Выпускной коллектор

ДВС транспортного средства обычно содержит несколько цилиндров, и у каждого из них есть клапан, через который отработанные газы выходят из цилиндра. Эти газы необходимо вывести через выхлопную трубу в атмосферу. У каждого цилиндра своя выходная труба, благодаря чему уменьшается вредное взаимное влияние цилиндров. При большей, чем 100кВт мощности двигателя для выпуска выхлопных газов используется выпускной коллектор,  отлитый из чугуна, нержавеющей стали или изготовленный из керамики. Хотя вес последнего небольшой, но, вследствие чередования сильного нагрева и охлаждения, в нем возникают и распространяются трещины, которые плохо сказываются на выполнении коллектором своей функции. Выпускной коллектор сводит выходы цилиндров в одну общую выхлопную трубу, выведенную к краю корпуса транспортного средства, например, автомобиля.

Часто эти выходы сначала подключаются к катализатору, который снижает концентрацию вредных для здоровья веществ в выхлопных газах, а уже выход катализатора подключается к общей для автомобиля выхлопной трубе. Поступающие из камер сгорания отработанные газы образуются в результате процесса быстрого сгорания топлива, поэтому имеют очень высокую температуру – тысячи градусов. Эти газы резко охлаждаются, соприкасаясь со значительно более холодным атмосферным воздухом в выпускном коллекторе, поэтому на его стенках появляется химически активный конденсат, способствующий коррозии. Выпускной коллектор, кроме группирования и вывода в атмосферу выхлопных газов, помогает камерам сгорания быстрее избавиться от выхлопных газов путем продува и быстрее наполниться очередной порцией горючей смеси.

vypusknoj-kollektorПродув происходит из-за возникновения волны разрежения и сжатия в потоке отработанных газов. В тот момент, когда выпускной клапан открывается,  их давление очень велико. Оно постепенно снижается и доходит, когда в камере сгорания газов почти не остается, до величины атмосферного давления.  Эти импульсы давления повторяются каждый цикл работы двигателя. Однако волна давления отражается от катализатора или пламегасителя и направляется в сторону выхода цилиндра. В результате на участке между выходным клапаном и входом в катализатор возникает стоячая волна. В каком-то диапазоне частот работы  (оборотов) двигателя, обычно средних, стоячая волна разрежения до давления ниже атмосферного располагается возле выхода из камеры сгорания, создавая дополнительное разрежение (продув), способствующее ускоренному выводу из нее отработанных газов.

Чтобы создать наилучшие условия продува для каждой из камер, отдельные выпускные трубы имеют одинаковую длину. Они формируют причудливую форму «паука». Так его называют в российском автосервисе. Важным вкладом в эффективность работы ДВС является уменьшение тепла, отдаваемого его конструкции выпускным коллектором. Этого добиваются его теплоизоляцией. Существуют три варианта теплоизоляции.

  • Первый – покрытие поверхности коллектора керамической краской распылением или кистью с последующим запеканием керамического покрытия в печи. Полученный слой уменьшает лишь радиационную составляющую выделяемого тепла.
  • Второй – нанесение на поверхность толстого слоя керамического теплоизолятора с помощью газотермического напыления. Этот слой очень хорошо изолирует нагретую поверхность от окружающей среды.  Такой вариант часто применяется для показательных образцов автомобилей и в технике гоночных машин.
  • Третий – оборачивание всей поверхности лентой из теплоизолирующей ткани. Этот дешевый и простой способ, как правило, ведет к преждевременному износу конструкции.

Выпускной коллектор на участке приемных труб разогревается до очень высоких температур, и если к ним прикоснуться, происходит ожог. Во избежание ожогов эти трубы огораживаются металлическим щитом или сеткой.