Пристрій випускного колектора автомобіля

Ефективність будь-якого двигуна внутрішнього згоряння залежить не тільки від типу паливної системи і від будови циліндрів з поршнями. Велику роль відіграє випускна система автомобіля. Детально про неї розповідається в іншому огляді. Зараз розглянемо один з її елементів - вихлопної колектор.

Що таке випускний колектор

Колектор двигуна це ряд труб, які з одного боку з'єднані в одну трубу, а з іншого - закріплені на загальній планці (фланець), і зафіксовані на голівці блоку циліндрів. З боку ГБЦ кількість труб ідентично числу циліндрів двигуна. З протилежного боку до труби закріплений малий глушник (резонатор) Або каталізатор, Якщо він є в машині.

Пристрій колектора нагадує впускний колектор. У багатьох модифікаціях моторів в випускний системі встановлюється турбіна, крильчатка якої наводиться в рух потоком вихлопних газів. Вони обертають вал, на іншій стороні якого теж встановлена ​​крильчатка. Це пристрій нагнітає свіже повітря у впускний колектор двигуна для збільшення його потужності.

Зазвичай ця деталь виготовляється з чавуну. Причина в тому, що даний елемент постійно перебуває в умовах екстремально високих температур. Вихлопні гази розжарюють випускний колектор до 900 градусів і більше. Крім того, коли запускається холодний мотор, на внутрішній стінці всієї вихлопної системи утворюється конденсат. Подібний процес відбувається, коли мотор глушиться (особливо якщо погода волога і холодна).

Чим ближче до мотору, тим швидше під час роботи мотора вода випарується, але постійний контакт металу з повітрям прискорює окислительную реакцію. З цієї причини, якщо в машині буде використовуватися залізний аналог, він швидко поржавіє і прогорить. Пофарбувати цю запчастину не представляється можливим, тому що при нагріванні до 1000 градусів шар фарби швидко згорить.

У сучасних автомобілях в випускному колекторі (частіше біля каталізатора) встановлюється датчик кисню (лямбда-зонд). Детально про це датчику розповідається в іншій статті. Якщо коротко, то він допомагає електронного блоку управління контролювати склад повітряно-паливної суміші.

Зазвичай ця частина вихлопної системи служить стільки ж, скільки і весь автомобіль. Так як це просто труба, то в ній нема чому ламатися. Єдине, що виходить з ладу, це датчик кисню, турбіна і інші деталі, пов'язані з роботою вихлопу. Якщо говорити про сам павука, то він з часом через особливості умов експлуатації може прогоріти. Але таке відбувається рідко. З цієї причини автомобілістам рідко коли доводиться стикатися з ремонтом або заміною випускного колектора.

Принцип роботи випускного колектора

Робота випускного колектора автомобіля дуже проста. Коли водій заводить мотор (незалежно від того, це бензиновий або дизельний агрегати), в циліндрах відбувається згорання повітряно-паливної суміші. На такті випуску газорозподільчий механізм відкриває випускний клапан (на циліндр може бути один або два клапана, а в деяких модифікаціях ДВС для кращої вентиляції порожнини їх навіть три).

Коли поршень піднімається до верхньої мертвої точки, він виштовхує всі продукти горіння через що утворилося випускний отвір. Далі потік надходить в приймальну трубу. Щоб уникнути потрапляння гарячого вихлопу в порожнину над сусідніми клапанами для кожного циліндра встановлюється окрема труба.

Залежно від конструкції ця труба на деякій відстані з'єднується з сусідньою, а потім вони об'єднуються в загальний тракт перед каталізатором. Через каталітичний нейтралізатор (в ньому шкідливі для навколишнього середовища речовини нейтралізуються) вихлоп йде через малий і основний глушники на вихлопну трубу.

Так як даний елемент може в деякій мірі змінити характеристики потужності двигуна, виробники розробляють різні типи павуків для моторів.

При видаленні вихлопних газів у випускному тракті утворюється пульсація. Під час виготовлення цієї деталі виробники намагаються спроектувати її таким чином, щоб ці коливання були максимально синхронними з хвильовим процесом, що відбувається у впускному колекторі (в деяких автомобілях на певному режимі роботи агрегату нетривалий час для кращої вентиляції відкриваються як впускний, так і випускний клапани). Коли порція вихлопних газів різко виштовхується в тракт, вона створює хвилю, від якої потерпають від каталізатора і створює вакуум.

Цей ефект досягає випускного клапана практично в той момент, коли відповідний поршень знову виконує такт випуску. Цей процес полегшує видалення відпрацьованих газів, завдяки чому мотору доводиться витрачати менше крутного моменту на подолання опору. Така конструкція тракту дозволяє максимально полегшити видалення продуктів горіння палива. Чим більше оборотів мотора, тим ефективніше буде проходити цей процес.

Однак у випадку з класичними вихлопними системами спостерігається невелика проблема. Справа в тому, що коли вихлопні гази створюють хвилю, через коротких труб вона відбивається в сусідні тракти (вони знаходяться в спокійному стані). З цієї причини при відкритті випускного клапана іншого циліндра ця хвиля створює перешкоду висновку вихлопу. Через це мотор задіє частина крутного моменту на подолання цього опору, і потужність мотора падає.

Для чого потрібен випускний колектор

Отже, як видно, випускний колектор в авто бере безпосередню участь у видаленні вихлопних газів. Конструкція цього елемента залежить від типу двигуна і методики виробника, яку він впроваджує в виготовлення колектора.

Незалежно від модифікації ця деталь буде складатися з:

• Прийомних труб. Кожна з них призначена для закріплення над конкретним циліндром. Часто для простоти монтажу всі вони закріплені на загальній планці або фланці. Розміри цього модуля повинні повністю збігатися з розмірами відповідних отворів і пазів на голівці блоку циліндрів, щоб вихлоп не просочується через цю невідповідність.
• Випускний труби. Це кінцева частина колектора. У більшості автомобілів все труби сходяться в одній, яка потім приєднується до резонатора або каталізатору. Однак бувають модифікації вихлопних систем, в яких дві окремі вихлопні труби з індивідуальними глушниками. В цьому випадку парне число труб з'єднуються в один модуль, що відноситься до окремої магістралі.
• Ущільнювальної прокладки. Ця запчастина встановлюється між корпусом головки блоку циліндрів і планкою павука (а також на фланці між приймальною трубою і павуком). Так як цей елемент постійно стикається з високими температурами і вібраціями, він повинен бути виконаний з міцних матеріалів. Ця прокладка запобігає витоку вихлопних газів в підкапотний простір. Так як свіже повітря для салону авто надходить саме з цієї частини, то для безпеки водія і пасажирів важливо, щоб цей елемент був якісним. Звичайно, якщо прокладку проб'є, це відразу буде чутно - з'являться сильні удари з-за великого тиску всередині тракту.

Типи і види випускних колекторів

Ось основні види випускних колекторів:

1. Цілісний. В цьому випадку деталь буде цілісною, а всередині виконані канали, що сходяться в одну камеру. Такі модифікації виготовляються з жароміцного чавуну. За стійкістю до серйозних перепадів температури (особливо в зимовий період, коли холодний корпус за лічені секунди нагрівається від -10 і менше в залежності від регіону до +1000 градусів за Цельсієм) аналогів цього металу немає. Така конструкція проста у виготовленні, але вона не так ефективно відводить вихлопні гази. Це негативно позначається на продування камер циліндрів, через що деяка частина крутного моменту задіюється на подолання опору (гази видаляються через невеликий отвір, тому вакуум у випускному тракті має велике значення).
2. Трубчастий. Така модифікація використовується на сучасних авто. Зазвичай їх виготовляють з нержавійки, а рідше - з кераміки. У цій модифікації є свої переваги. Вони дозволяють поліпшити характеристики продувки циліндрів за рахунок вакууму, що утворюється в тракті за рахунок хвильових процесів. Так як в цьому випадку поршня не доводиться долати опір на такті випуску, колінвал швидше розкручується. У деяких моторах за рахунок цього удосконалення можливо підвищити потужність агрегату на 10%. На звичайних машинах цей приріст потужності не завжди помітний, тому даний тюнінг використовується на спорткарах.

Важливе значення для вихлопного колектора грає діаметр труб. Якщо на машину встановити павук з малим діаметром, то досягнення номінального крутного моменту зміщується в бік малих і середніх оборотів. З іншого боку, установка колектора з трубами більшого діаметра дозволяє знімати максимальну потужність ДВС при високих оборотах, але на малих потужність агрегату падає.

Крім діаметра труб великого значення має їх довжина і порядок з'єднання з циліндрами. Тому серед елементів для тюнінгу вихлопної системи можна зустріти моделі, в яких труби перекручені, як ніби їх з'єднали наосліп. Для кожного мотора потрібні свої модифікації колекторів.

Для тюнінгу стандартного 4-циліндрового мотора часто використовується павук з типом з'єднання 4-1. В цьому випадку чотири патрубки відразу з'єднуються в одну трубу, тільки на якомога максимальній відстані. Така модифікація називається короткою. Підвищення потужності двигуна спостерігається тільки якщо він форсований, і то на оборотах вище 6000 в хвилину.

Також серед варіантів для тюнінгу спортивних машин використовуються так звані довгі павуки. Зазвичай вони мають формулу сполуки 4-2-1. В цьому випадку всі чотири труби спочатку з'єднуються попарно. Ці пари труб з'єднуються в одну на самому максимальній відстані від мотора. Зазвичай в пару беруться труби, з'єднані з циліндрами, у яких максимально паралельний випуск (наприклад, перший і четвертий, а також другий і третій). Така модифікація забезпечує підвищення потужності в набагато більшому діапазоні оборотів, але цей показник не так помітний. На вітчизняних моделях авто цей приріст спостерігається тільки в діапазоні від 5 до 7 відсотків.

Якщо в машині встановлюється прямоточная вихлопна система, то для полегшення вентиляції циліндрів і гасіння звуку можуть використовуватися проміжні труби зі збільшеним перетином. Нерідко в модифікації довгих павуків може використовуватися малий глушник зі зниженим опором. Деякі моделі колекторів на певних ділянках в труби врізаються сильфони (металеві гофри). Вони гасять резонують хвилі, що перешкоджають вільному видаленню вихлопу. З іншого боку гофри недовговічні.

Також серед довгих павуків присутні модифікації з типом з'єднання 4-2-2. Принцип той же, що і у попереднього варіанту. Перш ніж вирішуватися на подібну модернізацію вихлопної системи, потрібно врахувати, що приріст потужності тільки за рахунок видалення каталізатора (щоб труби були довші) дає максимум до 5%. Установка павука приплюсує до характеристик мотора ще близько двох відсотків.

Щоб модернізація силового агрегату була більш відчутною, крім цих робіт потрібно ще провести ряд деяких процедур, в тому числі і чіп-тюнінг (детально про те, що це таке, читайте окремо).

Що впливає на стан колектора

Хоча випускний колектор часто має такий же робочий ресурс, що і весь автомобіль, він теж може вийти з ладу. Ось типові поломки, пов'язані з випускним колектором:

• Прогоріла труба;
• Утворилася корозія (стосується сталевих модифікацій);
• Через надмірно високої температури і виробничого браку на поверхні виробу може утворитися окалина;
• Утворилася тріщина в металі (коли мотор довгий час працював на високих оборотах, і на поверхню колектора потрапляє холодна вода, наприклад, при заїзді в калюжу на великій швидкості);
• Метал ослаб через часті перепади температури стінок деталі (при нагріванні метал розширюється, а при охолодженні - стискається);
• На стінках труб утворюється конденсат (особливо якщо машина рідко виїжджає, наприклад, взимку), через який прискорюється процес окислення металу;
• На внутрішній поверхні з'явився сажі нагар;
• Прогоріла прокладка колектора.

На ці несправності можуть вказувати наступні фактори:

• Загорівся сигнал двигуна на приладовій панелі;
• В салоні або під капотом з'явився сильний запах вихлопних газів;
• Мотор нестабільно працює (обороти плавають);
• Коли двигун заведений, чутні сторонні звуки (їх сила залежить від типу пошкодження, наприклад, якщо труба прогоріла, то це буде дуже голосно);
• Якщо в машині є турбіна (крильчатка обертається за рахунок тиску вихлопних газів), то її потужність падає, що позначається на динаміці агрегату.

Деякі поломки колекторів пов'язані з факторами, на які автомобіліст нездатний вплинути, але дещо він може зробити, щоб запобігти поломку деталі.

При занадто високих оборотах продукти згоряння здатні розжаритися не до 600 градусів, як в нормальному режимі, а в два рази сильніше. Якщо в нормальному режимі прийомні труби нагріваються приблизно до 300 градусів, то в максимальному режимі цей показник також збільшується в два рази. Від такого сильного нагріву колектор може навіть змінити свій колір на малиновий.

Щоб уникнути перегріву деталі, водієві не слід часто доводити агрегат до максимальних обертів. Також на температурний режим впливає настройка системи запалювання (неправильний УОЗ може провокувати викид догорающей ВТС в випускний тракт, що також призведе до прогорання клапанів).

Надмірне збіднення або збагачення суміші - ще одна причина, по якій приймальні труби будуть перегріватися. Періодична діагностика несправностей в цих системах дозволить зберігати колектор в справному стані максимально довго.

Ремонт випускного колектора

Зазвичай випускний колектор не ремонтується, а змінюється на новий. Якщо це модифікація для тюнінгу, і вона прогоріла, деякі латають пошкоджене місце. Однак через те, що при зварюванні метал піддається високої температурної обробки, шов може швидко проржавіти або прогоріти. Плюс вартість таких робіт набагато вище установки нової деталі.

Якщо потрібно замінити деталь, то цю роботу потрібно виконувати в правильній послідовності.

Заміна випускного колектора

Щоб замінити колектор своїми руками, потрібно:

1. Знеструмити бортову мережу, від'єднавши АКБ (про те, як це зробити безпечно, описано тут);
2. Злити тосол;
3. Демонтувати термоекран (кожух, який встановлюється на багатьох сучасних автомобілях), ресивер инжекторной системи (у карбюраторних моторів цього елемента немає) і повітряний фільтр;
4. Відкрутити кріплення фланця колектора від приймальної труби;
5. Відкрутити колектор від головки блоку циліндрів. Залежно від модифікації силового агрегату ця процедура буде відрізнятися. Наприклад, на 8-клапанники спочатку знімається впускний колектор, а потім випускний;
6. Видалити прокладку і почистити поверхню ГБЦ від її залишків;
7. Якщо в процесі демонтажу пошкоджені шпильки або різьблення в кріпильних отворах, то ці елементи важливо відновити;
8. Встановити нову прокладку;
9. Приєднати до ГБЦ новий колектор (якщо 4-циліндровий ДВС має 8 клапанів, то збірка відбувається в зворотній послідовності демонтажу, тобто спочатку випускний, а потім впускний колектор);
10. Закрутити, але не затягувати до кінця кріпильні болти і гайки на з'єднаннях з ГБЦ;
11. З'єднати колектор з приймальною трубою або каталізатором, встановивши перед цим необхідну прокладку;
12. Затягнути кріплення на ГБЦ (це робиться динамометричним ключем, а момент затяжки вказується в технічній літературі до автомобіля);
13. Затягнути кріплення фланця на приймальній трубі;
14. Залити новий або відфільтрований тосол;
15. Підключити акумулятор.

Як видно, сама процедура заміни павука нескладна, але при виконанні роботи потрібно бути акуратним, щоб не зірвати різьбу в головці блоку циліндрів (саму шпильку замінити легко, а нарізати нову різьбу в ГБЦ набагато складніше). З цієї причини, якщо немає досвіду в роботі з динамометричним ключем або цього інструменту взагалі немає, то роботу необхідно довірити фахівцеві.

На завершення пропонуємо подивитися невеличкий приклад, як замінити випускний колектор на Renault Logan:

ЗАМІНИ (ЗНЯТТЯ-УСТАНОВКА( ВИПУСКНОГО КОЛЕКТОРА НА ДВИГУНІ РЕНО 1,4 та 1,6 8ми КЛАПАНИЙ K7J K7M

Питання та відповіді:

Як працює впускний колектор? Повітря всмоктується за рахунок розрідження, що створюється у кожному циліндрі. Потік спочатку йде через повітряний фільтр, а потім трубами – до кожного циліндра.

Як випускний колектор впливає роботу двигуна? У ньому утворюється резонанс. Клапан різко закривається і частина газів затримується у колекторі. Коли клапан знову відкривається, гази, що залишилися, можуть перешкоджати наступному потоку видалятися.

Як відрізнити впускний та випускний колектор? Колектор впускний приєднується до труби, що йде від повітряного фільтра. Випускний колектор з'єднується із вихлопною системою автомобіля.