны вентильные двигатели с электронным управлением. За счёт своеобразной конструкции коллектор сильно искрит: при разрыве поверхностей щётки и ламели образуется быстро гаснущая дуга. Это становится причиной шума. По уровню постороннего звука коллекторные двигатели превосходят в разы прочие приспособления.
Щётки постепенно изнашиваются. Они состоят из контакта-шайбы под резьбовое соединение; толстого, характерного вида многожильного медного провода и графитового тела. По этим признакам узнаётся коллекторный двигатель, если задняя его часть закрыта кожухом, как показано на фото. Не нужно искать графитовое тело, достаточно посмотреть, куда идёт кабель. Конструкция держателей различается, но щётка легко снимается и заменяется на новую. Для обеспечения надёжного контакта служит прижимная пружина. Она присутствует во всех конструкциях, графитовое тело в процессе эксплуатации стачивается.
Несложно проиллюстрировать на болгарке (угло-шлифовальной машине). Для доступа имеются специальные крышки, позволяющие заменить щётку, не вскрывая корпуса. Чем обеспечиваются высокие эксплуатационные качества. Часто объем работ по резке и зачистке металлов на болгарку ложится большой, в пылу работы разбирать корпус не станет лучшим решением. Если присутствуют крышки, показанные на фото, достаточно снять их и заменить деталь. Резьбовое соединение здесь отсутствует, щётка прижимается к коллектору непосредственно крышкой.
Шлицевой отвёрткой нужно провернуть заглушку и извлечь старую щётку. Контактная площадка легко выбрасывается наружу, подталкиваемая пружиной. При невозможности достать идентичную щётку, допускается графитовое тело подточить. Форма контакта роли не играет, при необходимости припаивается нужной формы шайба, площадка и пр.
Из сказанного следует, что коллекторный двигатель в высшей степени ремонтопригодный. Отношение свысока к конструкциям постоянного тока неправильная политика. Эффективность переменного тока (крутящий момент, КПД) ниже. Причина — скорость вращения вала не всегда совпадает с частотой сети. Сложно предсказать результат векторного сложения полей всех полюсов.
Первые мощные электрические двигатели, способные тянуть составы поездов, основывались на поступательном движении якоря, притягиваемого и толкаемого электромагнитом. Это моторы Кларка и Пейджа, появившиеся в 40-х годах XIX века. Роторные приводы с коллекторами, изобретённые раньше, не обретали должной популярности из-за малой мощности. К последнему типу относились двигатели:
Начало конструкции коллекторных двигателей заложили Волластон, Фарадей, Ампер, Барлоу и Ритчи. Все последующее – повторение их идей в определённой степени. На момент 1850 года многими инженерами (Джоуль, Скорсби и пр.) вычислено, что электрическая энергия обходится до 25 раз дороже пара. Следовательно, конструкторы упёрлись в необходимость создать генератор, чего и достигли в скором времени (обратимость генераторов и двигателей предсказал Ленц в 1833 году).
Коллекторные двигатели появились первыми. Все пошло от Майкла Фарадея, показавшего: если непрерывно подавать на провод электрический ток, удаётся заставить жилу вращаться вокруг магнита. Опыт проделан в 1821 году, о чем доложено Королевской академии. С оговоркой – Фарадей заявил, что идея не удалась. Учёный продолжал опыты и к ноябрю добился успеха. Параллельно опытом занимались прочие физики, слушавшие доклад, и тоже добились успеха.
Майкл Фарадей сегодня считается отцом коллекторных двигателей. Следом подобную машину собрал Барлоу.
Больше всего колесо Барлоу напоминает зубчатый диск пилорамы, подвешенный низко над столом. Нижний край его опущен в ёмкость с ртутью, в конец которого свешен провод с током. Это жидкий контакт, использованный и Майклом Фарадеем в 1821 году. С торцов нижнего края диска находится два полюса подковообразного постоянного магнита: южный и северный. Линии напряжённости диска направлены под углом, начинается вращение. Провод закорачивается через диск и станину на источник напряжения (вольтов столб).
Из сказанного видно, что принцип действия колеса Барлоу аналогичен использованному Майклом Фарадеем. Последний остановил свои исследования. Наставник Фарадея, много радевший о принятии Майкла в состав Королевского общества Англии, считал идеи подопечного плагиатом от установки Волластона, не работавшей по непонятной причине. Вместо ртути возможно налить подкрашенную воду (см. рис.), а ограничивает скорость вращения колеса – лампочка-индикатор. На целых 10 лет история создания коллекторного двигателя приостановилась.
Новая оригинальная идея принадлежит профессору Вильяму Ритчи. Он первым изобрёл двигатель с вращающимся валом, хотя российская литература отдаёт прерогативу Якоби. В журнале Philosophical Transactions от 20 марта 1833 года за номером 123 опубликована заметка, где указывалось несколько конструкций. Автор уверяет, что первый аппарат оказался собран ещё 9 месяцев назад (июнь 1832 года). Согласно рекомендации следует изготовить круглую подставку из древесины с жёлобом по внешнему периметру с налитой туда ртутью. Жёлоб по диаметру разделён на две равные части пологой перегородкой из древесины.
По центру подставки смонтирована тонкая ось, на которой вращается длинный брусок электромагнита. Полюса его питаются от двух проволок, окунаемых в ртуть. В момент прохождения импровизированными контактами перегородок происходит смена полюсов. Теперь, если над отключённой установкой подвесить подковообразный постоянный магнит, а источник питания замкнуть, ротор начинает вращаться!
Установка Ритчи считается первым в мире коллекторным двигателем. Правда, ртутный распределитель стоит на статоре, ныне он стал частью ротора. Смысл: особая конструкция позволяет сменить полярность электромагнита, что считается основной идеей конструкции любого коллекторного двигателя. Используя идеи Ампера, Ритчи сориентировал станину так, чтобы граница раздела канавки, заполненной ртутью, совпадала с географическим меридианом, и ротор стал вращаться в поле Земли!
Изобрёл профессор и прочие любопытные вещи, часть из которых связана с рассматриваемой темой. В то время (1834 год) доктор Эдмундсон из Балтиморы сконструировал подобие мельницы с коммутируемыми контактами. Здесь уже сдвоенный коллектор из крестовин стоял на окончаниях оси ротора, а единственный коммутируемый подковообразный электромагнит образовывал статор. Отключая и включая питание, крутящийся вал заставлял двигатель работать – притягивать одно окончание центрального креста. Последние два устройства составляют базис для конструирования рассматриваемого класса изделий.
Итак, теперь ясно, что Якоби не изобретал коллекторного двигателя. Но сумел приспособить и улучшить заимствованные идеи и через год собрать отличный двигатель, коллектор которого состоял уже из 4-х секций на каждом из 4-х токосъёмников. Заимствование идеи опознаётся по факту, что перегородки между контактными площадками сформированы по образцу.
Главная заслуга инженера — сумел выбить из царя 8000 рублей на развитие изобретения, обещая удивить Неву электрическими лодками на зависть Темзе и Тибру. Двигатели Якоби отличались большим количеством полюсов. Первый вариант состоял из четырёх электромагнитов на статоре и аналогичного количества на роторе. Для коммутации оси стояли четыре кольца, на каждом – по 4 проводящих сектора, разделённых участками древесины. Налицо повтор описанных конструкций.
Задумка не отличалась оригинальностью. Четыре магнита ротора и статора поочерёдно включались и выключались путём коммутации питающих контактов. Два кольца предназначались для управления подвижной частью и два – неподвижной. Полюсы делились на две пары, включаемые попеременно. Конструкция ротора и статора в этом плане идентична. Для обеспечения правильной временной коммутации кольца-съёмники пары смещены друг относительно друга на 45 градусов: пока работает первая, вторая бездействует.
Видео работающего двигателя выложено на Ютуб youtube.com/watch?v=kIPyyGyBZ60, а скрины красочны, благодаря Электротехническому институту ETI, подразделению Института технологий Карлсруэ KIT (eti.kit.edu) в целом и Мартину Доппельбауэру в частности. Конструкцию считают самым мощным коллекторным двигателем до прихода 40-х годов XIX века
Задокументировано, что 13 сентября 1838 года первая электрическая лодка длиной 28 футов прошла за 7 часов расстояние в 7,5 км и обратно по Неве со средней скоростью 2,5 км/ч. Двигатель мощностью 300 Вт питался от 320 пар медно-цинковых пластин суммарным весом 200 кг, размещённых по обоим бортам судна. Неизвестно доподлинно, остались ли довольны 14 пассажиров, и находился ли среди них Ленц, но массового распространения данный вид транспорта не получил по очевидным соображениям: слишком большой расход цинка.
Ситуация начала меняться после 1859 года, в котором Гастон Планте изобрёл свинцово-кислотные аккумуляторные батареи с восполняемым зарядом. Якоби несколько лет работал над собственным изобретением, но единственным ответом на усилия стало увеличение скорости судна в полтора раза (1839 год). Следующим годом Сибрандус Стратинг из Гронингена спустил на воду электрическую лодку, занимался и электромобилями.
В итоге, первый электрический флот появился на Темзе. Произошло это полвека спустя (1882 год). Флотилия началась с первого судна длиной 7,6 метров, названного громким словом Электричество. Неся на борту новые аккумуляторы и совершенные коллекторные двигатели, оно сумело развить скорость 13 км/ч и удерживать показатель в течение 6 часов. К 1888 году по Темзе ходил небольшой флот судов (6 штук), заряжаемых от электростанций, раскиданных по берегам реки. Ни одно из творений не сохранилось, но современный музей может похвастаться 16-метровой Мэри Гордон выпуска августа 1900 года.
Сегодня тяговые коллекторные двигатели ставят на локомотивы и пылесосы, в дрели и стиральные машины. C 1844 года активно использовались генераторы переменного тока Вулрича совместно с выпрямляющими коммутаторами. Этой мерой пытались снизить цену за вырабатываемую энергию. Прежде эксперименты шли с постоянным током, вырабатываемым медными и цинковыми кружками, и коллекторные двигатели рассчитывались на указанные условия.
Первый генератор создан в 1832 году Ипполитом Пикси. Как и первые мощные двигатели, создавался с поступательным ходом якоря. Следующим годом Ленц доложил об обратимости генераторов, что наталкивало на мысль о возможности создания коллекторных разновидностей устройств. Что уже прямо приводит к использованию энергии ветра, воды, газа, пара и пр. для создания электрической энергии. Хотя до 90-х годов напарником генератора оставался коммутатор-выпрямитель.
Считается, что первым прижимные щётки придумал Вернер Сименс. Он занимался конструированием мощных динамо машин (1866 год). Исследователи в этой области важную роль отводят Аньошу Йедлику. Его имя называют первым среди изобретателей двигателей постоянного тока (см. видео youtube.com/watch?v=QFz70sdPf-8). Изобретатель говорит, что собственную машину собрал в 1827 году. Факт не задокументирован среди патентов, журналов, периодических изданий. Приходится думать, что вращающаяся конструкция действительно собиралась до опытов Майкла Фарадея с электромагнитной индукцией.
Конструкция Йедлика напоминает как две капли воды изделие Ритчи, описанное выше. Выгодно отличаясь отсутствием ртути. Контактом аккумулятора служит медный диск, разделённый диаметрально пополам. Поле статора создаётся витком толстой медной проволоки, на якоре расположены две последовательно соединённые обмотки, с токосъёмниками, волочащимися по поверхности диска. Два раза за оборот полярность полюсов статора меняется, что обеспечивает конструкции жизнеспособность.
Выходит, Йедлика уместно считать изобретателем первого в мире устройства с автоматической коммутацией полюсов. Коллектор расположен на станине, следовательно, считается статором. Упомянем Якоби, первым показавшего миру, как делать токосъёмник, на основе чего грядущие поколения смогли сделать прижимные щётки. Йедликом и Якоби сделаны две вещи, прямо касающиеся дальнейшей судьбы коллекторных двигателей:
Кажется невероятным, но Йедлик не патентовал свои изобретения и не доводил до общественности, потому что считал: информация уже давно известна. Следует напомнить, что с началом технической революции научное общество Европы раскололось, а США начали тянуть одеяло на себя. Промышленники быстро увидели, что за счёт науки легко заработать, идеи не предавались широкой огласке.
Первым догадался применять переменное напряжение для создания вращающегося магнитного поля Тесла. Учёный в противовес Эдисону полностью отказался от коллекторов и работал исключительно над синхронными и асинхронными двигателями. Это продиктовано личной неприязнью двух конструкторов. Замечено, что коллекторный двигатель может работать и от переменного тока – в ущерб эффективности – что делало устройство универсальным (так коллекторные двигатели часто и называют).
Любому типу устройств присущи достоинства и недостатки. Если брать коллекторные двигатели, их ценят за простоту регулирования скорости, большой крутящий момент, точность в работе. Недостатками считаются большой вес, нетерпимость к ударам и вибрациям, необходимость частого обслуживания. Коллекторные двигатели занимают в быту ведущую роль. Если посчитать соотношение обеих разновидностей дома:
Как отличить устройство по внутреннему устройству приборов, говорилось выше. А внешними признаками коллектора становятся искрение и повышенный уровень шума. В комплект порой даются графитовые щётки.
vashtehnik.ru
В системе питания любого двигателя внутреннего сгорания впускной коллектор играет серьезную роль. Он передает воздух или топливовоздушную смесь к головке блока цилиндров, откуда она поступает в камеру сгорания. Чем больше мощность мотора и выше максимальные обороты, тем большее количество воздуха (смеси) проходит через впускной коллектор и тем сильней его влияние на параметры двигателя.
Когда мотор работает на максимальных оборотах при полностью нажатой педали газа, то скорость воздуха в коллекторе приближается (а в спортивных автомобилях заметно превышает) скорость звука. На таких скоростях любой поворот и самый незначительный бугорок оказываются серьезным препятствием, которое многократно увеличивает сопротивление коллектора воздушному потоку. В результате в цилиндры поступает меньше воздуха, поэтому мощность мотора падает. В таком режиме карбюратор нередко выдает переобедненную смесь, скорость горения которой в десятки раз быстрей, чем нормальной. Поэтому топливовоздушная смесь взрывается, это приводит к повреждению клапанов, поршней и других элементов мотора.
Не менее важно и качественное соединение коллектора с карбюратором или воздушным фильтром. Если уплотнительные элементы изношены или плохо затянуты гайки крепления, то в месте контакта происходит подсос воздуха, в результате – переобеднение смеси и взрывы в камере сгорания.
Несмотря на то, что продукты сгорания уходят через выпускной коллектор, температура впускного коллектора в режиме работы даже на половинной мощности мотора превышает 100 градусов Цельсия. При работе двигателя возникают вибрации, которые негативно сказываются на состоянии впускного коллектора, поэтому для его изготовления используют прочные, вибро- и жаростойкие материалы:
Различия в коллекторах дизельных, карбюраторных и инжекторных двигателей
Основное различие коллекторов в том, что в дизельном двигателе по нему проходит только воздух, в карбюраторном топливовоздушная смесь, а в инжекторном – коллектор участвует в образовании смеси. Поэтому впускные коллекторы карбюраторных и дизельных двигателей это просто система труб с минимальным аэродинамическим сопротивлением. А в инжекторных они являются некоторым аналогом трубки Вентури, обычного распылителя, в котором поток воздуха увлекает за собой жидкость и распыляет ее. Благодаря этому достигается лучшее распыление и перемешивание смеси, чем впрыск непосредственно в цилиндр.
Наиболее частые неисправности:
Прокладки теряют герметичность при перегреве двигателя и ослаблении затяжки гаек. Проверить герметичность прокладок можно так: - на холостых оборотах прикройте 5–10 процентов впускной трубы воздушного фильтра. Если обороты двигателя не упали, значит, прокладки коллектора подсасывают воздух. Если обороты чуть-чуть поднялись, значит одна из прокладок полностью вышла из строя и необходима ее замена.
Обрастание стенок коллектора смолой происходит только на карбюраторных двигателях из-за езды на низких оборотах. Потребление воздуха невелико, поэтому скорость движения топливовоздушной смеси недостаточно и часть распыленного топлива оседает на стенках. Потом летучие соединения испаряются, а смолы коксуются, образуя на стенках наросты, которые увеличивают аэродинамическое сопротивление. Чтобы удалить наросты, снятый коллектор обрабатывают различными веществами (чаще всего смесью керосина и ацетона) и чистят железными ершиками.
Ступенька между коллектором и воздушными фильтром, карбюратором или ГБЦ возникает из-за некачественного изготовления деталей или использования неоригинальных, а то и предназначенных для другой модели двигателя запчастей. Ступенька даже в 2 мм срезает до 20 процентов мощности и приемистости двигателя на средних и высоких оборотах. На низких оборотах ступеньки до 5 мм ни на что не влияют. Чтобы устранить ступеньку необходимо или подобрать соответствующий коллектор или обработать имеющийся с помощью фрезы. Эту операцию проводят в условиях автомастерской, потому что для нее необходим специально подготовленный фрезерный станок.
Излишний нагрев от выпускного коллектора происходит из-за отклонения угла опережения зажигания (УОЗ) свыше 5 градусов в любую сторону. На дизельных двигателях такой же эффект дает изменение угла опережения впрыска топлива (УОВТ). Также на перегрев впускного коллектора влияет долгая езда на высших передачах при низких или средних оборотах двигателя. При перегреве впускного коллектора поступающий в цилиндры воздух сильней нагревается, это меняет режим горения топливовоздушной смеси и лишь увеличивает выделение тепла в выпускном коллекторе. Перегрев впускного коллектора проявляется в поднятии температуры охлаждающей жидкости и заметном (10–20%) падении мощности. Чтобы устранить перегрев впускного коллектора необходимо установить правильные УОЗ или УОВТ и изменить манеру езды.
Некоторые автовладельцы хотят превратить свою машину в гоночный болид, для этого увеличивают объем двигателя, устанавливают 2–3 карбюратора, перепрошивают инжектор, устанавливают спортивный распредвал и коленчатый вал.
В результате им удается поднять мощность двигателя на 30–80 процентов, и настолько же их мотор теряет в ресурсе. Для участия в гонках внутреннюю поверхность впускного коллектора максимально сглаживают и полируют, чтобы снизить аэродинамическое сопротивление. Но эффект такой тюнинг выхлопной системы дает лишь на высоких оборотах и как минимум половинной мощности двигателя. На низких и средних оборотах полированный впускной коллектор работает крайне неэффективно. Отсутствие мелких неровностей приводит к тому, что в потоке не образуются турбулентности и завихрения, это негативно сказывается на качестве топливовоздушной смеси. Поэтому топливо оседает на стенках коллектора и приводит к образованию наростов.
Если вы хотите оптимизировать впускной коллектор своего автомобиля, учитывайте следующее. Автопроизводители тщательно рассчитывают форму и размеры впускных и выпускных коллекторов, чтобы обеспечить максимальное соответствие конкретной модели двигателя. Если вы используете нормальную заводскую деталь, у которой нет ступенек, то любой тюнинг впускного коллектора лишь ухудшит характеристики двигателя. Поэтому почистите коллектор от наростов, устраните ступеньки, отремонтируйте и настройте двигатель. Это даст гораздо больший результат, чем любые улучшения. Если же вам необходимо поднять мощность автомобиля, установите новый мотор с увеличенным количеством лошадиных сил.
vipwash.ru
С давних времен люди поняли, что если не хочешь лично прилагать к чему-то усилие, то необходимо найти себе замену. Так, телеги тянули лошади, на мельницах работали ослики, а корабли по морю гнал ветер. Но с того времени много воды уплыло, и люди даже смогли придумать кое-что современней. И таким чем-то современным является коллекторный двигатель, о котором и будет идти речь. Будут рассмотрены разновидности, схематический вид, методы регулировки количества оборотов, а также достоинства и недостатки при их эксплуатации.
Коллекторным двигателем называется электрическая машина, датчик положения ротора и переключатель тока в которой - это одно и то же устройство, называемое щеточно-коллекторным узлом. Про последний можно рассказать дополнительно. Он обеспечивает электрическое соединение цепей в неподвижной части машины с цепями ротора. Конструктивно он состоит из щеток (под ними понимаются скользящие контакты, которые расположены вокруг вращающейся части двигателя) и коллектора (то, что находится на движимом элементе механизма).
К общим достоинствам можно отнести то, что коллекторный двигатель прост в изготовлении и эксплуатации, имеет значительный ресурс использования и легко может быть отремонтирован. К общим недостаткам причисляют то, что они имеют малую массу и большой коэффициент полезного действия. В большинстве случаев это только плюс, но не сейчас. Так, соединение низкой массы и быстроходности (которая достигает сотен и тысяч оборотов в минуту) приводит к тому, что для нормальной работы почти всегда требуются редукторы. А при перестройке на низкую скорость машина имеет пониженный КПД, и возникают проблемы с охлаждением. Пока изящного решения этой проблемы найти не удалось.
Существует два основных типа, каждый из них имеет свои преимущества и особенности. Очень распространёнными и разнообразными являются коллекторные электродвигатели постоянного тока. Их конструкции можно поделить на такие подтипы:
Но кроме таких представителей есть ещё универсальные коллекторные электродвигатели. Их особенность в том, что они могут работать как на постоянном, так и на переменном токе. Используются они в электроинструментах, бытовой технике и железнодорожном транспорте в составах, которые ездят благодаря электровозам. Их распространенность объясняется малым размером и весом, относительно низкой ценой и возможностью легко отрегулировать количество оборотов. Благодаря тому что это коллекторный двигатель переменного тока, он может работать и с нестабильными источниками энергии в разумных границах.
Одной общепринятой схемы нет. То, что вы видите, это всего один из вариантов. Схема коллекторного двигателя может быть построена так, как захочется. Есть только требования к тому, что должно быть в рамках рабочего чертежа: статор и ротор. Коллекторный двигатель переменного тока также должен оснащаться предохранителем, который не позволит ему сгореть.
Изменения возможны, если используется регулятор оборотов коллекторного двигателя. Различие количества подаваемой электроэнергии может изменить их количество всего на 10 процентов, плюс-минус. Тогда как регулятор оборотов коллекторного двигателя позволяет уменьшать их в разы, и его можно сделать самому или купить. И в любом случае вам необходимо проверить, сможет ли он работать в механизме такой мощности и таких оборотов (сначала теоретически, а потом и на практике). Ведь если регулятор будет слишком слабым, то выйти из строя для него будет плевым делом.
Достоинства, которые имеет коллекторный двигатель:
Недостатки:
По механической характеристике самым близким является вентильный электродвигатель. В нём главным является инвертор, а не щеточно-коллекторный узел. Но общим недостатком этой конструкции является более низкий максимальный момент при одинаковых габаритах.
www.syl.ru
Выпускной коллектор - это одна из частей навесного оборудования мотора (или ДВС), предназначенная для сбора выхлопных газов в одну трубу из нескольких цилиндров.
Строение выпускного коллектора
Выпускной колектор изготаливается, как правило, из чугуна. С одной стороны, он крепится к катализатору (или к выхлопной трубе), с другой - непосредственно к ДВС. Из-за особенности расположения коллектор работает в экстремальных условиях. В ходе работы ДВС выхлопные газы нагреваются до температуры в несколько тысяч градусов. После глушения мотора происходит достаточно скорое их охлаждение, что неминуемо приводит к образования конденсата. В результате на коллекторе быстро появляется ржавчина.
Какие функции выполняет выпускной коллектор:
- удаление из камеры сгорания выхлопных газов;- наполнение и продув камеры сгорания. Это обеспечивают резонирующие волны выхлопа. Когда открывается впускной клапан, в коллекторе давление находится в пределах нормы, а в камере сгорания рабочая смесь находится под давлением. После того, как открылся выпускной клапан, из-за большой разницы давлений образуется волна. Она отражается от ближайшего препятствия (в обычных машинах это катализатор или резонатор) и возвращается к цилиндру. Затем, в среднем диапазоне оборотов эта волна подходит к цилиндру к началу такта выпуска, тем самым помогая покидать цилиндр следующей порции газов отработанных.
Резонанс (стоячие волны) появляются в трубе ДВС при достаточно широком диапазоне оборотов. При этом волна распространяется со скоростью выхода из цилинда, а не со скоростью звука. По этой причине, чем выше обороты ДВС, тем быстрее выходят газы, тем скорее возвращается и движется волна, успевающая к более короткому циклу.
Для создания благоприятных и одинаковых условий работы каждого цилиндра необходимо, чтобы для каждого цилиндра была персональная выпускная труба (для образования стоячих волн и разделения цилиндров).
Во избежание ожогов и для повышения пожарной безопасности выпускной коллектор, как правило, огораживают металлическим экраном.
Цельные или трубчатые коллекторы
Трубчатые коллекторы могут значительно улучшить мощность ДВС, но они не всегда являются наилучшим выбором для форсированного мотора. Хотя именно эти коллекторы более эффективны в средних диапазонах оборотах. Однако, если мотор работает с низкими оборотами, то хорошие рабочие характеристики могут дать коллекторы из чугуна (цельные). Они более компактны и менее склонны к появлению утечек.
Автотюнинг и спорт
В сфере автотюнинга и автоспорта важное значение имеет выпускной коллектор. "Паук" - это название он получил за свой внешний вид. Иногда на гоночных машинах выпускной коллектор отсутствует - у каждого цилиндра есть своя выхлопная труба без глушителя и катализатора, определенной длины. Для автотюнинга сейчас выпускается множество моделей коллекторов с различными характеристиками, которые заметно влияют на работу двигателя. Также возможно сделать выпускной коллектор своими руками.
Практически все эти детали изготовлены из керамики или из нержавеющей стали. Выпускной коллектор из керамики более легкий, но при сильном нагреве на нем могут появиться трещины, которые негативно будут влиять на работу ДВС.
fb.ru
