Выпускной коллектор

Выпускной коллектор

Это теоретически очень простая и схематично понятная деталь двигателя внутреннего сгорания. Нет ничего проще собрать вылетающие из цилиндров отработавшие газы и направить их в выхлопную трубу. Но иногда и при такой простоте инженеры ухитряются сотворить немало сложностей.

Назначение выпускного коллектора.

Отработавшие своё, но ещё очень горячие, продукты горения смеси воздуха с топливом соответствующим ходом поршня в рабочем цикле выбрасываются через распахнутый выпускной клапан наружу головки цилиндров. Дальше их надо аккуратно собрать и отправить дальше, в катализатор, турбину нагнетателя или прямо в глушитель, точнее его приёмную трубу. Но сделать это надо максимально бережно, не чиня никаких препятствий потоку, а ещё лучше – ускоряя его движение. Ведь от этого косвенно зависит важнейший параметр двигателя – возможность максимального наполнения цилиндров. При постоянном их объёме, а от этого никуда не деться, надо хоть постараться закачать туда побольше горючей смеси. А как тут закачаешь, если остатки предыдущего сгорания ещё не полностью удалены? И ладно бы двигатель имел какую-нибудь систему принудительной подачи воздуха с горючим под избыточным давлением, вроде турбонаддува или механического чарджера, но в атмосферных моторах это делается обычным ходом поршня вниз. Поступающая смесь будет встречать сопротивление отработавшей своё. Приходится идти на технические хитрости.

Самое простое – сделать все отверстия пошире и побольше в сечении. Но тут имеются разумные пределы. Большие клапаны, а их и так в большинстве моторов четыре на цилиндр, хотя бывает и больше, занимают почти всю площадь верхней поверхности камеры сгорания. Негде размещать дополнительные площади. Отверстие в головке под фланец коллектора тоже не может быть бесконечно большим.

Возникла мысль применить тот же эффект, что и на впуске – создать дополнительную разность в давлениях, только на этот раз давление снаружи должно быть ниже. Сделать это непросто, никакой вентилятор там не поставить, слишком высокие температуры. А что если использовать энергию самих газов?

Выхлоп двигателя имеет ярко выраженную цикличность. Газы вырываются определёнными порциями, каждая из которых при движении по трубопроводу имеет зоны повышенного и пониженного давления. Надо только всё так рассчитать, чтобы в момент начала выхлопа из отдельно взятого цилиндра на срезе фланца коллектора, прямо перед клапаном находилась именно область с пониженным давлением. Тогда система сможет войти в определённый резонанс и очередная порция газов будет подхвачена потоком и улетит с увеличенной скоростью, хорошо очистив от себя цилиндр. А если в двигателе используется так называемое перекрытие фаз, когда открыты оба клапана, впускной и выпускной одновременно, то указанное разрежение ещё и поможет втянуть свежую порцию смеси. Создавая всё тот же эффект наддува. Ведь разницы нет, тянуть заряд или толкать, результат одинаковый.

Но резонанс – вещь непростая. Он потому и называется резонансом, что возникает исключительно при совпадении частот колебательных систем, основной из которых в данном случае является частота вращения вала двигателя. А ведь всё должно работать при любых оборотах. 

Совсем хорошо сделать таким образом не получится. Чуда не произойдёт, универсальность здесь может обеспечить только сложнейшая система регулировки длины выпускных трубопроводов. И если для впускных коллекторов это как-то ещё возможно сделать (и делается, даже во вполне дешёвых серийных двигателях), то выпускной коллектор вынужден работать при огромных температурах и в довольно агрессивной среде. Иногда всё же делают. На самых дорогих и непростых моторах и то, лишь частично.

Тем не менее резонанс используется. Если не во всём диапазоне оборотов, то хотя бы на максимальных, где от двигателя и требуется большая отдача. Выпускной коллектор настраивается и выполняет возложенные на него функции вполне успешно. Настолько успешно, что ревущий двигатель вообще без коллектора, где, казалось бы, ничего не мешает, такой мощности не отдаёт, как с коллектором, но настроенным грамотно и старательно.

Исполнение.

Обычно выпускной коллектор изготавливается в виде массивной чугунной отливки. Чугун для этого достаточно удобен, хорошо держит температуру, не склонен к короблению при нагревах и остываниях, даже не всегда растрескивается. К тому же единая отливка дёшево обходится в производстве.

Но настроенные коллекторы так выполнить не получится. У них весьма замысловатая форма, к тому же нужно обеспечивать достаточно большой путь прохождения газов до момента их смешивания с газами из других цилиндров. Применяются сварные конструкции из затейливо изогнутых труб жаропрочной стали. Все расстояния и точки соединения математически выверены и проверены на стендах.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Все права защищены; 2019 Автомобильные новости
;