Выпускной коллектор – конструктивный элемент
выпускной системы, предназначенный для отвода отработавших газов от
отдельных цилиндров в общую трубу. Другой функцией выпускного коллектора
является обеспечение эффективного продува и наполнения камер сгорания.
Выпускной коллектор жестко закреплен на головке блока цилиндров. На выходе к нему присоединяется каталитический нейтрализатор
или выпускная труба. Между выпускным коллектором и головкой блока
цилиндров размещена прокладка, которая предотвращает утечку отработавших
газов в подкапотное пространство. Выпускной коллектор работает в очень
тяжелых условиях, характеризующихся высокой температурой (до 1300°С) и
давлением.
Различают два типа выпускных коллекторов
– цельный и трубчатый. Цельный коллектор имеет короткие каналы, которые
объединяются в общую камеру. Изготавливается из жаропрочного чугуна. Цельный выпускной коллектор
имеет низкую эффективность отвода отработавших газов и продувки камеры
сгорания, т.к. короткие каналы создают препятствия в виде импульсов
газов каждого цилиндра. С другой стороны цельный выпускной коллектор
прост в изготовлении и имеет невысокую стоимость.
На современные легковые автомобили
устанавливаются в основном трубчатые выпускные коллекторы, которые
эффективны в диапазоне средних и высоких оборотов, улучшают мощностные
характеристики двигателя. Трубчатые выпускные коллекторы
изготавливаются из нержавеющей стали, реже из керамики. Для достижения
наилучших параметров отвода отработавших газов и продува камер сгорания
длина, диаметр труб и их конструкция (форма) должны быть
оптимизированы.
Движение отработавших газов в выпускной системе
представляет собой колебательный процесс. Короткая труба выпускного
коллектора позволяет достигать резонансный эффект, при котором
происходит наилучшая продувка камер сгорания, на высоких оборотах
двигателя. С длинной трубой наоборот, резонансный эффект достигается в
области низких оборотов. При этом длинные трубы предотвращают возврат
отработавших газов в соседние камеры сгорания, в которых еще не
закрылись выпускные клапаны.
Малый диаметр трубы обеспечивает высокую скорость
отработавших газов, при которой происходит лучшая инерционная продувка
камеры сгорания и достигается номинальный крутящий момент на низких и
средних оборотах. С другой стороны трубы малого диаметра создают
дополнительное сопротивление потоку при высоких оборотах двигателя. С
помощью трубы большого диаметра получают прирост мощности на высоких
оборотах и снижение на низких.
В настоящее время распространены две схемы трубчатых выпускных коллекторов:
- 4-1 или короткий коллектор (четыре трубы соединены в одну трубу);
- 4-2-1 или длинный коллектор (четыре трубы соединены попарно и далее соединены в одну трубу).
Трубчатый выпускной коллектор является важным
элементом тюнинга автомобиля. Для одной машины может быть предложено
несколько конструкций выпускных коллекторов и, соответственно, достигнут
различный эффект. Короткий коллектор дает добавочную мощность в узком
диапазоне оборотов. Длинный коллектор более универсальный, так как
обеспечивает прирост мощности и крутящего момента в широком диапазоне
оборотов двигателя.
К примеру, выпускной коллектор по схеме 4-2-1
применен на бензиновых двигателях, которые устанавливаются на
автомобилях Mazda по технологии SkyActiv-G. Помимо прироста мощности, в
данных двигателях реализована более высокая степень сжатия, а за счет
улучшенной вентиляции цилиндров детонация в цилиндрах не наступает.
Во время работы двигателя выпускной коллектор
нагревает воздух в подкапотном пространстве, соответственно нагревается
воздух во впускной системе и снижается мощность. Для противодействия
данному явлению производится теплоизоляция впускного коллектора.
Различают различные способы теплоизоляции: установка теплоотражающего
щитка, устройство высокотемпературной оплетки труб, выполнение
коллектора с двойными стенками.