Принцип работы впускного коллектора

Что такое впускной коллектор и для чего он нужен?

На чём бы ни работал двигатель – бензине, дизеле, газе – ему нужен воздух, много чистого, прохладного, «вкусного» воздуха. Для его правильной подачи и используется впускной коллектор.

По сути, это трубопровод определенной формы и размера, который нужен для доставки в цилиндры нужного количества воздуха. Помимо этого, он отвечает за смешивание воздуха с топливом из форсунок в инжекторном двигателе. Но если бы всё было так просто, инженеры не занимались бы поиском идеальной геометрии коллектора для каждого нового мотора.

В современных автомобилях впускной коллектор выполняет несколько задач:

1. Подает нужное количество воздуха для приготовления стехиометрической топливной смеси (то есть с оптимальным соотношением топлива с воздухом);
2. Равномерно распределяет воздушный поток между цилиндрами двигателя;
3. Так как в коллекторе есть постоянное разрежение, за счет всасывающего эффекта от поршней двигателя, то инженеры додумались использовать это разрежение (вакуум) для усиления тормозных усилий, для вентиляции картерных газов и т.д., в зависимости от марки и типа автомобиля.
4. Создает резонансный воздушный поток, чтобы увеличить скорость его движения без дополнительного оборудования.

Выпускной коллектор

Итак, второй претендент, он также выполняет немаловажную роль – отвод сгоревших газов. После того как впускные клапана были закрыты, топливо сжимается и поджигается свечой зажигания – происходит мини взрыв, поршни идут вниз – открываются выпускные клапана и отводят сгоревшие газы.

Вот только после клапанов они должный выйти в глушитель, а собирает их, из каждого цилиндра как раз выпускной коллектор (также по одной трубе на цилиндр). Он также подсоединен своей широкой частью к головке блока, только (если утрировать) с другой стороны, далее по трубам газы собираются в одну большую, как правило, сначала стоит катализатор, который дожигает газы, затем после него уже идет глушитель (может стоять и отвод для турбины). После этого газы уходят дальше после в окружающую среду. Стоит упомянуть – этот тракт гасит не только отработанные газы, но и звук выхлопа! Точнее не он сам, а глушитель которую он передает «отработку».

Как вы понимаете выпускной коллектор, работает с высокими температурами, ведь зачастую выхлоп может разогреваться до 950 градусов Цельсия. Поэтому обязательно нужно применять металлы, да не простые, а тугоплавкие способные выдерживать высокие показатели «тепла».

В этот отводящий коллектор, зачастую вкручивают датчик, это «лямба-зонт» или кислородный датчик, он «следит» за содержанием кислорода и других газов в выхлопе.

Благодаря этому датчику корректируется подача топливной смеси через наш «подающий» коллектор, то есть получается взаимосвязь.

Выпускной тракт, обычно в автомобилях очень прочный, служит почти весь срок эксплуатации автомобиля.

Строение обоих вариантов

Если утрировать то коллектора это 4 трубы, которые соединяются в одну. То есть своего рода «штаны», только на четыре «штанины». Нужно отметить, что бывают и на «две – три» или даже «шесть» труб. Такое устройство обусловлено количеством цилиндров в двигателе, как мы знаем на автомобиле «ОКА» было всего два цилиндра (две трубы), например на новых FORD есть варианты с тремя (трехтрубный), а на некоторых представительских авто – шесть цилиндров (шеститрубный). Причем это будут как впускной, так и выпускной коллектора.

Вот только верхняя точка, где один выход у них будут отличаться:

Впускной – подключается к системе подачи воздуха или топлива, поэтому в «верхней точке» будет стоять либо карбюратор, либо дроссельная заслонка.

Выпускной – подключается к глушителю, отводит отработанные газы. Сейчас зачастую подключается к катализатору.

Теперь подробнее о каждом из типов.

Ротор коллекторного двигателя

Ротор коллекторного двигателя состоит из вала, на который насаживается сборный магнитопровод. С одной стороны, на вал крепится коллекторный узел, с другой, лопасти вентилятора. Для обеспечения лёгкого вращения и для фиксации в корпусе на вал с двух сторон надеваются подшипники. Для нормальной работы электродвигателя, необходимо чтобы ротор был отлично сбалансирован. Потому к изготовлению этой части подходят особенно скрупулёзно.

Подвижная (вращающаяся) часть

Роторная обмотка

Сердечник ротора собирается из металлических пластин, отштампованных из магнитного металла. Толщина пластин 0,35-0,5 мм, каждая из них залита слоем диэлектрического лака, для избавления от паразитных токов. Пластины по внешнему краю имеют пазы, в которые затем укладываются витки медной проволоки. Эти пластины насаживаются на вал и закрепляются на нём, собирается пакет требуемого размера. Эта система является магнитопроводом.

Так выглядит ротор коллекторного двигателя

В пазы магнитопровода укладывается витки медного обмоточного провода. Выходы обмоток выводятся на коллекторный узел, где и происходит их переключение.

Как устроен коллекторный узел и как он работает

Коллекторный узел стоит рассмотреть подробнее. Иначе понять, как вращается ротор, сложно. Коллектор имеет цилиндрическую форму и набран из медных пластин (иногда называют ламелями), которые изолированы друг от друга слюдяными или текстолитовыми прокладками. Нет электрического контакта и с осью вала, к которому  он крепится.

Коллектор имеет вид цилиндра, который набран из медных пластин. Пластины сделаны в виде секторов, разделены диэлектрическими прокладками

Получается, коллектор собран из медных секторов и без обмотки электрически друг с другом не связанных. К каждой пластине коллектора крепится вывод одной рамки обмотки ротора. К плоскости двух противоположных рамок коллектора прижимается две щетки. Они плотно прилегают к поверхности медной пластины коллектора, что даёт хороший контакт. На эти щётки подаётся потенциал, который и передаётся в тот виток обмотки ротора, который подключён к этим пластинам.

К парным пластинам коллектора прижимаются графитовые щетки

Так как ротор с некоторой скоростью вращается, одна пара пластин сменяется другой. Таким образом, напряжение передаётся на все обмотки ротора. При этом возникающие друг за другом поля поддерживают вращение ротора, «проталкивая» его в нужном направлении.

Сварка выпускных коллекторов

Выпускной коллектор это важная и необходимая часть двигателя внутреннего сгорания автомобиля, которая в основном изготавливается из чугуна. При этом его местонахождение приводит к тому, что условия работы можно назвать скорее экстремальными. Это и огромный перепад температур, вследствие чего на  внутренних стенках его труб появляется конденсат, и прохождение выхлопных газов, и резонирующие волны выхлопа – все это не лучшим образом влияет на его состояние и долговечность службы коллектора.

Конденсат приводит к коррозии, а это  в свою очередь, к разрушению металла.

Выпускной коллектор

Коллекторы могут быть как цельные, изготовленные из чугуна при помощи литья, так и трубчатые, сваренные из стальных труб и деталей.

Трубчатый выпускной коллектор

Трубчатые ещё различают по виду соединения этих труб, а также по их длине и, как следует из этого, объем. Естественно, чем больше объем, тем лучше, и дороже коллектор. Например, на спортивные автомобили устанавливают коллекторы с длинными трубами одинаковой длины и сложными переплетениями.

Если вы услышали необычные звуки при работе на холостом ходу, не связные с работой двигателя или сам двигатель стал работать нестабильно или увеличилось потребления топлива, значит нужно проверить состояние коллектора.

Это может быть как разрушение крепёжной проушины или прокладки, которая устанавливается между блоком цилиндра и самим коллектором, так изменение геометрии соединительных фланцев под воздействием высоких температур. Может быть элементарный обрыв шпилек, а может и такая проблема, как появление трещины в корпусе. В зависимости от величины разрушения производится ремонт выпускного коллектора посредством сварки  или, если дела совсем плохи, его замена.

Прокладка выпускного коллектора, которую меняют чаще всего

Коррозия и нагар могут стать причиной засора трубы, что требует своего решения.

Конечно, проще всего обратиться на станцию техобслуживания, но некоторый ремонт можно и произвести самому, причем не только супер опытному специалисту.

Для этого нужно подождать когда двигатель и сам коллектор остынут до той  температуры, при которой можно с ними работать, после чего начинаем разбирать, начиная с кожуха двигателя, коллектора и прочее, что может помешать. Снимаем сам коллекторный узел путем откручивания крепежа. Меняем прокладку, если нужно, или другую деталь, и все устанавливаем назад в обратном порядке.

Ремонт выпускного коллектора холодной сваркой

Холодная сварка получила достаточно большое распространение среди домашних мастеров, которые умеют правильно применять этот метод.

Клей Холодная сварка для соединения металлов

Если следовать точно инструкциям, можно очень хорошо соединять металлические детали. Естественно, это не настоящий метод холодной сварки, который выполняется методом давления двух элементов до начала пластического деформирования соединяемых кромок деталей.

В нашем случае речь идёт о специальном клеящимся составе. При нанесении состава на место соединения металлов, получаем в итоге шов, который имеет свойства соединяемых металлов.

Применение холодной сварки для ремонта металлических изделий

Применяют холодную сварку в таких случаях, если невозможно применить традиционные методы, например детали могут деформироваться в процессе сварки, форма деталей имеет сложную геометрию, соединяемые части состоят из разных металлов.

При этом соединение получается очень прочным и качественным, может выдерживать большие нагрузки, причем долгое время.

Но можно ли заклеить выпускной коллектор холодной сваркой – это очень интересный вопрос. Да, детали автомобиля, в том числе и трещины выхлопной трубы прекрасно соединяются при помощи этого состава, но нагрузки и большой перепад температур в коллекторе  ставят под вопрос целесообразность его применение.

Хотя как временная мера, можно использовать. Есть отзывы, что при использовании такого клея машина прошла уже 800 км, другие советуют  не рисковать, так как шов не работает ни на сдвиг и кручение.

Холодная сварка, как утверждает производитель, ремонтирует и коллекторы

Возможно, дело в правильном использовании клея и в его качестве, то есть в производителе.

Увеличение мощности автомобиля с помощью выпускного коллектора (паука)

На долю выхлопного коллектора приходится львиная доля потерь мощности двигателя в системе выпуска. Чтобы предотвратить эти потери в спортивных и тюнингованых автомобилях стараются создать достаточно благоприятные и одинаковые условия работы для каждого из цилиндров. При этом коллекторные выпускные трубы делают персонально для каждого цилиндра и одинаковой длины. Такой выпускной коллектор «паук» отличается от штатной модели формой, выпускными окнами и порядком соединения имеющихся приёмных труб.

Выпускной «паук» может быть коротким и длинным. Формула короткого «паука» для обычного четырёхцилиндрового двигателя выглядит, как 4-1, т.е. 4 выходные трубки соединяются в одной. Этот спортивный выпускной коллектор «паук» может повысить мощность двигателя только в узком диапазоне оборотов – более 6000 об/мин. Его в основном используют в спортивных авто и автомобилях, оснащённых высокофорсированным двигателем.

Выпускной коллектор 4-2-1 (четыре канала объединяются вначале попарно, а затем вдали от двигателя сливаются воедино в одну трубу) относится к длинным «паукам» и прекрасно подходит для любительского тюнинга. Герметичность крепления выводной трубы к пауку определяет прокладка выхлопного коллектора. Он обеспечивает прирост крутящего момента и мощности в достаточно широком диапазоне. Однако прирост такой мощности относительно невелик, и для отечественных автомобилей ВАЗ редко когда превышает 5-7%. В прямоточной системе могут быть использованы промежуточные прямые трубы, имеющие увеличенный диаметр. Оснащают также выпускной «паук» 4-2-1 резонаторами пониженного сопротивления. Иногда вместо жестких соединений могут быть поставлены шаровые соединения или «гофры» (сильфоны). Первые не способствуют созданию паразитных резонансных частот, но характеризуются недолговечностью. Может быть использован при тюнинге и выпускной коллектор 4-2-2.

Эксплуатация выпускных коллекторов

Типичные неисправности выпускных коллекторов:

1. Повреждение прокладки между коллектором и блоком цилиндра. Для уплотнения узла соединения «блок цилиндров – выпускной коллектор» применяется прокладка, которая изготавливается из паронита, металла либо композитных материалов. Под действием давления и высоких температур со временем прокладка разрушается, что приводит к нарушению герметичности. Часть газов прорывается, напрямую в атмосферу, двигатель работает нестабильно.
2. Деформация фланца труб коллекторов. Температура выпускного коллектора может достигать 900 ºС. При нарушении температурных режимов коллектор подвергается деформации, которая может вызвать повреждения резьбовых соединений крепежа коллектора. Например, болты выпускного коллектора может просто «сорвать» (повредить резьбу). К таким последствиям приводит нарушение режима работы двигателя либо излишний тюнинг.
3. Физические повреждения, нарушение герметичности. Выпускной коллектор работает в агрессивной среде, поэтому со временем и пройденными километрами чугунные коллекторы лопаются, а трубчатые стальные — могут прогореть. Это негативно отражается на работе двигателя. Даже небольшая трещина в выпускном коллекторе вызывает нарушения работы выхлопной системы. В случае, если трещина незначительная, проблема какое-то время может себя не проявлять.Симптомами могу быть:
   • ошибки блока управления двигателем;
   • нестабильные обороты двигателя — плавные перепады 300-500 единиц;
   • звук двигателя с ненастроенным зажиганием;
   • в подобных случаях определяется сильно прогоревшая труба.
4. Засорение каналов выпускной системы. На стенках выпускных коллекторов образуется нагар и ржавчина. Подобные отложения могут привести к уменьшению просвета каналов и ухудшению характеристик двигателя.

Трубчатый выпускной коллектор с деформированной стыковочной пластиной «фланцем»

Для того, чтобы избежать вышеперечисленных неисправностей, следует помнить, что выпускной коллектор — узел двигателя, который стоит осматривать при плановом техническом обслуживании чуть ли не в первую очередь.

Трубчатый выпускной коллектор с набором прокладок и крепежа

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».

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

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.

Значение длины и формы патрубков приемного коллектора

В последнее время длине и форме патрубков или каналов впускного коллектора придается огромное значение. В конструкции канала недопустимы резкие искривления и острые углы, так как в этих местах топливо, смешанное с воздухом, будет неизбежно оседать на стенках. В современных коллекторах используется принцип, родившийся в недрах мастерских по подготовке спортивных автомобилей — все индивидуальные каналы всех цилиндров, вне зависимости от удаленности от центра, имеют равную длину.

Такая конструкция способствует борьбе с так называемым «резонансом Гельмгольца». Поток топливо-воздушной смеси в момент открытия впускного клапана движется по каналу коллектора в сторону цилиндра со значительной скоростью. Когда клапан закрывается, воздух, не успевший пройти в камеру сгорания, продолжает давить на закрытый клапан, создавая область высокого давления. Под его воздействием воздух стремится вернуться назад, в верхнюю часть коллектора. Таким образом, в канале образуется противоток, который прекращается в момент, когда клапан открывается в следующий раз. Процесс смены направления потока в традиционных коллекторах происходит постоянно и на скорости, близкой к сверхзвуковой. Дело в том, что помимо открытия и закрытия клапанов, воздух стремится к постоянной смене направления в соответствии с явлением резонанса, который открыл Герман фон Гельмгольц, автор классических работ по акустике. Естественно, когда воздух непрерывно «болтается туда-сюда» неизбежны потери мощности. Впервые коллекторы, оптимизированные по резонансу Гельмгольца были применены в двигателях Chrysler V10, которыми комплектовались автомобили Dodge Viper и пикапы Dodge Ram. В дальнейшем конструкцию приняли на вооружение другие производители.

Принцип работы выпускного коллектора

Одной стороной коллектор крепится к головке блока цилиндров там, где в нем предусмотрены окна для выпуска отработанных газов из цилиндров. С другой стороны к коллектору через фланцевое соединение крепится приемная труба, либо катализатор, в зависимости от конструкции.

Выхлопные газы попадают в коллектор из камеры сгорания, после чего отражаются от внутренних стенок и стремятся обратно в камеру сгорания. В результате движения газов в обеих направлениях движение газов в коллекторе носит волнообразный характер.

Чугун и нержавеющая сталь — лучшие материалы для производства выпускных коллекторов, постоянно подвергающихся воздействию агрессивной среды отработавших газов

Тем не менее, основное направление потока остается неизменным – от двигателя к выпускному отверстию выхлопного тракта, что обеспечивает эффективную очистку цилиндров от продуктов сгорания. В случае, если двигатель оснащен турбонагнетателем, давление в коллекторе используется для приведения в движение крыльчатки турбины, которую устанавливают сразу за коллектором. В таком случае часть выхлопных газов возвращается в цилиндры через впускной коллектор, создавая в них повышенное давление, недостижимое путем прямого захвата атмосферного воздуха. 

Тюнинг впускного коллектора

Любители автотюнинга не обходят своим вниманием и впускной коллектор. При правильном подходе, действительно, удается улучшить показатели мощности двигателя, пример на видео, ниже

Варианты тюнинга:

1. Улучшение формы. Довольно сложно добиться того, что во все цилиндры двигателя поступает одинаковое количество воздуха. Потому мастера заменяют штатный коллектор на многодроссельный впуск. На каждый цилиндр двигателя устанавливается отдельный дроссель, получается независимая система.
2. Совершенствование внутренней поверхности. При производстве коллекторов на внутренней части могут остаться небольшие погрешности: наплывы, заусенцы, шероховатости. Это немного тормозит поток воздуха, поэтому умельцы шлифуют внутреннюю поверхность коллектора, чтобы убрать все препятствия.

С обмотками возбуждения

Коллекторные двигатели постоянного тока с обмотками возбуждения нашли более широкое применение. От двигателей этого типа работает аккумуляторный электроинструмент: болгарки, дрели, шуруповерты т.д. Обмотки возбуждения делают из изолированного медного провода (в лаковой оболочке). В качестве основы используются канавки в полюсных наконечниках. На них как на основу наматываются обмотки.

Коллекторный двигатель с системой обмоточного возбуждения

Если посмотреть на устройство коллекторного двигателя, мы видим два несвязанных между собой устройства, ротор и обмотки возбуждения. От способа их подключения зависят характеристики и свойства двигателя. Различают четыре способа соединения ротора и обмоток возбуждения. Эти способы называют способами возбуждения. Вот они:

• Независимое. Возможно только если напряжения на обмотке возбуждения и на якоре неравны (бывает очень редко). Если они равны, используется схема параллельного возбуждения.
• Параллельное. Хорошо регулируется скорость, стабильная работа на низких оборотах, постоянные характеристики, независимы от времени. К недостаткам подключения этого типа относится нестабильность двигателя при падении тока индуктора ниже нуля.
• Последовательное. При таком подключении нельзя включать двигатель с нагрузкой на валу ниже 25% от номинальной. При отсутствии нагрузки скорость вращения сильно возрастает, что может разрушить двигатель. Потому с ременной передачей такой тип подключения не используют, при обрыве ремня мотор разрушается. Схема последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах, но не слишком хорошо работает на высоких, управлять скоростью сложно.
• Смешанное. Считается одним из лучших. Хорошо управляется, имеет высокий крутящий момент на низких оборотах, редко выходит из-под контроля. Из недостатков самая высокая цена по сравнению с другими типами.

Способы подключения обмоток возбуждения

Коллекторные двигатели постоянного тока могут иметь КПД от 8-10% до 85-88%. Зависит от типа подключения. Но высокопродуктивные отличаются высокими оборотами (тысячи оборотов в минуту, реже сотни) и низким моментом, так что они идеальны для вентиляторов. Для любой другой техники используют низкооборотистые модели с малым КПД, либо к продуктивным моделям добавляют редуктор, другого решения пока не нашли.

Конструкция коллекторного электродвигателя постоянного тока

(постоянный магнит)

()

Рисунок 1 — Электродвигатель постоянного тока с постоянными магнитами в разрезе

Ротор — вращающаяся часть электрической машины.

Статор — неподвижная часть двигателя.

Индуктор (система возбуждения) — часть постоянного тока или синхронной машины, создающая магнитный поток для образования момента. Идуктор обязательно включает либо постоянные магниты либо обмотку возбуждения. Индуктор может быть частью как ротора так и статора. В двигателе, изображенном на рис. 1, система возбуждения состоит из двух постоянных магнитов и входит в состав статора.

Якорь — часть постоянного тока или синхронной машины, в которой индуктируется электродвижущая сила и протекает ток нагрузки . В качестве якоря может выступать как ротор так и статор. В двигателе, показанном на рис. 1, ротор является якорем.

Щетки — часть электрической цепи, по которой от источника питания электрический ток передается к якорю. Щетки изготавливаются из графита или других материалов. Двигатель постоянного тока содержит одну пару щеток или более. Одна из двух щеток соединяется с положительным, а другая — с отрицательным выводом источника питания.

Коллектор — часть двигателя, контактирующая со щетками. С помощью щеток и коллектора электрический ток распределяется по катушкам обмотки якоря .

Неисправности впускного коллектора

Наиболее частые неисправности:

• потеря герметичности прокладок;
• обрастание стенок сажей и смолой;
• ступенька между коллектором и карбюратором, воздушным фильтром или головкой блока цилиндров (ГБЦ);
• излишний нагрев от выпускного коллектора.

Прокладки теряют герметичность при перегреве двигателя и ослаблении затяжки гаек. Проверить герметичность прокладок можно так: — на холостых оборотах прикройте 5–10 процентов впускной трубы воздушного фильтра. Если обороты двигателя не упали, значит, прокладки коллектора подсасывают воздух. Если обороты чуть-чуть поднялись, значит одна из прокладок полностью вышла из строя и необходима ее замена.

Обрастание стенок коллектора смолой происходит только на карбюраторных двигателях из-за езды на низких оборотах. Потребление воздуха невелико, поэтому скорость движения топливовоздушной смеси недостаточно и часть распыленного топлива оседает на стенках. Потом летучие соединения испаряются, а смолы коксуются, образуя на стенках наросты, которые увеличивают аэродинамическое сопротивление. Чтобы удалить наросты, снятый коллектор обрабатывают различными веществами (чаще всего смесью керосина и ацетона) и чистят железными ершиками.

Ступенька между коллектором и воздушными фильтром, карбюратором или ГБЦ возникает из-за некачественного изготовления деталей или использования неоригинальных, а то и предназначенных для другой модели двигателя запчастей. Ступенька даже в 2 мм срезает до 20 процентов мощности и приемистости двигателя на средних и высоких оборотах. На низких оборотах ступеньки до 5 мм ни на что не влияют. Чтобы устранить ступеньку необходимо или подобрать соответствующий коллектор или обработать имеющийся с помощью фрезы. Эту операцию проводят в условиях автомастерской, потому что для нее необходим специально подготовленный фрезерный станок.

Излишний нагрев от выпускного коллектора происходит из-за отклонения угла опережения зажигания (УОЗ) свыше 5 градусов в любую сторону. На дизельных двигателях такой же эффект дает изменение угла опережения впрыска топлива (УОВТ). Также на перегрев впускного коллектора влияет долгая езда на высших передачах при низких или средних оборотах двигателя. При перегреве впускного коллектора поступающий в цилиндры воздух сильней нагревается, это меняет режим горения топливовоздушной смеси и лишь увеличивает выделение тепла в выпускном коллекторе. Перегрев впускного коллектора проявляется в поднятии температуры охлаждающей жидкости и заметном (10–20%) падении мощности. Чтобы устранить перегрев впускного коллектора необходимо установить правильные УОЗ или УОВТ и изменить манеру езды.

Как коллектор влияет на работу двигателя

Когда мотор работает на максимальных оборотах при полностью нажатой педали газа, то скорость воздуха в коллекторе приближается (а в спортивных автомобилях заметно превышает) скорость звука. На таких скоростях любой поворот и самый незначительный бугорок оказываются серьезным препятствием, которое многократно увеличивает сопротивление коллектора воздушному потоку. В результате в цилиндры поступает меньше воздуха, поэтому мощность мотора падает. В таком режиме карбюратор нередко выдает переобедненную смесь, скорость горения которой в десятки раз быстрей, чем нормальной. Поэтому топливовоздушная смесь взрывается, это приводит к повреждению клапанов, поршней и других элементов мотора.

Не менее важно и качественное соединение коллектора с карбюратором или воздушным фильтром. Если уплотнительные элементы изношены или плохо затянуты гайки крепления, то в месте контакта происходит подсос воздуха, в результате – переобеднение смеси и взрывы в камере сгорания

Форма патрубков коллектора

Так как в конструкции необходимо соблюдать точность, особенное внимание уделяется патрубкам. Каналы должны соответствовать точным параметрам длины и формы, в них недопустимы различные искривления и углы

Причин для этого несколько:

• оседание топлива на стенках;
• резонанс Гельмгольца;
• расчет давления для работы системы.

Первая причина проста, ведь топливо при острых углах и выступах будет лишь оседать на них

Это в будущем может привести к засорам и сужению канала, поэтому важно избегать таких недостатков

Вторая причина – частая проблема у конструкторов. Резонансом Гельмгольца называется противодействие воздушного потока. Когда впускной клапан открывается, то смесь движется по патрубкам к цилиндру. В момент его закрытия поток прекращается, но инерция не исчезает. В результате смесь давит на клапан, формируя высокое давление в данной области. Этим же давлением она выталкивается назад, создавая противодействие при следующем впуске. В результате технические характеристики коллектора существенно ухудшаются, а многие элементы подвергаются повышенному износу.

Интересно! Сейчас на многих двигателях внедряются новые особенности конструкции, направленные на снижение эффекта Гельмгольца, но полностью устранить его довольно трудно.

Последняя же причина – расчет давления для работы системы. Если длина патрубков будет излишне велика, то системе придется возмещать давление в этой области для нормального движения топлива, что приводит к дополнительному износу системы.

Что такое коллекторный двигатель и его особенности

Коллектором называют часть двигателя, контактирующую со щётками. Этот узел обеспечивает передачу электроэнергии в рабочую часть агрегата. Коллекторным называется двигатель, у которого хотя бы одна обмотка ротора соединена со щётками и коллектором. Коллекторные электродвигатели бывают:

• постоянного тока;
• переменного тока;
• универсальные.

Коллекторный двигатель может быть постоянного и переменного тока. Есть универсальные модели, которые могут работать от источника напряжения любого типа

Последние универсальные, работают как от постоянного, так и от переменного тока. Они сохраняют популярность, даже несмотря на то, что наличие щёток отрицательный момент, так как щётки стираются и искрят. За этим узлом требуется постоянное наблюдение, техническое обслуживание. К плюсам коллекторных двигателей относят возможность плавной регулировки скорости в широких пределах, невысокую стоимость.

Как и другие электромоторы, коллекторный состоит из статора и ротора (часто называют «якорь»). Его отличительной чертой является наличие на валу коллекторного узла, через который на машину передаётся электропитание. Устройство коллекторных моторов постоянного и переменного тока похожи, но имеют определённые отличия, потому рассмотрим подробнее их по отдельности.