Для чего нужен впускной коллектор двигателя?

4.10 Система впуска и выпуска

Система впуска

Эта система состоит из нескольких элементов, которые обеспечивают подвод воздуха ко впускным каналам головки блока цилиндров. Также она влачит на себе бремя очистки воздуха, который, в основном, содержит пыль, грязь и песок.

Рисунок 4.41 Элементы системы впуска.

Итак, вся система впуска состоит из следующих элементов:

• воздухозаборника;
• корпуса воздушного фильтра с фильтрующим элементом;
• воздуховода (ов);
• дроссельной заслонки;
• ресивера (не всегда);
• впускного коллектора;
• системы дополнительного (промежуточного) охлаждения воздуха, если автомобиль с системой наддува

Примечание
На рисунке 4.41 нет элементов системы промежуточного охлаждения воздуха.

Рассмотрим все по отдельности.

Воздухозаборник

Зачастую, это пластиковая деталь, призванная, о чем можно догадаться из ее названия, «забирать воздух». Расположен он, чаще всего, максимально близко к передней части моторного отсека, обычно над радиатором (пример воздухозаборника приведен на рисунке 4.41). Деталь ответственная, особенно если автомобиль относится к классу внедорожников, хозяева которых эксплуатируют их в жестких бездорожных условиях, к которым относится преодоление ручейков и рек вброд.

Но, независимо от класса и условий эксплуатации автомобиля, воздухозаборник стараются установить повыше – дальше от дорожной грязи и пыли.

Воздушный фильтр

Это одна из самых простых и в то же время незаменимых деталей автомобиля. Воздушный фильтр призван очищать поступающий извне воздух от загрязнений и частиц пыли. Если бы не было фильтра, то попадающие внутрь инородные частицы превращались бы в «наждачную бумагу», исправно продирающую зеркало цилиндра (что это такое мы рассматривали в разделе «Описание устройства простейшего двигателя»). К чему приводит такая «обработка», можно не объяснять. Схематическое изображение корпуса воздушного фильтра приведено на рисунке 4.41.

Воздуховоды

Воздуховодами (рисунок 4.41) называются воздушные патрубки, соединяющие воздухозаборник с корпусом фильтра, а его, в свою очередь, с корпусом дроссельной заслонки и в конце — заслонку с ресивером.

Дроссельная заслонка

Дроссельная заслонка — устройство, регулирующее количество поступающего в цилиндры двигателя воздуха. Дроссельная заслонка в корпусе представлена на рисунке 4.42. В сборе она представляет из себя корпус в виде трубки с установленной на оси внутри нее заслонкой. Через трос заслонка соединена с педалью акселератора («газа»). Вы нажимаете на педаль газа, трос перемещается и поворачивает заслонку на какой-то угол. Соответственно, через открытую заслонку начинает поступать большее количество воздуха, электроника «дает команду», и система питания начинает подавать больше топлива.

Рисунок 4.42 Внешний вид дроссельной заслонки.

Примечание
Более подробное описание работы системы питания дано в разделе «Система питания современных двигателей».

Ресивер

Ресивер предназначен для накопления определенного количества очищенного воздуха перед впускным коллектором и более равномерной его подачи в цилиндры. Пример ресивера представлен на рисунке 4.41.

Впускной коллектор

Впускной коллектор (рисунок 4.41) является посредником между воздушными патрубками и головкой блока цилиндров. В него также устанавливаются топливные форсунки, если в автомобиле предусмотрена система распределенного впрыска. Иногда, в зависимости от конструкции, непосредственно на впускной коллектор устанавливается дроссельная заслонка.

Система дополнительного (промежуточного) охлаждения воздуха

Эта система призвана охлаждать накачиваемый компрессором (если таковой установлен) воздух, направленный в цилиндры двигателя. Делается это с одной целью – увеличить степень наполнения цилиндра за счет повышения плотности воздуха путем охлаждения. Система включает в себя патрубки-воздуховоды, соединяющие компрессор с дроссельной заслонкой, в которые последовательно вмонтирован радиатор с воздушным или жидкостным охлаждением.

Примечание
Степень наполнения цилиндра характеризуется коэффициентом наполнения, который равен отношению объема поступившего воздуха к объему цилиндра.

Примечание
На автомобильные двигатели часто для повышения мощности и крутящего момента устанавливают компрессоры, которые могут быть двух типов: приводные и турбокомпрессоры. Первый тип компрессоров приводится непосредственно от коленчатого вала через приводной ремень, цепь или шестерни. Существует множество компрессоров данного типа. Турбокомпрессор состоит из двух частей – турбины и компрессора. Турбина и компрессор закреплены на одном валу. Турбину раскручивает поток отработанных газов, вместе с ней раскручивается компрессор, закачивая в цилиндры дополнительное количество воздуха.

Система выпуска

Система выпуска необходима для отвода отработанных газов и снижения шума при их выхлопе. Состоит из выпускного коллектора и выхлопной трубы. В современных двигателях для улучшения экологических показателей дополнительно между выпускным коллектором и выхлопной трубой устанавливается каталитический нейтрализатор.

Рисунок 4.43 Система выпуска.

Выпускной коллектор

Выпускной коллектор (схематически изображен на рисунке 4.43) — это деталь, устанавливаемая непосредственно на головку блока цилиндров и предназначенная для перенаправления отработанных газов далее – в выхлопную трубу.

Этот элемент системы выпуска сильно нагревается, потому в современных автомобилях прикрыт термоизоляционной крышкой. Выпускной коллектор может иметь различную форму, быть изготовленным различными способами и представлять собой литую деталь или набор патрубков (смотрите рисунок 4.44) одинаковой длины, изогнутых в причудливые формы (в быту часто называют «паук»). Сделано это для улучшения отвода отработанных газов от одного цилиндра за счет разряжения, создаваемого при выхлопе газов из другого (следующего согласно «тактности»).

Рисунок 4.44 Двигатель с выпускным коллектором из патрубков.

Каталитический нейтрализатор

Каталитический нейтрализатор — устройство, предназначенное для «дожигания» несгоревшего топлива, которое содержится в отработанных газах, и «удаления» части вредных веществ. Не будем вдаваться в подробности химических процессов, происходящих внутри данного устройства, просто скажем о том, что установка данного прибора значительно снизила выбросы вредных веществ, содержащихся в отработанных газах.

Примечание
В основном, срок службы каталитического нейтрализатора равен сроку службы автомобиля. Однако в отечественных условиях эксплуатации, при использовании топлива низкого качества, в которое, вопреки нормам, добавляют этилированные присадки, специальное пористое наполнение катализатора разрушается, что приводит к ухудшению работы двигателя в целом. В отдельных случаях частицы разрушающегося рабочего элемента попадают в цилиндры, что приводит к выходу из строя поршневой группы.

Выхлопная труба

Выхлопная труба (рисунок 4.43 и 4.45) представляет собой трубку, состоящую из нескольких секций, в промежутках которой установлены глушители.

Рисунок 4.45 Выхлопная труба в сборе.

Дело в том, что сгорание топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя происходит настолько быстро, что получается почти взрыв и, как только выпускной клапан открывается, звук начинает распространяться от выпускного канала в головке блока через выпускной коллектор в выхлопную трубу. Дабы исключить грохот и шум, придумали глушители, которые, хоть и отбирают какую-то долю мощности двигателя, но делают это исключительно с благими намерениями – чтобы работа двигателя была по возможности незаметной.

Назначение впускного коллектора в авто

Каждый автомобиль дышит, и вы не ослышались – это действительно так. Он вдыхает воздух и выделяет выхлопные газы. Кислород является одним из самых важных веществ, поддерживающий жизнь в вашем автомобиле.

В автомобилях с двигателем внутреннего сгорания, включая электрические автомобили, которые начинают выходить сегодня на рынок, происходит движение воздуха, представляющее собой серию небольших взрывов внутри камеры сгорания. Топливом для этих взрывов, как правило, является бензин, но взрывы не были бы возможны без кислорода. Другими словами, присутствие надлежащего количества воздуха и топливной смеси в цилиндрах вашего автомобиля необходимый фактор. Если двигатель – это сердце автомобиля, то впускной коллектор выступает в качестве его легких.

Впускной коллектор является частью автомобильного двигателя, которая подает топливо и воздух в цилиндры. Двигатель играет очень важную роль во всей эксплуатации транспортного средства. Эта часть автомобиля производит и поставляет энергию, необходимую для функционирования других компонентов автомобиля. Ряд других частей помогают двигателю распределять его мощность, среди которых числится и впускной коллектор.

Как работает впускной коллектор

Впускной коллектор является одним из составляющих элементов впускной системы транспортного средства. Главной функцией впускного коллектора является равномерное распределение горючей смеси (или просто воздуха в двигатель с непосредственным впрыском) к каждому впускному отверстию в головке цилиндра или цилиндров. Равномерное распределение играет важную роль в эффективности и производительности двигателя. Впускной коллектор также может служить креплением для карбюратора, дроссельной заслонки, форсунки и других составляющих двигателя транспортного средства. Впускной коллектор автонесет ответственность за направление воздушного потока в головку блока цилиндров. Разряжение, которое возникает во впускном коллекторе, применяется для функционирования вакуумного усилителя тормозов, а также для привода впускных заслонок.

Впускной коллектор представляет собой ряд труб, которые распределяют воздух, поступающий в двигатель равномерно в каждый из цилиндров, так что нужное количество воздуха смешивается с нужным количеством топлива. Большинство двигателей внутреннего сгорания работает на четырехтактном процессе и во время первого удара (так называемый такт впуска) воздух от впускного коллектора засасывается в каждый цилиндр через клапан или клапаны. Эти впускные клапаны закрываются для других трех ударов (сжатие, сгорание и выпуск) и снова открываются, когда цикл вновь начинается. Впускной коллектор отвечает за то, чтобы достаточное количество воздуха было доступно, когда клапан открывается для каждого такта впуска и чтобы каждый цилиндр получал то же количество воздуха, как и другие.

Дроссельная заслонка управляет количеством воздуха. В двигателе, который оснащен системой впрыска топлива, топливовоздушная смесь проходит по короткой части впускного коллек­тора, а в карбюраторном двигателе – через весь коллектор. Вышеперечисленные особенности свидетельствуют о том, что впускные коллекторы имеют различные конструкции.

Впускной коллектор крепится специальными болтами.

Виды впускных коллекторов

Есть стоковые и не стоковые коллекторы. Стоковые коллекторы делятся на горизонтальные и вертикальные. Основные типы горизонтальных коллекторов – это тип D16Z6 и D16Y8. Каждый коллектор имеет свои версии и разновидности. Не стоковые впускные коллектора используются для разных двигателей. Впускные коллекторы марок Skunk2 и EdelBrock устанавливаются горизонтально и повышают характеристику двигателя.

Вертикальный впускной коллектор устанавливается на экономичных двигателях, D16W7 VTEC-E, с менее агрессивным характером.

Дизайн и ориентация во впускном коллекторе являются основными факторами в объемной эффективности работы автомобильного мотора. Резкие изменения контура провоцируют перепады давления, в результате чего в камеру сгорания поступает меньше воздуха и топлива. Высокопроизводительные блоки имеют гладкие контуры и постепенные переходы между соседними сегментами.

Впускной коллектор изготавливается из алюминия или литейного чугуна, хотя в наши дни все большую популярность приобретают композитные пластиковые материалы.

Что такое обогрев впускного коллектора

Для того чтобы жидкое топливо, распыленное в потоке топливно-воздушной смеси, испарялось на пути от карбюратора до камеры сгорания, впускному коллектору необходимо тепло. Топливо, испаряясь, отбирает тепло у воздуха, в результате чего температура смеси снижается. В охлажденной смеси дальнейшее испарение топлива происходит медленней, чем в нагретой. Топливно-воздушная смесь, при необходимости, дополнительно подогревается. Дополнительный подогрев обеспечивает ровную работу холодного двигателя. Для обеспечения хорошей испаряемости топлива температура всасываемой смеси должна находиться в пределах от 38°С до 55°С. В современных двигателях, как правило, предусмотрен дополнительный подогрев впускного коллектора при низкой температуре воздуха, который осуществляется так называемой термостатной системой фильтрации воздуха. Всасываемый воздух нагревается теплом, отбираемым у выпускного коллектора, и направляется в воздухозаборник воздушного фильтра. Переключатель с биметаллическим термореле управляет вакуумным клапаном, который регулирует поступление потока подогретого воздуха. Компоненты этой системы показаны на рис. 12.15. Еще один термостатический клапан, называемый тепловой заслонкой, направляет отработавшие газы для подогрева впускного коллектора непосредственно за карбюратором. В V-образных двигателях отработавшие газы пропускаются через воздуховод, называемый нагревательным переходом выпускного коллектора. Часть отработавших газов направляется на подогрев впускного коллектора непосредственно под дроссельной камерой. Пример такого перехода показан на рис. 12.16.

Рис. 12.13. Палец указывает на тонкостенный металлическим отражатель, прикрепленный к стороне впускного коллектора, обращенной к развалу блока цилиндров, в котором стоят толкатели клапанов. Он предназначен для защиты перехода выпускного коллектора от попадания на него масла. Этот экран защищает масло от нагревающегося до высокой температуры перехода, проложенного в корпусе впускного коллектора, по которому пропускаются отработавшие газы

Рис. 12.14. Цельная уплотнительная прокладка впускного коллектора, служащая одновременно маслозащитным экраном

Воспользуйтесь контактным клеем и противозадирным составом

Общей проблемой алюминиевых впускных коллекторов используемых в чугунных V-образных двигателях, является частое разрушение уплотнительной прокладки. У алюминия коэффициент теплового расширения вдвое выше, чем у чугуна (0,0012 дюйма на 100°Ф у алюминия против 0,0006 дюйма на 100°Ф у чугуна). В результате этого при нагреве двигателя впускной коллектор расширяется и его фланец начинает раздвигаться, ползя по контактной поверхности чугунной головки блока цилиндров. Для предотвращения преждевременного износа уплотнительной прокладки впускного коллектора наклейте ее на контактную поверхность чугунной головки блока цилиндров с помощью контактного клея. Это облегчит фиксацию прокладки при ее замене и не позволит ей двигаться по поверхности головки. Затем, перед монтажом алюминиевого впускного коллектора, покройте контактную поверхность уплотнительной прокладки и/или контактную поверхность впускного коллектора антизадир-ным составом. Это защитит прокладку от задиров, возникающих при тепловом расширении впускного коллектора.

Рис. 12.15. Типичная конструкция терморегулятора системы предварительного подогрева всасываемого воздуха карбюраторного двигателя. Если воздуховод предварительного подогрева неисправен или отсутствует, это вызывает серьезные нарушения в работе холодного двигателя. В большинстве двигателеи, оснащенных системой центрального впрыска топлива, также используется подогрев воздуха при разогреве двигателя <публикуется с любезного разрешения отделения Chevrolet Motor Division корпорации General Motors Corporation)

Рис. 12.16. Нагревательный переход выпускного коллектора, по которому пропускаются отработавшие газы для подогрева впускного коллектора. Если этот канал забивается нагаром, то это вызывает нарушение работы двигателя во время его разогрева и препятствует открыванию воздушной заслонки в карбюраторных двигателях (публикуется с любезного разрешения отделения Chevrolet Motor Division корпорации General Motors Corporation)

ПРИМЕЧАНИЕ

В двигателях, оснащенных системой впрыска топлива во впускные окна головки блока цилиндров, в нагревательном переходе выпускного коллектора нет необходимости, поскольку в воздухе, проходящем по воздуховоду впускного коллектора, топливо отсутствует.

В некоторых типах двигателей, оснащенных системой снижения токсичности выхлопных газов, тепловая заслонка приводится в действие вакуумным мембранным приводом, управляемым термочувствительным клапаном. Эта система называется системой опережающего испарения топлива (early fuel evaporation —EFE). Пример типичной EFE-системы показан на рис. 12.17.

После того как двигатель полностью прогреется, тепловая заслонка отсекает отработавшие газы от впускного коллектора и нагревательного перехода выпускного коллектора, направляя их напрямую через систему выпуска отработавших газов.

В некоторых конструкциях двигателей подогрев топливно-воздушной смеси осуществляется с помощью охлаждающей жидкости. Теплая охлаждающая жидкость направляется через канал, проходящий под воздуховодами впускного коллектора. Но сама охлаждающая жидкость не нагреется до тех пор, пока двигатель не начнет нагреваться. Нагрев впускного коллектора с помощью охлаждающей жидкости применяется во всех рядных двигателях, в которых впускной и выпускной коллекторы стоят по разные стороны головки блока цилиндров. В коллекторах V-образных двигателей часто предусмотрен канал охлаждающей жидкости, соединяющийся с каналами охлаждения головок цилиндров. Этот канал служит общим стоком, по которому нагретая охлаждающая жидкость собирается и направляется в термостат.

Рис. 12.17. Типичная система опережающего испарения топлива (early fuel evaporation — EFE). Разрежение, возникающее во впускном коллекторе, через термо-вакумный клапан, размещенный в канале системы охлаждения рядом с термостатом, воздействует на привод тепловой заслонки. Когда клапан закрыт, отработавшие газы направляются через головку блока цилиндров, под впускным коллектором, через выпускной канал стоящей напротив головки блока цилиндров, и отводятся через выпускной коллектор противоположного ряда цилиндров