Принцип работы впускного коллектора

Впускной коллектор — узел двигателя внутреннего сгорания, отвечающий за подачу топливовоздушной смеси в цилиндры. Подобные узлы есть на всех типах ДВС.

Впускной коллектор — это не просто трубы, по которым подается топливовоздушная смесь, он имеет особую форму, сечение, длину, объем. Все дело в том, что смесь топлива и воздуха должна равномерно поступать во все цилиндры двигателя во всех режимах его работы.

Современные впускные коллекторы — это высокотехнологичные изделия, которые обеспечивают стабильную работу двигателей, повышая его характеристики. От исполнения впускного коллектора зависит конечная мощность и динамика вашего автомобиля.

Во время движения поршней вниз образуется эффект разряжения: поток смеси в коллекторе упирается в закрытый впускной клапан в такт двигателю. С ростом оборотов смесь во впускном коллекторе отражается от препятствий и начинает совершать «колебательные движения». После образования таких движений, поток смеси движется на большей скорости. В определенных условиях такие колебания становятся резонансными, в результате чего смесь поступает в цилиндры с большим давлением (процесс называется резонансный наддув).

Правильно спроектированный коллектор обеспечивает лучшую вентиляцию цилиндров. Это происходит благодаря разности давлений во впускном и выпускном тракте. Клапаны на впуск и выброс газов имеют определенный шаг опережения такта двигателя. Необходимо, чтобы клапан был максимально открыт или закрыт в оптимальный момент, то есть за один цикл работы цилиндра на долю секунды оба клапана приоткрыты. Давление на впуске становится немного выше, чем на выпуске (где уже произошел выброс газов). Таким образом достигается более эффективная продувка камеры сгорания.

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:

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.

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.

Ремонт и обслуживание впускных коллекторов

Современный впускной коллектор — деталь сложная. Случаются с ней и поломки. Рассмотрим типичные.

Нарушения герметичности

Это первое, чем «болеют» системы впуска, впрочем как и многие другие узлы автомобиля. Вибрации, перепады влажности, давления и температур сказываются на резиновых (паранитовых и др.) уплотнениях, которых в сложных системах впуска достаточно много. Возможно дополнительное попадание воздуха в смесь, так называемый «подсос».

Дополнительные порции кислорода обедняют смесь, двигатель теряет тягу, появляются проблемы с холостыми оборотами. Возможны ошибки ЭБУ двигателя. Все эти симптомы говорят о проблемах герметичности впускного тракта.

Подсос воздуха во впускном коллекторе может значительно повлиять на динамические показатели двигателя в целом. После восстановления герметичности работа двигателя нормализуется.

Прокладки впускного и выпускного коллекторов ВАЗ 2106

Загрязнение впускного коллектора

Впускной тракт время от времени необходимо проверять на предмет налета на стенках. Подобная проблема может довольно сильно повлиять на динамику автомобиля. Особенно часто засоряется коллектор на двигателях с системой рециркуляции выхлопных газов. В таких случаях необходимо произвести разборку и чистку устройства специальным составом.

Отложения на стенках элементов впускных коллекторов

Деформации и механические повреждения корпуса

Для производства коллекторов широко используют пластик и алюминий, а эти материалы, как известно, могут деформироваться из-за воздействия высоких температур. Пластик со временем трескается и рассыхается. Алюминиевые коллекторы вследствие вибраций могут лопнуть.

Элементы с сильно нарушенной геометрией подлежат замене. Алюминиевые детали можно заварить аргонодуговой сваркой.

Повышенная температура воздуха в впускном коллекторе

Причинами подобной проблемы могут быть:

• длительная работа на холостом ходу в условиях высокой температуры воздуха (например в пробках);
• неполадки системы охлаждения и повышение общей температуры двигателя;
• нарушение вентиляции моторного отсека вследствие засорения радиатора;
• ошибочное показание датчика температуры во впускном коллекторе;
• ошибки в прошивке блока управления.

Решением является проверка узлов системы охлаждения и диагностика электронных систем.

Хлопки во впускном коллекторе

Во время воспламенения топлива в цилиндрах двигателя должны соблюдаться условия герметичности (оба клапана должны быть плотно закрыты). При условии воспламенения топлива с открытым или слегка приоткрытым впускным клапаном топливно-воздушная смесь может воспламеняться в самом коллекторе, в результате чего слышны характерные «хлопки». Такие поломки довольно опасны — они могут привести к значительным повреждениям.

Причинами неисправности могут быть:

• нарушение системы зажигания;
• неправильно настроенный газораспределительный механизм;
• нарушения плотности посадки впускных клапанов;
• проблемы с образованием топливовоздушной смеси.

В подобных случаях необходимо провести комплексную диагностику двигателя для выявления причин хлопков.

Рассмотрим процедуру замены прокладки впускного коллектора на примере двигателя Шевролет Авео 2017 г.

1. До начала работ обесточить бортсеть автомобиля, сняв отрицательную клемму аккумулятора.

2. Демонтировать рычаги стеклоочистителей (необходимо только в случае с конкретным двигателем).

3. Снять пластиковые фиксаторы защелки 1 и винты 2, после чего удалить решетку воздухозаборника 3.

4. Выполнить опорожнение системы охлаждения, выкрутив сливную пробку радиатора 4.

5. Снять воздухопровод воздушного фильтра 5, открутив винты хомутов 6.

6. Снять трубку принудительной вентиляции картера 7.

7. Отсоединить коммуникации дросселя 8-11, снять сам дроссель 12, открутив винты 13.

8. Отсоединить трубку усилителя тормозов 14.

9. Выкрутить винты 16,17 кронштейна коллектора, демонтировать кронштейн 15.

10. Снять направляющую топливной форсунки, отсоединить шланг охлаждения дросселя 19, открутить болты коллектора 18.

11. Отодвинуть коллектор 20 в сторону, аккуратно снять прокладку 21.

12. Очистить и обезжирить посадочные места для новой прокладки, установить ее.

13. Собрать узлы впускной системы в обратном порядке разборки.

Обращайте внимание на порядок и силу утяжки ремонтируемых узлов. Затягивайте резьбовые соединения постепенно в порядке от центра к краю детали, либо крест-накрест.

Не рекомендуется самостоятельно ремонтировать сложные механические узлы и элементы топливной системы.

Правильная работа впускного коллектора гарантирует длительную эксплуатацию двигателя. При минимальных знаниях и наборе необходимых инструментов текущее обслуживание или мелкий ремонт возможно произвести самостоятельно. Со сложными деталями и электроникой лучше обратиться в сервисный центр.

Что такое впускной коллектор (принцип работы, неисправности)

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

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

Зачем в машине нужен впускной коллектор

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

Если говорить на техническом языке, то он отвечает за:

• Подачу потока воздуха, участвующего в приготовлении топливной смеси с соблюдением соотношений, заданных инженерами;
• Равномерное распределение воздуха в цилиндры;
• Использование вакуума ВУТ для усиления усилий в тормозной системе;
• Работу системы вентиляции картерных газов (ВКГ);
• Контроль оборотов силового агрегата на холостом ходу за счет работы дросселя.

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

Устройство

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

Плюс к этому в его состав входят:

• Дроссельная заслонка;
• Приточная камера;
• Воздушный фильтр;
• Впускной клапан;
• Камера нагнетания.

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

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

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

Принцип работы

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

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

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

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

Изменение геометрии впускного коллектора

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

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

Вариантов изменения геометрии, как несложно догадаться, всего три:

• Уменьшить или увеличить длину труб;
• Сузить или расширить сечение труб;
• Комбинированный подход.

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

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

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

Тюнинг

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

Для этого предусмотрены такие процедуры, как:

• Замена воздушного фильтра на фильтр нулевого сопротивления. Благодаря макроскопическим отверстиям у последнего, воздух меньше задерживается и, соответственно, увеличивается скорость и объем прохождения;
• Увеличение дроссельного патрубка. Также преследует целью увеличение проходимости воздуха. Обычно для этого устанавливают заслонку с другого двигателя, который мощнее исходника;
• Установка спортивного ресивера. Короткие трубки большего сечения при правильной настройке позволяют снизить пульсацию воздушных масс, что позволяет двигателю быстрее набирать обороты.

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

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

Неисправности

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

• Нарушение герметичности. Вибрации, давление и высокие температуры со временем уничтожают уплотнители. Разгерметизация влияет на качество топливной смети, потерю тяги и оборотов. Проблема решается заменой прокладок, после чего работа двигателя должна нормализоваться;
• Загрязнение коллектора. Налет скапливается на стенках, постепенно уменьшая сечение проходящих воздушных масс. Требуется разборка и чистка трубок, дросселя и камеры нагнетания;
• Механические повреждения. Если коллектор изготовлен из пластика, тот тут только замена. Если из алюминия и повреждения невелики, поможет аргонодуговая сварка;
• Чрезмерная температура в коллекторе. Причин масса и искать их нужно в системе охлаждения, засоренном радиаторе, испорченном датчике, ошибке ЭБУ. Также высокая температура бывает из-за банальной жары на улице;
• «Хлопки». При формировании топливной смеси, система должна быть герметична. Если есть нарушения в системе зажигания, механизме газорапределения, проблемы в камере образования топливной смеси или нарушена герметичность самого впускного коллектора, можно услышать те самые хлопки. Искать причины стоит во всех вышеперечисленных местах.

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

Ремонт впускного коллектора

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

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

1. Снять клеммы с аккумулятора.
2. Отсоединить рычаги стеклоочистителей.
3. Снять решетку воздухозаборника. После чего демонтировать сам воздухозаборник.
4. Слить охлаждающую жидкость из системы охлаждения.
5. Снять хомуты, на которых держится воздуховод воздушного фильтра.
6. Вытащить трубку принудительной вентиляции картера.
7. Демонтировать дроссель.
8. Вытащить трубку, ведущую к механизму тормозных усилий.
9. Вытащить кронштейн коллектора.
10. Снять направляющую топливной форсунки.
11. Вытащить шланг охлаждения заслонки.
12. Выкрутить болты коллектора.
13. Аккуратно достать прокладку.
14. Почистить места прилегания и обезжирить.
15. Поставить свежую прокладку и собрать все в обратно.

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

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