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.
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:
- Подает нужное количество воздуха для приготовления стехиометрической топливной смеси (то есть с оптимальным соотношением топлива с воздухом);
- Равномерно распределяет воздушный поток между цилиндрами двигателя;
- Так как в коллекторе есть постоянное разрежение, за счет всасывающего эффекта от поршней двигателя, то инженеры додумались использовать это разрежение (вакуум) для усиления тормозных усилий, для вентиляции картерных газов и т.д., в зависимости от марки и типа автомобиля.
- Создает резонансный воздушный поток, чтобы увеличить скорость его движения без дополнительного оборудования.
Турбулентность во впускном коллекторе
Данный пункт не относится к моторам с непосредственным впрыском. Горючее попадает во впускной коллектор в мелкораспыленном виде, после чего смешивается с воздухом. Некоторая его часть может осесть на стенках впускного коллектора под воздействием электростатических сил. Это явление крайне нежелательно, поскольку в результате в цилиндры попадет намного меньше топлива, и рассчитанная электронным блоком управления пропорция «воздух-топливо» будет нарушена в сторону увеличения объемной доли воздуха.
Бороться с конденсацией горючего помогает турбулентность. Под ее воздействием горючее лучше распыляется, и происходит более полное его сгорание. Как следствие возрастает мощность мотора, и снижается риск детонации. Чтобы обеспечить появление турбулентности, внутреннюю поверхность впускного коллектора не полируют, а наоборот делают шершавой. Здесь важно добиться оптимального значения турбулентности, поскольку с ее усилением начинают возникать перепады давления внутри впускного коллектора, и мощность двигателя падает.
Как коллектор влияет на работу 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.
Электромагнитный клапан системы изменения длины впускного коллектора
Клапан состоит из корпуса, запорного механизма, трёх штуцеров и электромагнитной катушки. Чтобы демонтировать клапан с автомобиля достаточно со стороны ресивера отогнуть фиксатор-защёлку и сдвинуть клапан вниз
Клапан имеет три штуцера. Один из них (атмосферный) закрыт крышечкой. Её необходимо снять для проверки и удаления грязи
Для проверки запирающих свойств клапана достаточно подуть в боковой штуцер. При этом воздух должен выходить в нижний (атмосферный) штуцер, а в верхний не должен. Если подать на клапан напряжение, то всё должно быть наоборот.
Для проверки обмотки клапана достаточно нажать на фиксатор колодки проводов и снять её
На клапане будут видны два контакта. К ним необходимо подключить омметр и замерить сопротивление, которое должно составлять несколько Ом. Если сопротивление в норме, а клапан не работает, тогда необходимо проверить приходящее напряжение на колодке, которое должно составлять около 12 В. Не забудьте завести двигатель для измерения напряжения.
Виды впускных коллекторов
Существуют такие виды впускных коллекторов:
- стальные;
- алюминиевые;
- пластиковые;
- с изменяемой геометрией;
- с клапанами контроля выхлопных газов (EGR);
- с турбонаддувом;
- с точечным впрыском топлива и др.
На современных двигателях довольно широко распространены коллекторы с точечным впрыском топлива. В такой модификации топливо подается при помощи электромагнитных форсунок, установленных в каждой из его труб-каналов.
Принципиальная схема впускного коллектора с точечным впрыском топлива
Впускной коллектор, как и двигатель в целом, продуктивно работает в определенном диапазоне оборотов. Устройство и тип установленного коллектора зависит от компоновки блока цилиндров, от целевой направленности двигателя и от конструктивных решений в целом.
Все выше перечисленные коллекторы, делятся на две группы:
- одноплоскостные;
- двухплоскостные.
Одноплоскостной коллектор подает топливовоздушную смесь через один общий канал, многоплоскостной же изначально делит поток смеси на два потока.
Одноплоскостной коллектор
Как правило, двигатели с двухплоскостным коллектором выдают больше мощности на низких и средних оборотах в пределах 2000-4000 об/мин. На высоких же — из-за образующихся завихрений мощность будет несколько ниже.
Двухплоскостной коллектор
Коллектор с общей камерой без перегородок раскрывает свой потенциал на оборотах от 5000 и выше.
Установка впускного коллектора другой модификации не гарантирует улучшения показателей двигателя. Обычно такие детали проектируются вместе с ним.
Очистка впускного коллектора, клапанов и камеры сгорания для моторов GDI с пробегам за 100тыс — процедура вынужденная и обязательная.
Полностью избавиться от чистки впускного тракта не получится. Её можно только отсрочить, поддерживая мотор в исправном состоянии (грамотно менять моторное масло, вовремя менять маслосъемные колпачки, не допускать закоксовывания поршневых колец, применять чистый бензин, и качественные топливные фильтры). Контроль загрязнений правильней осуществлять при помощи технических эндоскопов. Визуальный осмотр камеры сгорания при плановой диагностике — даст конкретную оценку необходимости очистки двигателя.
Конструкция и материалы для производства впускных коллекторов
Конструктивно впускной коллектор представляет собой закрытый резервуар сложной формы с общей камерой (ресивером) и отводящими патрубками (по числу цилиндров двигателя). В течение долгого времени на двигатели устанавливали коллекторы из алюминия или чугуна, но примерно с начала 2000-х годов приобретают все большую популярность композитные материалы. Из пластика сделан коллектор двигателей Ford Zetec 2.0, Duratec 2.0 и 2.3 и многих других современных агрегатов.
Ресивер (вакуумный бачок) системы изменения длины впускного коллектора
Это цилиндрическая ёмкость с обратным клапаном внутри. Проверка очень проста и состоит из двух пунктов:
- проверить целостность, чтобы не было утечки вакуума
- отключить трубку, идущую к электромагнитному клапану, а вторую трубку отключить от коллектора (трубка №2). Подуть в эту трубку — воздух не должен проходить. Но при всасывании в себя — воздух должен проходить!
Неисправности впускного коллектора
Наиболее частые неисправности:
- потеря герметичности прокладок;
- обрастание стенок сажей и смолой;
- ступенька между коллектором и карбюратором, воздушным фильтром или головкой блока цилиндров (ГБЦ);
- излишний нагрев от выпускного коллектора.
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.
Рабочий механизм (пневмокамера) системы изменения длины впускного коллектора
Это самое слабое звено в этой цепи. Пневмокамера состоит из корпуса (металлического или пластикового), штока, диафрагмы и пружины.
Чаще всего система изменения геометрии впускного коллектора выходит из строя именно из-за изношенной диафрагмы пневмокамеры. Её можно назвать расходным материалом.
Чтобы проверить целостность пружины и диафрагмы, достаточно отсоединить вакуумную трубку и вдавить шток. Шток должен войти без заеданий, а при отпускании — должен резко выдвинуться. Значит пружина цела и ось заслонок не заедает.
Теперь вдавливаем шток и закрываем штуцер пальцем. Шток не должен выходить из пневмокамеры полностью. Если выходит — значит диафрагма порвана.
Вот видео работы рабочего механизма с немного износившейся диафрагмой. Смотрите внимательно
Диафрагма ещё кое-как работает. Шток на холостом ходу втягивается, но стоит немного нажать педаль газа, как шток немного выходит. Это происходит, потому что при открытии дроссельной заслонки в коллекторе возрастает давление и уменьшается разрежение. И этого разрежения уже не хватает для удержания порванной диафрагмы. Хотя целую диафрагму оно удержало бы без проблем.
По достижении оборотов 4,5 тыс.об/м, шток выдвигается полностью, как должно и быть. Значит вся система работает исправно, кроме диафрагмы.
Но главная проблема даже не в том, что теперь коллектор некорректно переводится в длинный/короткий. Вернее, это тоже большая проблема, но есть и ещё более серьёзная.
Дело в том, что до 4,5 тыс.об/м электромагнитный клапан открыт и, естественно, пускает разрежение в пневмокамеру с порванной диафрагмой, что приводит к подсосу неучтённого воздуха во впускной коллектор! Из-за этого происходит нарушение корректной работы двигателя на малых и средних оборотах. Наблюдаются провалы, дергания, возрастание оборотов холостого хода и, соответственно расход топлива ещё больше бьёт по карману.
Поэтому пневмокамеру в обязательном порядке необходимо заменить.
Если Вы заметили, что диафрагма испорчена, а до дома ещё очень далеко и нет возможности купить новую пневмокамеру, тогда можно поступить следующим образом:
- Отсоединить вакуумную трубку от коллектора, а штуцер на коллекторе заглушить. Внимание!!! Только заглушку нужно искать, которая наденется НА штуцер (например, шланг загнуть и закрепить проволокой, резиновую часть от медицинской пипетки и т.п.), а НЕ в штуцер (спички, зубочистки и т.п.). Нужно именно так для того, чтобы Вашу заглушку не засосало в коллектор! Я использовал загнутый и обжатый проволокой кусочек вакуумного шланга
- Утопить шток пневмокамеры и зафиксировать его в этом положении проволокой, хомутом или чем-то подобным.
Так можно спокойно ехать, куда глаза глядят. Но помнить, что на высоких оборотах двигателя динамика будет чуть хуже.
Ремонт впускного коллектора
Хотя поломка данного элемента происходит достаточно редко, его ремонт является головной болью автомобилистов. Причиной тому – неоднозначность диагностики поломки, ведь зачастую все грешат на двигатель. Среди признаков поломки коллектора стоит отметить:
- существенное снижение мощности;
- увеличение расхода топлива;
- аритмичность работы системы.
Но в некоторых случаях могут быть индивидуальные признаки, что важно учитывать. Лучше проводить комплексную диагностику в автосервисе, что даст более точный результат поломки.
Зачастую в коллекторе выходят из строя его заслонки. Кроме того, возможна поломка клапана управления. Если же наблюдается шум и треск в системе, то причиной этому является отсоединение трубки от завихрителя. Однако разбираться в этом стоит по факту.
При ремонте для начала стоит разобрать данные с датчика коллектора. Он позволит убедиться в поломке элемента и даже определить ее причину. Далее необходимо снимать устройство, что делается в несколько шагов.
- Снижается давление в системе посредством отключения топливного насоса.
- Отключается аккумулятор и снимается декоративный кожух.
- Снимается воздушный фильтр.
- Отсоединяется дроссельный узел.
- Снимается сам впускной коллектор.
После чего начинается непосредственный ремонт устройства. Важно отметить, что некоторые детали не могут быть отремонтированы. Среди них особенно проблемные заслонки и клапан управления, при их поломке необходимо приобретать новую деталь.
Нередко выходит из строя сам датчик. Если он работает некорректно, то блок управления неправильно высчитывает параметры, что приводить к плохому формированию воздушно-топливной смеси. Это нужно учитывать, поэтому при поломке важно не затягивать, и заменить деталь, иначе можно повредить двигатель. Быстрое устранение неполадок относится ко всем дефектам впускного коллектора.
Ремонт достаточно сложен, могут возникнуть проблемы при его снятии и замене определенных элементов. Важно проверить все соединения на изоляцию, чтобы не возникало утечек давления. Также стоит следить за клапанами, чтобы они не блокировали поток смеси.
Впускной коллектор – важный элемент, который существенно повышает эффективность работы двигателя. Он имеет достаточно сложную конструкцию, но его принцип действия прост. В коллекторе важны все составляющие, а также размер и форма элементов, что обеспечивает эффективность работы устройства.
Для оптимальной работы впускной коллектор автомобиля должен иметь определенные геометрические параметры, подобранные под заданную частоту вращения коленчатого вала. По этой причине классическая конструкция обеспечивает корректное наполнение цилиндров лишь в ограниченном диапазоне оборотов двигателя. Чтобы обеспечить поступление достаточного количества воздуха в камеру сгорания при любой величине оборотов, применяется система изменения геометрии впускного коллектора.
Впускные коллекторы с изменяемой геометрией
Отдельного внимания заслуживает система изменения геометрии впускного коллектора.
Двигатели с переменной длиной впускного тракта
Импульсные движения во впускном коллекторе, безусловно, помогают его работе, но процесс запускается только в диапазоне определенных частот колебаний. Длина импульса пропорциональна длине трубы коллектора. Такой принцип используется во впускных коллекторах с изменяемой длиной. Электронный блок управления двигателем контролирует число оборотов и подает сигнал на клапан для включения «малого» либо «большого» круга подачи смеси.
Устройство коллекторов с изменением сечения каналов
В случае изменения сечения впускного коллектора по ходу движения топливной смеси установлены заслонки, которые в закрытом положении не перекрывают полностью продвижение смеси, а уменьшают просвет коллектора. Изменение сечения потока приводит к завихрениям и увеличению их скорости. Управление такими устройствами осуществляет бортовой компьютер.
Пример реализации коллектора с изменяемым сечением дизельного и бензинового двигателей
Впускные коллекторы с системой рециркуляции отработанных газов
Впускные коллекторы с системами EGR Exhaust Gas Recirculatiоn (система рециркуляции отработанных газов) предназначены для уменьшения токсичных выбросов в атмосферу. Подобные конструкции коллекторов устанавливаются как на бензиновые, так и на дизельные двигатели. Принцип действия прост — отработанные газы из выхлопной системы через отдельный клапан попадают обратно во впускной коллектор, благодаря чему понижается содержание кислорода в топливовоздушной смеси, а значит, понижается интенсивность окисления и температура в камерах сгорания. Система включается только в определенных режимах, например, на холостом ходу.
Чистка со снятием
Если в процессе работы двигателя слышатся характерные стуки из впускного коллектора, то это говорит о том, что в коллекторе грязь. Для восстановления нормальной работы необходимо выполнить очистку. Давайте посмотрим, как это делается на примере чистки впускного коллектора «Астры».
Первым делом автомобиль поднимают на подъемнике. Затем откручивают болт коллектора, который крепит его к рампе. Снимают дроссельную заслонку, убирают датчики и патрубки. Теперь отворачивают болты, крепящие коллектор к двигателю, и демонтируют его. Снимают крышку.
Инженерные вариации на тему коллекторов
Несмотря на свою простоту, выпускной коллектор имеет разновидности, появление которых обусловлено физикой оборота газов по трубам.
Из-за этого разработчикам приходится идти на компромиссы, и о них мы обязательно поговорим. Но сперва разновидности.
Встречаются такие типы коллекторов:
В первом случае конструкция получается очень дешёвой.
Главной её особенностью являются короткие выпускные патрубки и общая камера сбора. Честно говоря, цельные коллекторы крайне неэффективны для отвода отработавших газов.
Всему виной короткие трубки, из-за которых велико влияние импульсов газа на соседние цилиндры.
В результате мы имеем неудовлетворительную продувку камер сгорания, а это отражается на многих факторах, включая и параметры двигателя.
Для того чтобы мотор работал с максимальной эффективностью, были разработаны трубчатые выпускные системы.
Именно они наиболее часто встречаются под капотами современных автомобилей.
Представляют они собой выпускные трубы, идущие от цилиндров и сходящиеся в одну (или иногда сначала в несколько, а потом уж в одну).
Разрабатывая их, инженерам есть с чем повозиться, так как от длины выпускных труб и их диаметра зависит отдача мотора на разных оборотах.
Так, к примеру, если мы возьмём короткие трубки, то они, благодаря резонансному эффекту будут наилучшим образом продувать камеры сгорания на высоких оборотах.
Но тогда возрастёт взаимное влияние цилиндров друг на друга.
Длинные выпускные трубы, в свою очередь, хороши на малых оборотах.
Аналогичная история и с диаметром – малый диаметр труб оптимален, с точки зрения скорости отвода газов на малых и средних оборотах.
Но оказывает они испытывают большое сопротивление на высоких оборотах, из-за чего мощность мотора падает. С бОльшим диаметром выхлопных труб всё наоборот.
Таким образом, инженерам приходится лавировать и искать компромиссы, о которых мы не зря упомянули ранее.
О тюнинге вместо эпилога
Вспоминая о выпускном коллекторе, нельзя обойти тему тюнинга, ведь эта деталь довольно часто оказывается в списке тех, подлежащих доработкам.
Как правило, на рынке можно найти разные конфигурации этого элемента под определённую модель.
Выпускные коллекторы позволяют достичь, к примеру, хорошей отдачи на низких оборотах или в среднем диапазоне – на любой вкус и цвет.
А в автоспорте зачастую и вовсе отказываются от коллекторов на выходе, напрямую подсоединяя выхлопные трубы к каждому цилиндру.
Заключение
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.
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.
