Что такое коллектор в машине и для чего он нужен

Что такое впускной коллектор (принцип работы, неисправности)

Чтобы обеспечить стабильную работу двигателя и повысить его КПД были придуманы сотни высокотехнологичных решений. Одно из них — впускной коллектор.

Какую роль он играет в работе мотора? Как влияет на результат? Можно ли его модернизировать? Что может пойти не так и, как его ремонтировать? Рассмотрим ниже.

Зачем в машине нужен впускной коллектор

За впускным коллектором числится много задач, но основная — это подача воздуха (большое количество воздуха).

Если говорить на техническом языке, то он отвечает за:

Для каждого силового агрегата разрабатывается свой впускной коллектор, геометрия которого будет оптимально подобрана под архитектуру двигателя.

Устройство

Хотя со стороны впускной коллектор кажется лишь трубопроводом специфической формы, на деле над его геометрией работает целая команда инженеров, рассчитывая сечение, длину и объем.

Плюс к этому в его состав входят:

Для двигателей с распределенным впрыском топлива, во впускной коллектор дополнительно устанавливают инжекторы, из-за чего смешение топливных и воздушных масс происходит прямо в камере нагнетания.

Сам трубопровод может объединять от 2 до 12 каналов, в зависимости от количества цилиндров в блоке двигателя. При этом для 4-цилиндрового мотора иногда используется коллектор с тремя трубами.

Также стоит отметить, что большинство современных впускных коллекторов последние 5 лет изготавливают из специального высокотемпературного пластика, тогда как выпускной коллектор все еще может быть выполнен только из металла.

Принцип работы

Впускной коллектор подключается к системе подачи воздуха. Широкой частью, где располагаются трубы, он крепится непосредственно к головке блока цилиндров.

После чего, через систему забора, воздушные массы попадают в приточную камеру, где температура подачи воздуха может доходить до 120 градусов.

Дальше воздух проходит через фильтр и впускной патрубок, откуда через дроссельные заслонки попадает в камеру нагнетания, а оттуда уже через впускные трубы воздушные массы направляются прямиком в цилиндры.

Дроссель или попросту заслонка, регулирует сечение трубопровода, тем самым контролируя обороты и мощность двигателя.

Изменение геометрии впускного коллектора

Как уже упоминалось, под каждый двигатель подбирается своя геометрия впускного коллектора. Это позволяет варьировать обороты и улучшать или ухудшать процесс сгорания топлива.

Во всех случаях, изменение геометрии оборачивается изменением скорости воздушного потока.

Вариантов изменения геометрии, как несложно догадаться, всего три:

Так как «играть» длинной труб, зачастую, не представляется возможным, обычно выбирают второй вариант — изменение сечения. Для этого используют специальные заслонки, которые регулируют потоки воздуха иначе, чем заводской механизм.

В автомобилях премиального сегмента присутствует комбинированная система изменения геометрии впускного коллектора.

Это как раз те случаи, когда производитель предлагает разные варианты режимов движения, вроде Comfort, Dinamic и пр. На изменение характеристик мотора отчасти влияет именно работа заслонок впускного коллектора.

Тюнинг

Тюнинг и изменение геометрии — это разные вещи. Когда говорят о доработке впускного коллектора, обычно подразумевается увеличение поступающего объема воздуха и снижение сопротивления на его пути.

Для этого предусмотрены такие процедуры, как:

Также есть такой вариант тюнинга, когда впускной коллектор убирают полностью, а вместо него устанавливают короткие трубки, настроенные на высокие обороты. Такой вариант предусматривается только для атмосферных моторов и называется многодроссельным впуском (то есть на каждый цилиндр по сути предусмотрен свой коллектор).

Кстати, какие-либо изменения в системе впуска обычно влекут за собой модернизацию выпускного коллектора, распредвала и прошивку электронного блока управления.

Неисправности

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

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

Ремонт впускного коллектора

Учитывая, что большую часть неисправностей не получится устранить самостоятельно, стоит рассказать о том, с чем справится любой автолюбитель, а именно о замене прокладки впускного коллектора вследствие износа старой.

Операция достаточно простая и не особо ответственная. Главное соблюсти весь перечисленный ниже порядок действий. Для примера возьмем народный автомобиль в лице Chevrolet Aveo последней генерации.

Во время разборки важно почувствовать, как затянуты болты демонтируемых узлов. При сборке лучше нанизывать болты крест-накрест или двигаться от центра к краям.

Во всех остальных случаях, в том числе, если требуется банальная чистка выпускного коллектора, лучше обратиться в сервисный центр.

Источник

Выпускной коллектор.

Выпускной коллектор – конструктивный элемент выпускной системы, предназначенный для отвода отработавших газов от отдельных цилиндров в общую трубу. Другой функцией выпускного коллектора является обеспечение эффективного продува и наполнения камер сгорания.

Выпускной коллектор жестко закреплен на головке блока цилиндров. На выходе к нему присоединяется каталитический нейтрализатор или выпускная труба. Между выпускным коллектором и головкой блока цилиндров размещена прокладка, которая предотвращает утечку отработавших газов в подкапотное пространство. Выпускной коллектор работает в очень тяжелых условиях, характеризующихся высокой температурой (до 1300°С) и давлением.

Различают два типа выпускных коллекторов – цельный и трубчатый. Цельный коллектор имеет короткие каналы, которые объединяются в общую камеру. Изготавливается из жаропрочного чугуна. Цельный выпускной коллектор имеет низкую эффективность отвода отработавших газов и продувки камеры сгорания, т.к. короткие каналы создают препятствия в виде импульсов газов каждого цилиндра. С другой стороны цельный выпускной коллектор прост в изготовлении и имеет невысокую стоимость.

На современные легковые автомобили устанавливаются в основном трубчатые выпускные коллекторы, которые эффективны в диапазоне средних и высоких оборотов, улучшают мощностные характеристики двигателя. Трубчатые выпускные коллекторы изготавливаются из нержавеющей стали, реже из керамики. Для достижения наилучших параметров отвода отработавших газов и продува камер сгорания длина, диаметр труб и их конструкция (форма) должны быть оптимизированы.

Движение отработавших газов в выпускной системе представляет собой колебательный процесс. Короткая труба выпускного коллектора позволяет достигать резонансный эффект, при котором происходит наилучшая продувка камер сгорания, на высоких оборотах двигателя. С длинной трубой наоборот, резонансный эффект достигается в области низких оборотов. При этом длинные трубы предотвращают возврат отработавших газов в соседние камеры сгорания, в которых еще не закрылись выпускные клапаны.

Малый диаметр трубы обеспечивает высокую скорость отработавших газов, при которой происходит лучшая инерционная продувка камеры сгорания и достигается номинальный крутящий момент на низких и средних оборотах. С другой стороны трубы малого диаметра создают дополнительное сопротивление потоку при высоких оборотах двигателя. С помощью трубы большого диаметра получают прирост мощности на высоких оборотах и снижение на низких.

В настоящее время распространены две схемы трубчатых выпускных коллекторов:

4-1 или короткий коллектор (четыре трубы соединены в одну трубу);

4-2-1 или длинный коллектор (четыре трубы соединены попарно и далее соединены в одну трубу).

Трубчатый выпускной коллектор является важным элементом тюнинга автомобиля. Для одной машины может быть предложено несколько конструкций выпускных коллекторов и, соответственно, достигнут различный эффект. Короткий коллектор дает добавочную мощность в узком диапазоне оборотов. Длинный коллектор более универсальный, так как обеспечивает прирост мощности и крутящего момента в широком диапазоне оборотов двигателя.

К примеру, выпускной коллектор по схеме 4-2-1 применен на бензиновых двигателях, которые устанавливаются на автомобилях Mazda по технологии SkyActiv-G. Помимо прироста мощности, в данных двигателях реализована более высокая степень сжатия, а за счет улучшенной вентиляции цилиндров детонация в цилиндрах не наступает.

Источник

Впускной коллектор — как это работает, какие бывают неисправности

В двигателе автомобиля впускной коллектор равномерно распределяет воздушный поток между цилиндрами. В большинстве современных автомобилях впускной коллектор сделан из пластика.

Как работает впускной коллектор

Часто впускной коллектор содержит дроссельную заслонку (клапан) и некоторые другие детали. Впускной коллектор состоит из ресивера (приточной камеры) и впускных труб (раннеров). В некоторых двигателях V6 и V8 впускной коллектор может быть выполнен из нескольких отдельных секций или частей.

Впускной воздух проходит через воздушный фильтр, впускной патрубок, затем через корпус дроссельной заслонки в камеру нагнетания — ресивер, затем через впускные трубы (раннеры) — в цилиндры.

Дроссельный клапан (заслонка) контролирует обороты двигателя, регулируя количество воздушного потока. В современных автомобилях обороты холостого хода также регулируются корпусом дроссельной заслонки — на холостом ходу заслонка открывается под очень небольшим углом.

Поскольку корпус дроссельной заслонки практически закрыт, когда двигатель работает на холостом ходу, во впускном коллекторе появляется вакуум. Если где-то в коллекторе будет утечка вакуума, двигатель будет работать неровно на холостом ходу. Многие проблемы впускного коллектора связаны с утечками вакуума.

Впускной коллектор с изменяемой геометрией

Рабочие характеристики двигателя можно регулировать, изменяя размер ресивера и длину или размер отверстия впускных труб.

По этой причине современные автомобили имеют регулируемые впускные коллекторы, где специальные регулирующие клапаны изменяют воздушный поток через коллектор в зависимости от частоты вращения двигателя и требуемой мощности.

Неисправности впускного коллектора

Общие проблемы с впускным коллектором включают в себя:

В некоторых двигателях впускной коллектор может корродировать или растрескиваться, вызывая утечку вакуума или охлаждающей жидкости. Треснувший коллектор должен быть заменен, если его нельзя безопасно отремонтировать.

Утечки охлаждающей жидкости

В некоторых автомобилях во впускном коллекторе имеются каналы для охлаждающей жидкости, которые могут протекать из-за плохих прокладок или повреждений. Например, эта проблема была довольно распространенной в старых двигателях GM V6.

Если коллектор не поврежден и сопрягаемые поверхности находятся в хорошем состоянии, для решения проблемы обычно достаточно замены прокладок или повторного уплотнения коллектора. Если коллектор поврежден — его необходимо заменить.

Подсос воздуха

Изношенные прокладки впускного коллектора (на фото) часто вызывают утечки вакуума. Это может привести к неровному холостому ходу, остановке, а также к включению индикатора Check Engine. При этом на более высоких оборотах двигатель может работать нормально.

Например, коды неисправностей OBD-II P0171 и P0174 часто вызваны утечками во впускном коллекторе. Если подсос вызван плохими прокладками, ремонт включает снятие впускного коллектора, проверку и очистку монтажных поверхностей и замену прокладок. Посмотрите, например, это видео замене прокладок впускного коллектора на Рено Меган:

Часто источником подсоса воздуха может быть треснувший вакуумный шланг или патрубок, соединяющий впускной коллектор. В этом случае сломанный вакуумный шланг или патрубок необходимо заменить.

Иногда впускной коллектор может деформироваться, вызывая неправильное уплотнение прокладок. Деформированный впускной коллектор необходимо заменить. В некоторых автомобилях утечку вакуума можно определить по шипящему звуку из-под капота.

Отложения углерода

В некоторых двигателях, например, Volkswagen TDI Diesel, отложения углерода внутри впускного коллектора могут вызвать недостаток мощности, пропуски зажигания, дым и увеличение расхода топлива.

Проблемы с отложением углерода чаще встречаются в двигателях с турбонаддувом. Одним из основных симптомов является отсутствие тяги. Забитый впускной коллектор может потребоваться снять и почистить вручную.

В некоторых случаях замена впускного коллектора может оказаться более разумным решением, чем его очистка. Есть много скрытых областей внутри коллектора, которые не могут быть очищены.

Проблемы с заслонками изменения геометрии впуска

Регулирующие заслонки обычно приводятся в действие электрическими или вакуумными исполнительными механизмами. Часто резиновая диафрагма внутри вакуумного привода начинает протекать, и привод перестает работать.

Вакуумный исполнительный механизм легко проверить с помощью ручного вакуумного насоса. Если вакуумный привод пропускает, его необходимо заменить. Вместо насоса можно использовать медицинский шприц.

Блок управления двигателя (ЭБУ) запускает вакуумные приводы, включая и выключая небольшие электромагнитные клапаны контроля вакуума. Эти соленоиды также часто выходят из строя. Соленоиды тоже легко проверить с помощью ручного вакуумного насоса.

Другой распространенной проблемой является случай, когда клапан изменения геометрии впуска залипает из-за накопления углерода или когда клапан деформирован. В этом случае коллектор необходимо заменить.

Например, проблемы с впускным коллектором (регулирующим клапаном) часто встречаются в некоторых двигателях VW / Audi. Volkswagen продлил гарантию на впускной коллектор для определенных автомобилей Audi / Volkswagen 2008-2011 модельного года с двигателями 2.0 TFSI с кодами двигателей CBFA и CCTA.

Во многих автомобилях BMW неисправный клапан DISA, установленный во впускном коллекторе, также является общей проблемой. Посмотрите это видео о проверке клапана DISA в BMW:

Замена впускного коллектора

Если впускной коллектор не может быть очищен или отремонтирован, его необходимо заменить. Впускной коллектор также меняется, если один из неисправных регулирующих клапанов не может быть заменен отдельно. В некоторых автомобилях это довольно просто, в других это требует больше труда.

При замене впускного коллектора важно очистить монтажную поверхность, заменить прокладки и затянуть болты коллектора в рекомендованном порядке в соответствии со спецификациями. Это особенно важно для двигателей V6 / V8.

Источник

Что такое впускной коллектор?

Автомобильный впускной коллектор – яркий пример того, как технологии из автоспорта приходят в повседневную жизнь. Каждое техническое решение в системе подачи воздуха подчинено одной цели: получить еще чуть больше мощности, еще чуть больше скорости, еще пол-процента КПД.

Сегодня автовладельцы даже не подозревают, сколько интересных идей реализовано под капотом их автомобилей. И о впускном коллекторе задумываются только тогда, когда с ним начинаются проблемы.

Что такое впускной коллектор и для чего он нужен?

На чём бы ни работал двигатель – бензине, дизеле, газе – ему нужен воздух, много чистого, прохладного, «вкусного» воздуха. Для его правильной подачи и используется впускной коллектор.

По сути, это трубопровод определенной формы и размера, который нужен для доставки в цилиндры нужного количества воздуха. Помимо этого, он отвечает за смешивание воздуха с топливом из форсунок в инжекторном двигателе. Но если бы всё было так просто, инженеры не занимались бы поиском идеальной геометрии коллектора для каждого нового мотора.

В современных автомобилях впускной коллектор выполняет несколько задач:

Устройство и принцип работы

Чтобы впускной коллектор выполнял все возложенные на него задачи, он должен иметь строго рассчитанную геометрическую форму. Например, для того, чтобы поток внутри не замедлялся, коллектор проектируется без углов и прямых линий. Плавные изгибы, округлая форма способствуют более мощному воздушному потоку.

На входе во впускной коллектор находится карбюратор или дроссельная заслонка, если речь идет об инжекторном двигателе. Центральный канал разделяется на отдельные рукава – раннеры, которые подходят к цилиндрам, а точнее, к впускным клапанам.

Топливные форсунки размещаются возле впускных клапанов (в системе распределенного впрыска) или в центральном канале, если установлен моновпрыск.

По форме впускного канала различают одноплоскостные и двухплоскостные:

Материалы.
Изначально впускные коллекторы делались металлическими: из чугуна, стали, алюминия. Проблема таких конструкций не только в достаточно высокой цене, но и в значительном нагреве от цилиндров двигателя. Сегодня их в основном делают из специального термостойкого пластика, который обладает меньшей теплопроводностью, а значит, и меньше нагревает воздух внутри.

Принцип работы.
Основной принцип работы коллектора – подача воздуха на фазе впуска. Инициатором движения воздуха является сам двигатель. Когда поршень опускается, в камере сгорания над ним создается зона низкого давления. На фазе впуска, когда клапан открыт, опускающийся поршень затягивает воздух, как хороший насос. Таким образом, от центрального канала воздух поступает в нужный раннер, а из него – в камеру сгорания. На видео-3д анимации, ниже, наглядно показан принцип работы впускного коллектора с вихревыми клапанами.

Если на автомобиле установлен карбюратор или центральная форсунка, при втягивании воздуха в раннер, поток топлива (или топливно-воздушной смеси) поступает в нужный цилиндр. Благодаря тому, что поток внутри коллектора турбулентный, топливо лучше перемешивается с воздухом и, следовательно, лучше сгорает. Турбулентный воздушный поток проектируется в коллекторе специально: он быстрее движется и лучше наполняет цилиндры.

В автомобилях с распределенным впрыском форсунки установлены в раннерах коллектора перед впускными клапанами. В этом случае по коллектору движется только воздух, который смешивается с распыленным топливом перед самым входом в цилиндр двигателя. Здесь скорость и структура воздушного потока также важны, поскольку для качественного приготовления топливно-воздушной смеси остается меньше времени и места.

Резонансные колебания.
Чтобы усилить поток поступающего воздуха, внутренняя геометрия впускного коллектора рассчитывается так, чтобы образовался так называемый резонанс Гельмгольца. Примерная схема, как это работает:

Изменение геометрии впускного коллектора

Впускные коллекторы с изменяемой геометрией – отличное решение, благодаря которому можно получить максимальный поток воздуха и на высоких, и на низких оборотах двигателя.

Необходимость изменяемой геометрии обусловлена тем самым резонансом воздушного потока, который помогает наполнять цилиндры. Чем выше частота оборотов двигателя, тем выше скорость потока воздуха.

Однако ритм резонансных колебаний зависит от длины коллектора, а значит, может не совпадать с ритмом открытия клапанов. Чтобы повлиять на поток воздуха, нужно менять длину его пути или его объем (или оба показателя). Так инженеры пришли к идее создания коллекторов, форма и объем которых меняются в зависимости от нагрузки.

С переменной длиной.
При работе на низких и средних оборотах двигатель лучше наполняется воздухом, если коллектор длинный. А вот на высоких оборотах нужна меньшая длина для более быстрой подачи воздуха. Чтобы дать двигателю нужное количество воздуха, коллектор делится на 2 или 3 “ветки” с разной длиной, между которыми установлен клапан, управляемый ЭБУ. Наглядно показано на 3д-анимации ниже.

Когда двигатель работает с невысокой нагрузкой, воздух проходит по длинному пути. Если же выйти на высокие обороты, клапан переключает поток воздуха на меньший канал.

Такие системы ставятся на бензиновые, дизельные и газовые двигатели, н только атмосферные, без турбонаддува. В турбированных системах накачка воздуха происходит принудительно.

С переменным сечением.
Чем меньше толщина коллектора, тем быстрей движется поток воздуха в нём, следовательно, лучше наполняются цилиндры двигателя, качественней сгорает топливо.

Система с изменяемым сечением применяется на двигателях с двумя впускными клапанами. Часть раннера, которая примыкает к двигателю, разделена на две ветки, каждая из которых подключена к своему клапану. Внутри одного из ответвлений установлена заслонка, управляемая ЭБУ. При работе на низких оборотах заслонка закрыта, воздух поступает только через один впускной клапан. Когда двигатель набирает обороты, заслонка открывается и воздух в двигатель идет уже по обоим каналам. Коллекторы с переменным сечением ставятся и на турбированные, и на атмосферные двигатели.

Для EGR.
Существует отдельная категория впускных коллекторов, предназначенных для дожига картерных газов. Они были разработаны в ответ на растущие требования к экологической безопасности. Так была создана система EGR (Exhaust Gas Recirculation), при которой газы из системы выхлопа отправляются обратно во впускной коллектор через специальный клапан. Делается это для того, чтобы “дожечь” вредные вещества, продлить ресурс катализатора и сажевого фильтра, уменьшить токсичные выбросы в атмосферу.

На низких оборотах двигателя, выхлопные газы из камеры сгорания поступают снова во впускной коллектор. Однако в них уже нет такого количества кислорода, как в чистом воздухе, и температура горения топлива будет ниже, чем обычно. Включается эта система на некоторых режимах работы двигателя, например, на холостом ходу.

Основные неисправности

Как и любое устройство, впускной коллектор может выйти из строя. Причиной поломки может стать как банальный износ определенных деталей, так и другие внешние факторы.

Разгерметизация.
Нарушение целостности корпуса чаще всего случается из-за износа герметизирующих прокладок. В этом случае возникает дополнительная накачка воздуха в коллектор – подсос. Это не так хорошо, как может показаться: двигатель рассчитан на получение строго определенного количества воздуха в своем режиме работы. Если воздуха больше нормы, получается обедненная смесь, нарушается работа двигателя и ЭБУ может переключить его на аварийный режим. При потере герметичности необходимо заменить прокладки коллектора.

Отложения.
В двигателях с центральным впрыском или карбюратором на внутренних стенках могут оседать примеси из топлива. Но гораздо больше проблеме наростов во впускном коллекторе бывает у систем с рециркуляцией выхлопных газов. Налет на внутренней части нарушает геометрию впускного коллектора, поток воздуха проходит с меньшей турбулентностью, хуже происходит перемешивание его с топливом. Засор коллектора можно устранить с помощью чистки.

Поломка заслонок.
Если заслонки во впускном коллекторе сделаны из некачественного материала, они могут выйти из строя. Такой “болезнью” страдают многие немецкие модели автомобилей.

Помимо низкого качества самих заслонок, причиной неисправности может стать попадание масла в пространство коллектора. В этом случае придется искать причину расхода масла и устранять ее, и только после заниматься ремонтом заслонок.

Неисправность датчиков.
Датчики температуры и давления могут выйти из строя, что приводит к поступлению неверных данных на ЭБУ. Иногда сбой в системе настолько существенный, что блок управления переключает двигатель на аварийный режим. Проверку датчиков делают на СТО, и при необходимости меняют их на новые.

Тюнинг впускного коллектора

Любители автотюнинга не обходят своим вниманием и впускной коллектор. При правильном подходе, действительно, удается улучшить показатели мощности двигателя, пример на видео, ниже.

Заключение

Нормально работающий впускной коллектор помогает выжать максимум из двигателя и при этом снизить расход топлива – именно то, о чём мечтают все автолюбители. Неисправности случаются достаточно редко, так что поводов о нём беспокоиться не так уж много.

При небольших неисправностях, ремонт может сделать сам автовладелец, имеющий навык ремонта автомобиля и нужные инструменты. Но если нет уверенности в своих силах и знаниях, лучше обращаться к профессионалам.

Источник