Camgora.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Доводка выхлопной системы атмосферных ДВС

Доводка выхлопной системы атмосферных ДВС

Конструкция выхлопной системы для двигателей без турбокомпрессора (так называемых «атмосферников ») несколько отличается от конструкции выхлопной системы для турбированных двигателей, причём большая часть отличий относится к «головной » части выхлопной системы и в частности к выпускному коллектору.

Цель выхлопной системы «атмосферников » такая же, как и у турбированных двигателей – с максимально возможной скоростью и с созданием минимального противодавления отвести ОГ в атмосферу, но на этом все сходства заканчиваются. Дальше начинаются компромиссы, необходимые для соблюдения требований по шумности, экологичности и компоновке, причём некоторые из этих компромиссов неизбежно приводят к определённым потерям мощности.

Выпускной коллектор

Конструкция выпускного коллектора оказывает наиболее существенное влияние как на мощностную характеристику двигателя, так и на развиваемую им максимальную мощность. «Правильность » конструкции выпускного коллектора определяется огромным количеством факторов. Важным фактором является конструкция участка слияния потоков ОГ, отводимых от отдельных цилиндров. Существует два варианта конструкции таких участков для четырёхцилиндрового двигателя: «421 » и «41 ». В варианте «421 » два первичных выпускных трубопровода объединяются в один вторичный, после чего два получившихся вторичных трубопровода объединяются между собой. В варианте «41 » четыре первичных выпускных трубопровода сходятся в одной точке. Оба варианта имеют свои преимущества, но в варианте «41 » импульсы выхлопов взаимодействуют друг с другом таким образом, что достигается максимальный крутящий момент. Ниже приведено схематичное изображение обоих вариантов:

Диаметр первичных выпускных трубопроводов

При небольшом объёме отводимых ОГ уменьшение диаметра первичных выпускных трубопроводов позволяет увеличить скорость протекания по ним потока ОГ. Чем больше предполагаемый объём отводимых ОГ, тем больше должен быть диаметр первичных выпускных трубопроводов.

Объём отводимых ОГ зависит от рабочего объёма, частоты вращения вала и нагрузки двигателя. Чем больше объём каждого цилиндра, тем больше должен быть диаметр отходящего от этого цилиндра первичного выпускного трубопровода.

Сказанное действительно и для частоты вращения вала двигателя: чем больше эта частота, тем больший объём ОГ выпускается из цилиндра за единицу времени и тем большим должен быть диаметр отводящего эти ОГ первичного выпускного трубопровода. Объём выпускаемых из цилиндра ОГ увеличивается и с увеличением нагрузки двигателя.

Таким образом, оптимальные размеры первичных выпускных трубопроводов определяются в каждом конкретном случае как компромисс между потребностью увеличить скорость протекания потока ОГ и потребностью увеличить пропускную способность трубопровода.

При чрезмерно большом диаметре первичного выпускного трубопровода невозможно обеспечить требуемую скорость протекания потока ОГ. Снижение скорости этого потока приводит к снижению крутящего момента, причём значительное снижение этой скорости приводит также и к снижению развиваемой двигателем максимальной мощности.

Разумный компромисс между скоростью и пропускной способностью позволяет обеспечить как хороший крутящий момент на малых оборотах, так и достаточную тягу на высоких оборотах.

Длина первичных выпускных трубопроводов

Длина первичных выпускных трубопроводов оказывает заметное воздействие на мощностные характеристики двигателя. Увеличение этой длины улучшает тягу на низких оборотах, в то время как её уменьшение улучшает тягу на высоких оборотах. Указанная зависимость объясняется той зависящей от длины выпускных трубопроводов разницей во времени, с которой ударные волны, распространяющиеся в выпущенных из цилиндра ОГ, отражаются и возвращаются обратно в цилиндр. Эти ударные волны возникают в первичном выпускном трубопроводе в момент открытия выпускного клапана, причём, пройдя по всему трубопроводу, эти волны отражаются от выпускного коллектора и частично возвращаются обратно в цилиндр. Вернувшись в цилиндр, такие волны способствуют удалению из цилиндра ОГ и всасыванию в цилиндр воздуха. Увеличение количества воздуха и топлива в цилиндре приводит к увеличению развиваемой двигателем мощности. Данный эффект также известен как эффект (резонансной ) продувки цилиндра, причём обеспечение такого эффекта является одной из основных задач правильно спроектированного выпускного коллектора. Выполнение всех первичных выпускных трубопроводов имеющими одинаковую длину позволяет придать этому эффекту большую регулярность. В результате подсос воздуха в цилиндры становится более равномерным и дополнительно усиливается за счёт резонансных эффектов. При этом газообмен в цилиндре и в частности удаление из него ОГ и впуск воздуха осуществляется не только за счёт хода поршня, но и за счёт описанного выше эффекта продувки цилиндра. При разработке «настроенных » выпускных коллекторов для «Субару » нередко забывают о том, что длина выпускного канала цилиндра фактически также относится к выпускному трубопроводу, и учитывать нужно именно суммарную длину трубопровода и этого канала. Вопрос усложняется тем, что различные выпускные каналы автомобилей «Субару » имеют различную длину. Нежелание учитывать эти различия приводит к невозможности в полной мере воспользоваться преимуществами, которые способен обеспечить правильно спроектированный «настроенный выпуск».

Ниже схематично показаны выпускные каналы цилиндров «Субару ». Как видно на рисунке, каналы А длиннее каналов Б.

Как становится очевидно из вышесказанного, основные затраты времени при испытаниях бывают связаны с правильным подбором длины первичных выпускных трубопроводов, в ходе которого приходится учитывать длину выпускных каналов цилиндров.

Конструкция коллектора

В выпускном коллекторе первичные выпускные трубопроводы объединяются в основной трубопровод выхлопной системы. Известны самые различные варианты выполнения соответствующего участка коллектора – от простых и недорогих в изготовлении до весьма сложных и затратных. Простейший способ объединения первичных выпускных трубопроводов показан в левой части приведённой ниже иллюстрации.

В данном варианте в центре, между сходящимися трубопроводами, образуется застойная область, в которой возникают сильные затормаживающие поток ОГ завихрения. Отсутствие такой области является основным преимуществом более совершенных коллекторов. Вариант выполнения такого коллектора показан в правой части приведённой выше иллюстрации. Как видно на рисунке, в данном варианте первичные выпускные трубопроводы сходятся воедино без образования застойной области. Данный вариант сравнительно недорог в изготовлении и обеспечивает неплохие результаты. При этом эффект достигается просто за счёт соответствующей деформации сходящихся концевых участков труб.

Однако наиболее совершенным техническим решением является показанный ниже коллектор, выполненный в виде отдельной детали, в которую вставляются концевые участки первичных выпускных трубопроводов. Показанный ниже образец производства фирмы «Burns Stainless» является одним из лучших доступных в продаже выпускных коллекторов. Обратите внимание на то, как выполнен участок слияния потоков ОГ, поступающих из первичных выпускных трубопроводов.

Длина коллектора

Длина коллектора также влияет на мощностную характеристику двигателя. Обычно с увеличением длины коллектора пик мощности смещается в сторону высоких оборотов. В любом случае, длина коллектора должна быть достаточной для сведения к минимуму завихрений, возникающих в ходе взаимного слияния потоков ОГ, поступающих из первичных выпускных трубопроводов. Недостаточная длина соответствующего участка коллектора приводит к возникновению завихрений, способных серьёзно затормозить поток ОГ. Однако у коллектора существует и другой важный параметр, подбор которого невозможен без обширных испытаний. Этим параметром является внутренний объём коллектора, от которого тоже во многом зависит мощностная характеристика двигателя.

Ширина коллектора

Ширина (или внутренний объём) коллектора в основном определяет характер взаимодействий, возникающих между отдельными выхлопами или импульсами выхлопа. Слишком большая ширина коллектора препятствует возникновению между такими импульсами желательных взаимодействий, приводящих к возникновению описанного ранее эффекта резонансной продувки цилиндра, а также приводит к снижению скорости истечения ОГ. Недостаточная ширина коллектора, напротив, способна затруднить свободное истечение ОГ за счёт создания слишком высокого противодавления. «Правильная » в каждом конкретном случае ширина коллектора определяется лишь путём испытаний.

Углы конусности

Очевидно, что чем меньше угол конусности выпускного коллектора, и в общем случае чем плавнее любое изменение проходного сечения любого элемента выхлопной системы, тем лучше. Однако именно в выпускном коллекторе угол конусности, под которым проходное сечение этого коллектора переходит в проходное сечение основного трубопровода выхлопной системы, является одним из важнейших факторов. Любое резкое сужение выпускного коллектора способно сильно помешать процессу свободного истечения ОГ.

Проходной диаметр каждого из участков, на которых первичные выпускные трубопроводы вливаются в главное внутреннее пространство выпускного коллектора, должен как можно точнее соответствовать диаметру выпускных каналов цилиндров. В противном случае в выпускном коллекторе неизбежно возникнут дополнительные нежелательные завихрения. Нельзя забывать, что завихрения в выпускном коллекторе оказывают большее негативное воздействие на протекание потока ОГ, чем завихрения в любой иной части выхлопной системы. По данным многих заслуживающих доверия специалистов, уменьшить возникающие в коллекторе завихрения можно путём ступенчатого изменения площади проходного сечения выпускного коллектора. Однако это приводит к усложнению и удорожанию коллектора.

Кроме того, существенные ограничения на конструкцию коллектора накладывает компоновка подкапотного пространства автомобиля. То, что выпускные каналы цилиндров двигателей «Субару » расположены с противоположных сторон двигателя, существенно усложняет задачу конструирования выпускного коллектора для этих автомобилей. Для двигателей с горизонтальным оппозитным расположением цилиндров сложность изменения длины первичного выпускного трубопровода сравнима со сложностью изготовления нового выпускного коллектора, вследствие чего при испытаниях процесс определения правильной длины этих трубопроводов занимает очень много времени. Сделать так, чтобы длина всех первичных выпускных трубопроводов с учётом относящихся к ним выпускных каналов цилиндров была строго одинакова, а сами эти трубопроводы при этом приемлемым образом вписались в компоновку подкапотного пространства, является непростой задачей, а ещё более сложная задача тонкой настройки выпуска для оптимизации эффекта резонансной продувки цилиндров, для чего длины трубопроводов индивидуально модифицируются с шагом 0,5 – 1 дюйм, и вовсе требует от конструктора большого таланта.

Каталитические нейтрализаторы ОГ

Наличие собственного динамометрического стенда позволяет проводить сравнительное тестировании оснащённых и не оснащённых каталитическими нейтрализаторами ОГ выхлопных систем «атмосферных » автомобильных двигателей. По результатам испытаний можно утверждать, что отсутствие каталитического нейтрализатора не способно принести существенного выигрыша по сравнению с присутствием в выхлопной системе правильно спроектированного каталитического нейтрализатора ОГ.

ажным фактором, определяющим, насколько серьёзное препятствие на пути потока ОГ будет представлять собой каталитический нейтрализатор, является угол конусности его корпуса. Поскольку проходное сечение корпуса каталитического нейтрализатора существенно превышает проходное сечение входящих и выходящих из этого корпуса выхлопных трубопроводов, слишком резкое изменение этого проходного сечения способно существенно затормозить поток ОГ.

Сказанное в равной степени относится к каталитическим нейтрализаторам как турбированных двигателей, так и «атмосферников ». Кроме того, необходимо обеспечить прохождение поступающих вовнутрь корпуса каталитического нейтрализатора ОГ сквозь всё рабочее сечение активных элементов этого нейтрализатора. В случае, когда потоком ОГ используется не вся площадь сечения этих активных элементов, каталитический нейтрализатор ОГ не будет работать с должной эффективностью. По названной причине плавное расширение корпуса каталитического нейтрализатора на входе даже важнее плавного сужения этого корпуса на выходе.

Часть выхлопной системы, расположенная после каталитического нейтрализатора по ходу потока ОГ

Разработать «правильную » часть выхлопной системы, расположенную после каталитического нейтрализатора по ходу потока ОГ, проще, чем разработать «правильный » выпускной коллектор. Основной задачей остаётся поддержание максимально возможной скорости истечения ОГ. Слишком широкая труба приводит к снижению скорости потока ОГ и потере части крутящего момента на малых оборотах. Слишком узкая труба приводит к снижению максимальной мощности (мощности на высоких оборотах). Оптимальное в каждом конкретном случае решение является, как всегда, результатом компромисса. Важно обеспечить гладкую внутреннюю поверхность трубопроводов и правильно использовать технологию гибки труб. Глушитель должен создавать как можно меньшее сопротивление потоку ОГ и одновременно с этим в достаточной мере снижать шумность выхлопа. Собственно говоря, все «хитрости » конструирования задней части выхлопной системы ограничиваются вышесказанным. Очевидно, что эта часть выхлопной системы действительно заметно проще выпускного коллектора.

Сварка выпускного коллектора

Выпускной коллектор: причины выхода из строя и обслуживаниеСварка чугунного коллектораОсновные виды сварки коллектора:Ремонт чугунного коллектора…

  • Выпускной коллектор: причины выхода из строя и обслуживание
  • Сварка чугунного коллектора
    • Основные виды сварки коллектора:
    • Ремонт чугунного коллектора пошаговая инструкция
  • Ремонт коллекторов из нержавеющей стали
    • Аргоновая сварка
    • Что лучше сварка в аргоне или холодная
  • Холодная сварка при ремонте выпускного коллектора
    • Как правильно ремонтировать при помощи холодной сварки
  • Основные поломки выхлопной системы автомобиля и их признаки
  • Заключение

Выпускной коллектор- важная составляющая двигателя внутреннего сгорания.

С одной стороны он крепится к двигателю, а с другой к катализатору.

Его функция состоит в удалении выхлопных газов из двигателя и помощи в продуве камеры сгорания. Он состоит из нескольких труб соединённых между собой, через которые атмосферу выходят выхлопные газы. Расположен он в месте с очень неблагоприятными условиями, где происходят огромные перепады температур(раскалённые выхлопные газы могут достигать температуры 1000 градусов). От этого прибора зависит многое , например мощность и крутящий момент. Также при его повреждении едкий автомобильный дым будет проникать в салон, что не лучшим образом отразиться на комфорте при поездке на автомобиле.

Читать еще:  Не прокачивается один контур тормозов

Но что же делать если он по какой-то причине пришёл в негодность? Его можно починить обладая необходимыми навыками сварки выпускных коллекторов. Коллекторы бывают двух основных видов трубчатые и цельные. Цельный вариант не имеет швов и поэтому он более прочный. А трубчатый состоит из нескольких скрепленых труб. Цена хорошего изделия может достигать 2000 долларов . Можно ещё отремонтировать машину в автосервисе, но сделать это там весьма затратно. Коллекторы производятся из чугуна или из нержавеющей стали. Свойства этих металлов сильно отличаются. В этой статье будут приведены советы от специалистов касательно всех видов починки выпускных коллекторов. Если сварить не получиться, то придётся приобретать новый. Дешевые аппараты можно купить на вторичном рынке. Также поломки иногда происходят иногда и в коллекторах лодочных моторов.

Выпускной коллектор внешний вид

Выпускной коллектор: причины выхода из строя и обслуживание

В некоторых ситуациях он может сильно перегреться. При этом металл из которого он сделан расширяется и это приводит к разрыву швов. Поломки могут возникать из-за неправильного вождения и плохой чистки двигателя. Ремонт при помощи сварки необходим. Особенно если швы уже сильно расширились, а коллектор оплавился и деформировался. Коллектор вещь очень хрупкая, поэтому многие автомобилисты думают что починить его невозможно, а самостоятельные действия окончательно испортят ситуацию и поломают его полностью. Но не стоит бояться починка данного аппарата не такая уж сложная задача, особенно для человека который хоть немного в этом разбирается.

Лучше не затягивать с ремонтом данной детали. Последствия несвоевременного ремонта могут быть ужасны. Вплоть до нарушения работы всей выхлопной системы.

Повреждённый выпускной коллектор

Основные виды дефектов:

1) Прогорание труб

2) Трещины возникающие при высоких нагрузках

3) Разрушение патрубка

4) Разрушение структуры металла( особенно характерно для чугунных изделий, которые при перегреве сильно оплавляются и становятся очень текучими).

В большинстве ситуаций поломки обусловлены одной или несколькими трещинами, разрывом швов, частичным выгоранием. Происходит это из-за агрессивной температурной среды в двигателе. Раскалённые газы негативным образом влияют на структуру чугуна, в нём появляются трещины. Бывают даже случаи когда отпадает часть детали или она попросту распадается на несколько частей.

Полезный совет: При выборе электрода обязательно смотрите на характеристики детали.

Выхлопная система машины схема

Что можно сделать при помощи сварки.

1) Подлатать трещины.

2) Приделать отпавшие части.

3) Собрать воедино расколовшуюся деталь.

4) «Нарастить» толщину стенок.

В автомастерской на все работы предоставляется гарантийная страховка. Тогда как при самостоятельном ремонте вы всё делаете на свой страх и риск. Также специалисты смогут сделать всё быстро и с соблюдением техники безопасности. Правда за их труд придётся заплатить.

Не откладывайте починку в долгий ящик. Если даже сейчас времени чинить нет, то вы можете воспользоваться специальной холодной сваркой детали. Она поможет устранить поломку на некоторый срок. В это время мы и можете заняться полноценным ремонтом.

Сварка чугунного коллектора

Чугун- сплав железа и углерода в котором содержание углерода больше 2.14%. Такое содержание углерода влияет на прочность данного металла и делает его очень неустойчивым к механическим повреждением.

Чугунные детали варят особенным образом. Всё связано с особенностями данного материала.

Главные проблемы возникающие при ремонте изделий из чугуна:

1) Углерод, содержащийся в чугуне, становится очень рыхлым и перестаёт держать форму.

2) Чугун при нагревании становится вязким и начинает течь.

3) При резких перепадах температур чугун начинает деформироваться и терять изначальную форму. Также нередки случаи когда он сильно плавиться и деталь теряет толщину стенок.

Основные виды сварки коллектора:

1) Горячая — нагрев вплоть до 60 градусов.

2) Полугорячая- нагрев не более чем до 300 градусов.

3) Холодный- сваривание детали без нагревания. Происходит оно при помощи специального клея. Он временно сможет устранить данную проблему.

Виды сварки по технологическому процессу.

2)С применением полуавтомата. При этом будет использоваться специальная проволока.

3) В аргоновой среде. Аргон будет выступать защитным газом, который препятствует окислению.

4) При помощи инвертора.

Ремонт чугунных коллекторов под силу только опытным сварщикам. Совсем недавно чинить чугунные изделия было практически невозможно, а всё благодаря слишком высокой температуре при которой чугун начинал трещать и разрушаться.

Но недавно были придуман новый тип электродов, благодаря которым удалось снизить температуру до 120 градусов. После чего появилась возможность качественной сварки чугуна. Данный вид электродов называется ЦЧ-4 и применяется ещё и для медных изделий. Низкая температура нагрева данного электрода позволяет избежать разрушения чугуна и делает её намного проще и удобнее.

Ремонт чугунного коллектора пошаговая инструкция

1) Для начала разделайте трещину при помощи специального диска для заточки. Расширить необходимо на несколько миллиметров.

2) Нагреть место работы горелкой с температурой около 100 градусов.

3) Скрепите деталь при помощи специального электрода.

4) Медленно остужаем горелку, чтобы избежать деформации чугуна. Для этого после работы необходимо немного подогревать чугунное изделие.

5) Отшлифуйте получившийся шов.

Чугун очень быстро остывает поэтому необходимо постоянно поддерживать необходимую температуру. Из-за высокой текучести чугуна рекомендуем высверлить отверстия недалеко от трещины и применять специальные графитовые прокладки

Для обычной сварки применяется электрод ЦЧ-4.

А для холодной можно использовать ОЗЧ-6 или ОЗЧ-2.

Как нельзя чинить чугунные детали.

1) Не ремонтируйте чугунные детали обычными электродами. При таком подходе чугун скорее всего лопнет. Нержавеющей проволокой также варить не рекомендуется. Результатом обоих этих действий станет испорченная деталь. Если же вам трудно разбираться во всех аспектах, то гораздо легче доверить эту работу профессионалам.

Хорошо сваренная деталь крупным планом

Хорошо сваренный коллектор

Ремонт коллекторов из нержавеющей стали

У нержавеющей стали есть свои особенности, которые также необходимо учитывать.

1) Легированные сплавы также могут быть подвержены разрушению.

2) Примеси металлов( никель, хром ) которые содержаться в нержавейке при нагревании окисляются и портят структуру металла. Это может плохо сказаться на качестве соединения. Ремонт коллектора из нержавейки сложный процесс и к нему нужно подходить с умом . Для нержавеющей стали применяется специальный метод аргоновой сварки. Для работы с нержавейкой необходима определённая сила тока которая подбирается экспериментально.

Методы сварки нержавейки в зависимости от оборудования:

1) Тугоплавкие вольфрамовые электроды применяются для работы в режиме CD/АС TIG

2) Для ручной сварки потребуются жаростойкие присадки с рутиловым покрытием марки MMA.

3) Полуавтоматическая с получением качественного шва.

В бытовых условиях(в гараже) обычно применяется третий способ.

С ремонтом лучше всего обратиться в специализированную мастерскую. Там профессионалы смогут не только починить его но и немного улучшить его характеристики.

Аргоновая сварка

Сварка аргоном целесообразна, если имеется специальное оборудование — TIG. Такой вид гораздо дороже, чем привычная всем сварка углекислотой. Оборудование стоит достаточно дорого, да и аргон не самый дешевый газ. Качества шва при аргоновом методе не всегда получается хорошим. Тут всё зависит от профессионализма сварщика. Также при таком методе просто необходим дополнительный отвод воздуха( вентиляция).

Что лучше сварка в аргоне или холодная

Холодная сварка — это только временное решение. Надёжнее сделать горячую сварку в аргоновой среде или в углекислоте. Её лучше использовать тем кому нужно срочно куда-либо ехать и на полноценный ремонт просто не хватит времени.

выпускной коллектор из нержавеющей стали

Пример выпускного коллектора из нержавейки

Холодная сварка при ремонте выпускного коллектора

Небольшие повреждения и трещины ремонтируются при помощи специальных термостойких клеевых составов. Данный метод ремонта называется холодной сваркой.

Перед ремонтом необходимо убрать жир с того места где будет производиться работа.О том как пользоваться клеем написано на упаковке с ним. После проведения холодной починки получится заплата имеющая свойства схожие со свойствами металла. Холодный вариант наиболее удобен в местах где невозможно будет провести обычную сварку. Клей очень непрочный и плохо переносит динамические перегрузки, а вот со статическими справляется очень даже неплохо. Тут всё зависит от производителя клеевой смеси. Советуем внимательно изучить её характеристики перед покупкой товара. Благо ассортимент в магазинах большой и найти хороший продукт не составит проблем.

Как правильно ремонтировать при помощи холодной сварки

1) Очистите поверхность детали при помощи наждачной бумаги.

2) Убрать жир при помощи растворителя.

3) Нанести клей( при этом желательно быть в перчатках).

4) Подождать некоторое время а затем отполировать застывший раствор.

5) Через 24 часа можно ставить прибор обратно в авто.

Проводить эту операцию нужно в тёплую погоду( температура должна быть выше +5).

Иначе клей не даст никакого эффекта и вся работа будет проведена зря.

Клей для холодной сварки металла

Соединительный шов выпускного коллектора крупным планом

Основные поломки выхлопной системы автомобиля и их признаки

1)Забивка катализатора(фильтр который сдерживает сажу. Из выхлопной трубы перестаёт идти дым.

2)Поломка кислородных датчиков

3)Поломка глушителя авто. При этой поломке снижается мощность машины и резко повышается шум двигателя.

4)Трещины в выпускном коллекторе. При этой поломке в салоне начинает пахнуть выхлопными газами.

Заключение

Запомните к любому делу нужно подходить со всей ответственностью. Спешка в работе, незнание правил и несоблюдение техники безопасности могут привести к очень плохим последствиям. Ремонтировать выпускной коллектор это не очень то и сложно. Чинить можно как чугунные так и коллекторы из нержавейки. Главное обладать необходимыми знаниями и умениями. А если вы обладаете опытом в сварочных работ то починка данного агрегата станет для вас лёгкой задачей.

Выпускной коллектор от автомобиля «Ауди»

Из чего сделан выпускной коллектор

Выпускной коллектор является специальным устройством двигателя, предназначенным для того чтобы собрать выхлопные газы от цилиндров двигателя в одну выхлопную трубу. Также он выполняет функции наполнения камер сгорания и эффективного продува.

По своей конструкции выпускной коллектор — это несколько отдельных труб, которые переплетаются между собой и соединяются в одну камеру. На каждом цилиндре расположено по одной трубе выпускного коллектора. Часто переплетение труб коллектора называют «пауком». Такое переплетение является вынужденным, так как у всех труб должна быть одинаковая длинна и на выходе они должны соединяться в один объем. Трубы должны быть одинаковой длинны, чтобы была возможность получить резонансный эффект.

Когда открывается выпускной клапан (из-за разницы давления в выпускном коллекторе и камере сгорания) по направлению к выпускному коллектору образуется волна, которая отражается от катализатора или резонатора и двигается снова в цилиндр. Когда волна достигает цилиндра, она двигается обратно к выпускному коллектору, а в этот момент открывается впускной клапан. В результате происходит большее всасывание топливно-воздушной смеси и выталкивание отработанных газов. Этот процесс повышает наполняемость цилиндров, соответственно, мощность двигателя увеличивается. Но для достижения такого эффекта нужен определенный диапазон оборотов, чаще всего, это средние обороты.

Крепится выпускной коллектор с одной стороны к головке блока цилиндров (через прокладку) и с другой стороны к катализатору или выхлопной трубе. Замена прокладки выпускного коллектора самый распространённый ремонт этой системы. Все двигатели Тойоты до 1998-го года имели выпускной коллектор в правой части двигателя (со стороны радиатора). Затем эта концепция поменялась, и выпускной коллектор стали располагать в левой части двигателя (со стороны салона).

Через выпускной клапан выходят выхлопные газы, имеющие очень высокую температуру, которая может иметь показатель несколько тысяч градусов Цельсия. Это стало причиной того, что для производства выпускных коллекторов использовали чугун или нержавеющую сталь (редко керамику) и огораживали его специальным стальным экраном или делали двойные стенки. В самом коллекторе температура составляет 1600 °C.

Выпускной коллектор обладает свойством быстро остывать, когда двигатель полностью остановлен, поэтому в нем образуется некоторое количество конденсата. Это явление является причиной коррозии. В условиях российского климата, когда на улице отрицательные температуры, некоторые водители ставят машину на автоматический прогрев. Если до этого двигатель останавливали, конденсат уже образовался и при недостаточном для испарения конденсата времени прогрева, с каждым запуском двигателя будет увеличиваться количество конденсата. При достижении критической отметки конденсат замерзнет, и двигатель не заведется, так как выхлопные газы не смогут выйти наружу.

Читать еще:  Евро 2 что это такое

Выпускать выпускные коллекторы из чугуна (или из нержавеющей стали) обходится дешевле, но эффективность их не велика. Самые эффективные выпускные коллекторы те, которые сделаны из керамики, но это более дорогой вариант. Это в основном отдельные образцы спортивных двигателей или тюнингованные коллекторы.

Выпускные коллекторы из керамики бывают двух видов. Первый вид коллекторов делают из металла и внутри покрывают небольшим слоем керамики (наносят кистью или распыляют). Самый дорогой — это второй вариант, при котором выпускной коллектор полностью изготовлен из керамики. По сравнению с металлом, керамика имеет ряд физических преимуществ, но и у нее есть недостатки. При экстремальных спортивных условиях срок службы керамических коллекторов меньше, чем у металлических. Если керамика треснула, то коллектор будет работать не правильно, так как эффект резонанса снижается.

Сейчас появились технологии, при помощи которых можно менять (в соответствии с условиями работы двигателя) геометрию выпускного коллектора. Благодаря этому эффект резонанса можно будет достигнуть при низких и средних диапазонах частоты работы двигателя. Примером оборудования такой системы (EXUP) могут служить некоторые мотоциклы Yamaha

Выхлопная система: строение и основные неполадки

Покидая камеру сгорания, отработанные газы попадают в выхлопную систему, которая начинается с коллектора, далее проходят через приемную трубу, каталитический нейтрализатор, резонатор и глушитель.

Мы устраняем поломки как каждого элемента выхлопной системы в отдельности, так и производим ремонт, настройку и тюнинг всей системы в целом!

Полный список элементов системы выпуска выглядит так:

  • выпускной коллектор;
  • приемная труба;
  • гаситель вибрации (гофра);
  • каталитический нейтрализатор;
  • резонатор;
  • основной и вспомогательные глушители;
  • промежуточные трубы;
  • кислородные датчики;
  • элементы крепления.

Чтобы понимать работу выхлопной системы, необходимо иметь представление о каждом ее элементе, а также об их конструкции и назначении. Далее, рассмотрим основные части системы выпуска по порядку, начиная со стороны мотора.

Выпускной коллектор

По своей конструкции выпускной коллектор напоминает впускной. Но его задача объединить один канал отработанные газы, отводимые от цилиндров двигателя. Изготовлен впускной коллектор из стали или чугуна. К блоку цилиндров он крепится посредством металлической обжимной прокладки.

Современные автомобили оснащаются системой дожига остаточного топлива, который производится «катализатором». Чтобы электронные мозги двигателя получали информацию о наличии не догоревшего топлива, в коллектор вмонтирован кислородный датчик – он же лямбда-зонд.

Сам коллектор, как правило, из строя не выходит, но могут возникнуть проблемы с прокладками. Если они пробиваются, то отработанные газы попадают в подкапотное пространство, откуда их засасывает в салон, что уже становится опасным для водителя и пассажиров.

Неполадки выпускного коллектора

В некоторых моделях автомобилей просечка прокладки может вызвать обгорание электрических проводов.

Из-за высокой температуры коллектора (до 400С) может намертво прикипеть лямбда-зонд. Чтобы этого не случилось перед его установкой необходимо обязательно смазать резьбу высокотемпературной смазкой, например, графитовой.

Из-за просечек прокладок с одного и другого конца коллектора возможен подсос воздуха, который приводит к неверным показаниям кислородного датчика. Диагностика на специальном оборудовании покажет в таком случае неисправность лямбда-зонда, но после его замены ситуация остается прежней. Это явный признак подсоса воздуха через негерметичную прокладку коллектора. Поэтому опытные мастера рекомендуют при высоком сигнале кислородного датчика первым делом проверять герметичность прокладок.

При снятии и установке коллектора нередко возникают проблемы с крепежом. Высокая рабочая температура этой детали неизбежно приводит к прикипанию гаек и шпилек. Мастерам нередко приходится пользоваться проникающими жидкостями и различными силовыми методами отпуска. Устанавливая коллектор, обязательно нужно смазывать резьбу высокотемпературными смазками.

Катализатор

Правильное название катализатора – каталитический нейтрализатор. Данное устройство представляет собой участок трубы, внутри которой находится ячеистая вставка из сложного сплава, где присутствует платина и другие редкоземельные элементы, не вступающие в реакцию с углеводородами, которые обеспечивают их окисление.

Разумеется, катализатор, в котором есть платина, не может быть дешевой запчастью. Но при правильной эксплуатации автомобиля он способен прослужить столько же, сколько и сам двигатель и даже больше.

Проходя через ячейки катализатора, горячие выхлопные газы лишаются остаточного топлива. В результате из выхлопной трубы в окружающую среду не попадают не окисленные углеводороды, что весьма неплохо для экологической обстановки.

Корректная работа катализатора определяется вторым кислородным датчиком (лямбда-зондом). Наличие избыточного кислорода на выходе из катализатора свидетельствует о том, что нейтрализация остатков топлива не происходит или происходит неэффективно. В таком случае рекомендуется замена катализатора.

Проблемы катализаторов

Вероятность выхода из строя каталитического нейтрализатора невысока, но она есть. Деталь не любит перелива топлива и наличия в нем различных присадок, которые делают из плохого бензина якобы хороший. Все эти присадки способны «забить» поры катализатора и привести к его осыпанию. В худшем случае соты катализатора закупориваются, и система выпуска становится непроходимой. Чтобы сберечь ресурс катализатора, необходимо следить за состоянием форсунок и заливать в бак качественное топливо.

Поскольку сам катализатор – деталь дорогостоящая, автовладельцы, столкнувшиеся с выходом ее из строя, пытаются выйти из ситуации с наименьшими потерями. Если изъять катализатор из системы выхлопа и пустить газы напрямую, то навредить этим получится только экологии.

В этом случае придется устанавливать «обманки» вместо кислородных датчиков и перепрошивать электронные мозги двигателя. В противном случае мотор не будет работать корректно, а на панели приборов навечно поселится символ «Check engine».

Диагностика катализатора

Диагностика катализатора обычно производится по второму кислородному датчику. Но о состоянии этой части системы выхлопа можно судить и по температуре. Дожиг остаточного топлива выхлопных газов происходит с выделением тепла. Поэтому температура на выходе катализатора всегда выше, чем со стороны коллектора. Измерить его температуру можно дистанционным пирометром при заведенном двигателе.

Приемная труба и гофра

Этот участок выхлопной системы принимает горячие отработанные газы из коллектора или катализатора (в зависимости от конфигурации системы) и передает их соответственно катализатору или резонатору.

У приемной трубы имеется гофра – гибкий участок, гасящий колебания. Двигатель создает вибрацию, которая не должна передаваться участкам выхлопной системы, поскольку она опасна как разрушающий фактор. Кроме того, в приемной трубе, расположенной после катализатора может находиться вторичный катализатор, а также второй кислородный датчик.

Самым слабым местом приемной трубы является гофра. Она истончается под воздействием высоких температур и рвется от постоянной вибрации. Поврежденную гофру следует заменить: деталь вырезается из системы, а на ее место вваривается новая. Симптомом изношенной гофры является появление громкого рычания мотора и соответственно прорыв выхлопных газов через данный участок системы.

Резонатор

Такты выхлопа имеют определенную частоту, передаваемую всей системе. Чтобы труба не вибрировала в такт выхлопу, в систему встроен специальный участок, называемый резонатором. Внешне резонатор напоминает глушитель. Внутри его корпуса находится гофрированная труба, окруженная каменной или металлической ватой. Резонатор как бы смешивает частоты и делает поток отработанных газов равномерным.

Резонатор имеет такой же ресурс, как и основной глушитель, поэтому при прогорании эти два элемента меняются вместе.

Основной глушитель

Окончательное гашение звука происходит в основном глушителе, который замыкает систему выпуска. Он представляет собой подводящую трубу и корпус, внутри которого расположена система перфорированных трубок.

Данный участок подвешивается к кузову на резиновых серьгах, которые противостоят непосредственной передаче вибрации. Эти серьги со временем могут рваться, но их замена является стандартной процедурой обслуживания выхлопной системы. Жестко крепить глушитель к кузову недопустимо!

Ресурс глушителя в условиях ежедневной эксплуатации автомобиля составляет 5-6 лет не зависимо от марки автомобиля. Старые глушители лучше менять, нежели «подваривать».

Ремонтировать их при помощи сварки целесообразно только при механических повреждениях, но не в случае сквозной коррозии. Появление прогнивших участков свидетельствует о крайнем износе глушителя. Эта деталь стареет равномерно, поэтому даже отгнивший фланец – повод для замены всего глушителя.

Тюнинг выхлопной системы

В поиске неповторимого благородного тембра мотора некоторые автомобилисты готовы потратить энную сумму денег на тюнинг выхлопа. Но не только гоночный «рык» заставляет искать альтернативу штатной системе выпуска.

Существуют готовые системы, а также отдельные элементы, которые имеют улучшенные акустические характеристики по сравнению со штатными. Кроме того, тюнинг выхлопа может преследовать и практические цели. Глушитель, резонатор и другие элементы можно выполнить из нержавейки, и тогда выхлопная система получается практически вечной, однако очень дорогой.

Третье направление тюнинга выхлопа заключается в уменьшении сопротивления системы, что приводит к увеличению мощности двигателя. Для этого устанавливают так называемые прямоточные глушители. Недостаток (а для кого и преимущество) прямотока – очень громкий звук выхлопа.

В чем преимущество интегрированных выпускных коллекторов?

Автопроизводители начали делать двигатели с интегрированными выпускными коллекторами. Зачем?

Интегрированный выпускной коллектор- это соответственно выпускной коллектор, отлитый непосредственно в блоке цилиндров двигателя как единое целое и охлаждающийся антифризом. Этот тип конструкции, в которой выпускной коллектор больше не является отдельной частью, становится все более распространен в автомобильной промышленности (например, его используют 2017 Honda Civic Type R). И вот почему.

Положительные стороны конструкции объяснит Джейсон Фенске «Engineering Explained», он же ознакомит нас с преимуществами водяного охлаждения выпускного коллектора:

Одним из основных преимуществ Фенске отмечает то, что охлаждающая жидкость, получающая тепло от системы выхлопных газов, быстрее прогревает двигатель до рабочей температуры, что увеличивает скорость прогрева салона и создает более благоприятные условия для циркуляции масла в системе смазки двигателя, его своевременное разжижение и улучшение смазочных свойств, а, следовательно, и более высокую топливную экономичность, экологичность и в итоге долговечность двигателя.

Еще одно важное преимущество интеграции, говорит он, возникает при высоких нагрузках на двигатель, когда температура выхлопных газов крайне высока и они тем самым могут значительно снизить длительность жизни каталитического нейтрализатора, в буквальном смысле сплавив его в монолитный кусок дорогой, но к тому времени бесполезной детали.

Охлаждение этих газов, акцентирует внимание Фенске, предотвращает необходимость блока управления двигателем впрыскивать большее количество бензина в камеры сгорания, для понижения температуры выхлопных газов. Это означает, что модель 2017 Volkswagen Golf, за рулем которой прокатился лектор, потребляет примерно на 20 процентов меньше топлива на шоссе. Не говоря уже о снижении выбросов СО2 , которые также пропорционально снижаются.

Третье преимущество, которое не было упомянуто в видео- вес и компактность конструкции. Действительно, экономия веса выходит значительная, как правило, в обычных автомобилях используется отдельный чугунный выпускной коллектор, прикрученный к блоку с прокладкой между ним и двигателем. Интеграция позволяет избавится от коллектора, болтов и прокладки, которая также может выступать в качестве слабого звена в данной системе.

Тесно связана с экономией веса и компактная «упаковка» двигателя, поскольку интегрированный коллектор, как правило, меньше, чем отдельный коллектор прикрученный к двигателю и практически не выступает за габариты блока цилиндров. Это преимущество в компактности может, по информации содержащейся в патенте на технологию разработанной Ford, помочь быстрее производить прогрев катализатора (как следствие быстрее снизить выбросы после запуска) и улучшить ответ турбины, из-за укороченной выпускной магистрали, соответственно до катализатора и турбины.

Конечно, Джейсон Фенске упоминает и минусы этой интегрированной системы: большая тепловая нагрузка на систему охлаждения и создание сложностей в тюнинге и настройке двигателя.

Но несмотря на эти недостатки, преимущества (топливная экономия, снижение вредности выбросов, прогрев салона, вес, отклик турбины) трудно игнорировать. Поэтому нет ничего удивительного, что данный тип выпускного коллектора стал достаточно популярным у автопроизводителей за последние несколько лет.

Термолента для выпускного коллектора – хлопоты под капотом

Если вы не специалист, то, наверняка, не знаете обо всех температурных процессах под капотом. Но мы устраним эту недоработку и расскажем, зачем нужна термолента для выпускного коллектора.

Выбираем, чем обмотать выпускной коллектор – виды и функции материалов

Как известно из курса физики, объем газа прямо пропорционален температуре, то есть чем выше последняя, тем больше будет и первый параметр. Из этого следует, что нагретые выхлопные газы будут намного быстрее выходить из движка авто. Но в подкапотном пространстве воздух не нагревается выше ста градусов, в то время как температура выпускного коллектора автомобиля составляет более тысячи.

И опять-таки, вернувшись к физике и законам теплообмена, можно утверждать, что газы из-за такой низкой температуры подкапотного пространства охлаждаются, а значит, замедляется процесс их выхода. Решить же все эти проблемы сможет термолента, создав прекрасную термоизоляцию коллектора, она будет сохранять тепло в выхлопной системе и в то же время не даст перегреться двигателю от тепла, которое выделяется от выхлопа.

Читать еще:  Дэу нексия жрет масло

На автомобильном рынке представлены три основных вида таких лент, различающихся по составу и цвету. Наиболее распространенные среди автовладельцев – черная и белая термоленты. В принципе, они находятся на одном потребительском уровне и идентичны по своим свойствам. Более эффективной же считается бронзовая, ее теплоизоляционные свойства лучше, чем у предыдущих вариантов на целых 30%, и все благодаря другому составу.

Теплоизоляция выпускного коллектора – когда нужно действовать?

Конструкция выпускных коллекторов предусматривает наличие стального экрана, который также выступает в роли термоизоляции. Если же в результате тюнинга или по еще каким-либо причинам таковой отсутствует, то не обойтись без термоленты. Температура коллектора, как было сказано выше, может достигнуть целых 1600 °С, при этом после остановки движка он остывает довольно быстро. Таким образом, в нем образуется конденсат.

Это явление особенно опасно в холодное время года, так как капли будут застывать и мешать выходу выхлопных газов, что может стать причиной плохого запуска двигателя.

Понять то, что срочно необходима теплоизоляция выпускного коллектора, помогут следующие признаки. Прежде всего, ваш «железный конь» потеряет в мощности, также возможны проблемы с запуском двигателя, особенно когда авто заглохнет. Иногда даже бывают случаи, что из выхлопной трубы выходит черный дым. Кроме того, на панели приборов в салоне загорится специальная лампочка, сигнализирующая о перегреве мотора.

Термолента для выпускного коллектора – как правильно использовать?

Чтобы не доводить свой автомобиль до столь критичного состояния, необходимо заранее подумать, чем обмотать выпускной коллектор. Вариантов, в принципе, не так уж и много, необходимо просто подобрать подходящую термоленту. Они отличаются по составу, цвету, производителям и рабочей температуре, последняя может колебаться от одной до двух тысяч градусов.

Далее действуем по следующей схеме. Сначала обезжириваем поверхность коллектора и покрываем ее термостойкой краской. Таким образом, создается дополнительная защита от коррозии. После полного высыхания слоя краски берем выбранную ленту и кладем ее в воду хотя бы на 2 часа. Эта мера нужна для того, чтобы мокрая лента плотнее прилегала и лучше растягивалась. Теперь остается самое малое: наматываем термоизоляционный материал на деталь. Лучше делать два слоя внахлест, причем желательно, чтобы полоса ленты была цельной, а не кусками, это повысит ее эффективность.

Выпускной коллектор и его замена

Продукты сгорания топливовоздушной смеси выходят из головки блока цилиндров (ГБЦ) и поступают в выпускной коллектор. Выпускной коллектор направляет газы со всех цилиндров в выхлопную трубу. Прочитав статью, вы узнаете, что влияет на состояние коллектора и научитесь менять его.

Что влияет на состояние коллектора

Температура газов, выходящих из ГБЦ, превышает 600 градусов. Если мотор работает на максимальной мощности, неправильно выставлен угол опережения зажигания или топливная система готовит слишком обогащенную или обедненную смесь, то температура выходящих газов превышает 1500 градусов. Из-за этого выпускной коллектор нагревается до температуры 200–300 градусов. В режиме максимальной мощности, при неправильной работе систем зажигания или подготовки топлива, его температура может достигать 600 градусов, из-за чего коллектор приобретает тусклый малиновый цвет.

Если все системы двигателя работают нормально, то срок службы выпускного коллектора превышает 40 лет. Исключение составляют гоночные автомобили и машины, двигатель которых постоянно работает в режиме максимальной мощности. Прохождение раскаленных газов приводит к постепенному выгоранию металла. На скорость выгорания влияют:

  • температура;
  • открытое пламя (когда топливовоздушная смесь догорает в коллекторе);
  • содержание кислорода в выхлопе.

Выпускной коллектор изготовлен из чугуна, основа которого железо и углерод. Чем выше температура коллектора, тем сильней железо вступает в реакцию с кислородом и атмосферной влагой. Со временем это приводит к тому, что металл коллектора прогорает и выхлопные газы вместо выпускной трубы или катализатора, попадают в моторный отсек. В результате воздух в нем нагревается, что приводит к росту температуры двигателя, перегреву и другим проблемам. Часть дыма из моторного отсека попадает в салон, негативно влияя на самочувствие водителя и пассажиров. Если во время сильного нагрева коллектора вы проехали по луже и, вода попала на чугун, то изделие с большой долей вероятности, покроется трещинами и потребует замены.

Замена коллектора своими руками + Видео

Если коллектор прогорел или покрылся трещинами, то пытаться заварить его бессмысленно. Стоимость подобных работ будет в несколько раз выше установки нового коллектора в мастерской. Для замены коллектора вам понадобятся:

  • домкрат;
  • тазик для слива охлаждающей жидкости;
  • набор рожковых, накидных и торцовых ключей;
  • ключ-трещетка с удлинителем и комплектом насадок различной длины;
  • плоская и крестовая отвертки;
  • новый коллектор;
  • новая прокладка коллектора и ГБЦ;
  • новая прокладка коллектора и приемной трубы выпускной системы.

Что это — выпускной коллектор

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.

Зачем выхлопной коллектор двигателя завязали узлом. Секрет повышения мощности

Снижение остаточного газа в цилиндрах двигателя выхлопной системой 4-2-1 позволяет повысить степень сжатия, а, соответственно, улучшить его мощностные и экономические показатели.

Эра двигателей внутреннего сгорания (ДВС) еще далека от заката — такого мнения придерживается достаточно большое количество специалистов. И для такого утверждения у них есть все основания, поскольку существует только два основных недостатка у ДВС — значительный расход топлива и токсичность отработанных газов.

Но техника и технологии двигателестроения развиваются стремительно. Сегодняшние усилия специалистов направлены в основном на разработку и изготовление современных легких и компактных, мощных и экономичных двигателей, в отработавших газах которых содержался бы минимум токсичных веществ.

Увеличение степени сжатия, которая у бензиновых ДВС обычно составляет 10 – 12, значительно улучшает термический КПД. Теоретически, если степень сжатия увеличится с 10 до 15, тепловой КПД улучшится примерно на 9%. Однако одной из причин, препятствующих распространению бензиновых двигателей с высокой степенью сжатия, является значительное падение крутящего момента из-за возникновения детонации.

Детонация — это аномальное горение, при котором топливовоздушная смесь преждевременно воспламеняется из-за воздействия высокой температуры и давления, вследствие чего по камере сгорания распространяется ударная волна. Когда степень сжатия увеличивается, температура в верхней мертвой точке (ВМТ) конца такта сжатия также повышается, увеличивая вероятность детонации.

Чтобы снизить температуру в камере сгорания, необходимо уменьшить количество горячих отработавших газов, остающихся внутри камеры сгорания. Например, при степени сжатия 10 температура остаточного газа 750 о C, а температура всасываемого воздуха 25 о C, если остается 10% выхлопных газов, температура внутри цилиндра перед сжатием увеличивается примерно на 70 о C, а температура в ВМТ сжатия должна увеличиться примерно на 160 градусов. Таким образом, можно сделать вывод, что количество остаточного газа оказывает значительное влияние на возникновение детонации.

Таким образом, если количество остаточного газа уменьшается вдвое с 8% до 4%, расчетная температура при сжатии остается неизменной даже при увеличении степени сжатия с 11 до 14.

У схемы 4-2-1 есть два преимущества. Во-первых, большая длина означает, что отработавшим газам требуется больше времени, чтобы пересечь трубы, поэтому один цилиндр производит выхлоп, а у другого уже впуск. Во-вторых, цилиндры правильно соединены друг с другом (1 с 4 и 2 с 3). Поскольку порядок работы двигателя — 1-3-4-2, каждый второй цилиндр получает импульс выхлопа через равные промежутки времени. Например, если при соединении 1 с 3, получим два импульса быстро, а затем большой промежуток, поскольку два других цилиндра сработали. Это помогает с удалением продувкой отработанных газов, поскольку импульс от одного цилиндра помогает «вытягивать» остатки выхлопных газов из цилиндра, с которым он соединен. Эти преимущества также могут присутствовать на длинной трубке 4-1.

Для обеспечения протекания описанного процесса и увеличения крутящего момента потребовалась труба длиной более 600 мм, но поскольку разместить ее было негде, пространство было сэкономлено за счет использования петлевой формы.

Основная проблема выхлопной системы 4-2-1 заключается в том, что на большом расстоянии отработавшие газы охлаждаются до того, как они достигнут катализатора, что уменьшает эффективность его работы.

Температуру выхлопных газов можно повысить за счет уменьшения угла опережения зажигания, но исследования показали, что слишком большое уменьшение угла вызывает нестабильное сгорание. Для SKYACTIV-G стабильное сгорание было реализовано даже тогда, когда угол опережения зажигания после запуска двигателя значительно уменьшался. Это стало возможным благодаря использованию особой поверхности днища поршня и оптимизации впрыска топлива, чтобы сформировать требуемую воздушно-топливную смесь вокруг свечи зажигания. Кроме того, камера сгорания в поршне решила проблему контакта начального пламени с головкой поршня и возникновения потерь на охлаждение.

Как правило, хорошо спроектированный двигатель с выпускной системой 4-2-1 обеспечивает большую мощность и крутящий момент в среднем диапазоне оборотов, в то время как хорошо спроектированный 4-1 — лишь в верхней части диапазона оборотов. Поскольку обычное вождение не предполагает постоянного нахождения на максимальных оборотах, имеет смысл использовать 4-2-1 для сохранения низкой детонационной характеристики, высокой мощности и крутящего момента в среднем диапазоне, а также потому, что SkyActive 2.5L — это двигатель с довольно низкими оборотами.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector