Коллектор в двигателе: Что такое коллектор. Впускной и выпускной в устройстве автомобиля. Да все просто.

Коллектор в двигателе

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Дмитрий Левкин

Статор (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 коллекторной машины 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 коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, в которой индуктируется электродвижущая сила и протекает ток нагрузки [2]. 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 [1].

Принцип работы коллекторного двигателя

По конструкции статора коллекторный двигатель может быть с постоянными магнитами и с обмотками возбуждения.

Коллекторный двигатель с постоянными магнитами

Схема коллекторного двигателя с постоянными магнитами

Коллекторный двигатель постоянного тока (КДПТ) с постоянными магнитами является наиболее распространенным среди КДПТ. Индуктор этого двигателя включает постоянные магниты, которые создают магнитное поле статора. Коллекторные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (КДПТ ПМ) обычно используются в задачах не требующих больших мощностей.

КДПТ ПМ дешевле в производстве, чем коллекторные двигатели с обмотками возбуждения. При этом момент КДПТ ПМ ограничен полем постоянных магнитов статора. КДПТ с постоянными магнитами очень быстро реагирует на изменение напряжения. Благодаря постоянному полю статора легко управлять скоростью двигателя. Недостатком электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами является то, что со временем магниты теряют свои магнитные свойства, в результате чего уменьшается поле статора и снижаются характеристики двигателя.

Коллекторный двигатель с обмотками возбуждения

Двигатели независимого и параллельного возбуждения

В электродвигателях независимого возбуждения обмотка возбуждения электрически не связана с обмоткой якоря (рисунок выше). Обычно напряжение возбуждения UОВ отличается от напряжения в цепи якоря U. Если же напряжения равны, то обмотку возбуждения подключают параллельно обмотке якоря. Применение в электроприводе двигателя независимого или параллельного возбуждения определяется схемой электропривода. Свойства (характеристики) этих двигателей одинаковы [3].

В двигателях параллельного возбуждения токи обмотки возбуждения (индуктора) и якоря не зависят друг от друга, а полный ток двигателя равен сумме тока обмотки возбуждения и тока якоря. Во время нормальной работы, при увеличении напряжения питания увеличивается полный ток двигателя, что приводит к увеличению полей статора и ротора. С увеличением полного тока двигателя скорость так же увеличивается, а момент уменьшается. При нагружении двигателя ток якоря увеличивается, в результате чего увеличивается поле якоря. При увеличении тока якоря, ток индуктора (обмотки возбуждения) уменьшается, в результате чего уменьшается поле индуктора, что приводит к уменьшению скорости двигателя, и увеличению момента.

Коллекторный электродвигатель параллельного возбуждения имеет механическую характеристику с уменьшающимся моментом на высоких оборотах и высоким, но более постоянным моментом на низких оборотах. Ток в обмотке индуктора и якоря не зависит друг от друга, таким образом, общий ток электродвигателя равен сумме токов индуктора и якоря. Как результат данный тип двигателей имеет отличную характеристику управления скоростью. Коллекторный двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения обычно используется в приложениях, которые требуют мощность больше 3 кВт, в частности в автомобильных приложениях и промышленности. В сравнении с КДПТ ПМ, двигатель параллельного возбуждения не теряет магнитные свойства со временем и является более надежным. Недостатками двигателя параллельного возбуждения являются более высокая себестоимость и возможность выхода двигателя из под контроля, в случае если ток индуктора снизится до нуля, что в свою очередь может привести к поломке двигателя [5].

Двигатель последовательного возбуждения

В электродвигателях последовательного возбуждения обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, при этом ток возбуждения равен току якоря (Iв = Iа), что придает двигателям особые свойства. При небольших нагрузках, когда ток якоря меньше номинального тока (Iа

,

• где M – момент электродвигателя, Н∙м,
• сМ – постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя,
• Ф – основной магнитный поток, Вб,
• Ia – ток якоря, А.

С ростом нагрузки магнитная система двигателя насыщается и пропорциональность между током Iа и магнитным потоком Ф нарушается. При значительном насыщении магнитный поток Ф с ростом Iа практически не увеличивается. График зависимости M=f(Ia) в начальной части (когда магнитная система не насыщена) имеет форму параболы, затем при насыщении отклоняется от параболы и в области больших нагрузок переходит в прямую линию [3].

Важно: Недопустимо включать двигатели последовательного возбуждения в сеть в режиме холостого хода (без нагрузки на валу) или с нагрузкой менее 25% от номинальной, так как при малых нагрузках частота вращения якоря резко возрастает, достигая значений, при которых возможно механическое разрушение двигателя, поэтому в приводах с двигателями последовательного возбуждения недопустимо применять ременную передачу, при обрыве которой двигатель переходит в режим холостого хода. Исключение составляют двигатели последовательного возбуждения мощностью до 100—200 Вт, которые могут работать в режиме холостого хода, так как их мощность механических и магнитных потерь при больших частотах вращения соизмерима с номинальной мощностью двигателя.

Способность двигателей последовательного возбуждения развивать большой электромагнитный момент обеспечивает им хорошие пусковые свойства.

Коллекторный двигатель последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах и развивает высокую скорость при отсутствии нагрузки. Данный электромотор идеально подходит для устройств, которым требуется развивать высокий момент (краны и лебедки), так как ток и статора и ротора увеличивается под нагрузкой. В отличии от КДПТ ПМ и двигателей параллельного возбуждения двигатель последовательного возбуждения не имеет точной характеристики контроля скорости, а в случае короткого замыкания обмотки возбуждения он может стать не управляемым.

Двигатель смешанного возбуждения

Двигатель смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения, одна из них включена параллельно обмотке якоря, а вторая последовательно. Соотношение между намагничивающими силами обмоток может быть различным, но обычно одна из обмоток создает большую намагничивающую силу и эта обмотка называется основной, вторая обмотка называется вспомогательной. Обмотки возбуждения могут быть включены согласовано и встречно, и соответственно магнитный поток создается суммой или разностью намагничивающих сил обмоток. Если обмотки включены согласно, то характеристики скорости такого двигателя располагаются между характеристиками скорости двигателей параллельного и последовательного возбуждения. Встречное включение обмоток применяется, когда необходимо получить неизменную скорость вращения или увеличение скорости вращения с увеличением нагрузки. Таким образом, рабочие характеристики двигателя смешанного возбуждения приближаются к характеристикам двигателя параллельного или последовательного возбуждения, смотря по тому, какая из обмоток возбуждения играет главную роль [4].

Двигатель смешанного возбуждения имеет эксплуатационные характеристики двигателей с параллельным и последовательным возбуждением. Он имеет высокий момент на низких оборотах, так же как двигатель последовательного возбуждения и хороший контроль скорости, как двигатель параллельного возбуждения. Двигатель смешанного возбуждения идеально подходит для устройств автомобилей и промышленности (таких как генераторы). Выход двигателя смешанного возбуждения из под контроля менее вероятен, так как для этого ток параллельной обмотки возбуждения должен уменьшиться до нуля, а последовательная обмотка возбуждения должна быть закорочена.

Характеристики коллекторного электродвигателя постоянного тока

Эксплуатационные свойства двигателей постоянного тока определяются их рабочими, электромеханическими и механическими характеристиками, а также регулировочными свойствами.

Механические характеристики коллекторных двигателей постоянного тока

Основные параметры электродвигателя постоянного тока

Постоянная момента

Для коллекторного электродвигателя постоянного тока постоянная момента определяется по формуле:

,

• где Z — суммарное число проводников,
• Ф – магнитный поток, Вб [1]

Смотрите также

Коллекторный двигатель: виды, принцип работы, схемы

В бытовом электрооборудовании, где используются электродвигатели, как правило, устанавливаются электромашины с механической коммутацией. Такой тип двигателей называют коллекторными (далее КД). Предлагаем рассмотреть различные виды таких устройств, их принцип действия и конструктивные особенности. Мы также расскажем о достоинствах и недостатках каждого из них, приведем примеры сферы применения.

Что такое коллекторный двигатель?

Под таким определением подразумевается электромашина, преобразовывающая электроэнергию в механическую, и наоборот. Конструкция устройства предполагает наличие хотя бы одной обмотки подсоединенной к коллектору (см. рис. 1).

Рисунок 1. Коллектор на роторе электродвигателя (отмечен красным)

В КД данный элемент конструкции используется для переключения обмоток и в качестве датчика, позволяющего определить положение якоря (ротора).

Виды КД

Классифицировать данные устройства принято по типу питания, в зависимости от этого различают две группы КД:

1. Постоянного тока. Такие машины отличаются высоким пусковым моментом, плавным управлением частоты вращения и относительно простой конструкцией.
2. Универсальные. Могут работать как от постоянного, так и переменного источника электроэнергии. Отличаются компактными размерами, невысокой стоимостью и простотой управления.

Первые, делятся на два подвида, в зависимости от организации индуктора он может быть на постоянных магнитах или специальных катушках возбуждения. Они служат для создания магнитного потока, необходимого для образования вращательного момента. КД, где используются катушки возбуждения, различают по типам обмоток, они могут быть:

• независимыми;
• параллельными;
• последовательными;
• смешанными.

Разобравшись с видами, рассмотрим каждый из них.

КД универсального типа

На рисунке ниже представлен внешний вид электромашины данного типа и ее основные элементы конструкции. Данное исполнение характерно практически для всех КД.

Конструкция универсального коллекторного двигателя

Обозначения:

• А – механический коммутатор, его также называют коллектором, его функции были описаны выше.
• В – щеткодержатели, служат для крепления щеток (как правило, из графита), через которые напряжение поступает на обмотки якоря.
• С – Сердечник статора (набирается из пластин, материалом для которых служит электротехническая сталь).
• D – Обмотки статора, данный узел относится к системе возбуждения (индуктору).
• Е – Вал якоря.

У устройств данного типа, возбуждение может быть последовательным и параллельным, но поскольку последний вариант сейчас не производят, мы его не будем рассматривать. Что касается универсальных КД последовательного возбуждения, то типовая схема таких электромашин представлена ниже.

Схема универсального коллекторного двигателя

Универсальный КД может работать от переменного напряжения благодаря тому, что когда происходит смена полярности, ток в обмотках возбуждения и якоря также меняет направление. В результате этого вращательный момент не изменяет своего направления.

Особенности и область применения универсальных КД

Основные недостатки данного устройства проявляются при его подключении к источникам переменного напряжения, что отражается в следующем:

• снижение КПД;
• повышенное искрообразование в щеточно-коллекторном узле, и как следствие, его быстрый износ.

Ранее КД широко применялись, во многих бытовых электроприборах (инструмент, стиральные машины, пылесосы и т.д.). На текущий момент производители практически престали использовать данный тип двигателей отдав предпочтение безколлекторным электромашинам.

Теперь рассмотрим коллекторные электромашины, работающие от источников постоянного напряжения.

КД с индуктором на постоянных магнитах

Конструктивно такие электромашины отличаются от универсальных тем, что вместо катушек возбуждения используются постоянные магниты.

Конструкция коллекторного двигателя на постоянных магнитах и его схема

Этот вид КД получил наибольшее распространение по сравнению с другими электромашинами данного типа. Это объясняется невысокой стоимостью вследствие простоты конструкции, простым управлением скорости вращения (зависит от напряжения) и изменением его направления (достаточно изменить полярность). Мощность двигателя напрямую зависит от напряженности поля, создаваемого постоянными магнитами, что вносит определенные ограничения.

Основная сфера применения – маломощные приводы для различного оборудования, часто используется в детских игрушках.

КД на постоянных магнитах с игрушки времен СССР

К числу преимуществ можно отнести следующие качества:

• высокий момент силы даже на низкой частоте оборотов;
• динамичность управления;
• низкая стоимость.

Основные недостатки:

• малая мощность;
• потеря магнитами своих свойств от перегрева или с течением времени.

Для устранения одного из основных недостатков данных устройств (старения магнитов) в системе возбуждения используются специальные обмотки, перейдем к рассмотрению таких КД.

Независимые и параллельные катушки возбуждения

Первые получили такое название вследствие того, что обмотки индуктора и якоря не подключаются друг к другу и запитываются отдельно (см. А на рис. 6).

Рисунок 6. Схемы КД с независимой (А) и параллельной (В) обмоткой возбуждения

Особенность такого подключения заключается в том, что питание U и UK должны отличаться, в противном случае н возникнет момент силы. Если невозможно организовать такие условия, то катушки якоря и индуктора подключается параллельно (см. В на рис. 6). Оба вида КД обладают одинаковыми характеристиками, мы сочли возможным объединить их в одном разделе.

Момент силы у таких электромашин высокий при низкой частоте вращения и уменьшается при ее увеличении. Характерно, что токи якоря и катушки независимы, а общий ток является суммой токов, проходящих через эти обмотки. В результат этого, при падении тока катушки возбуждения до 0, КД с большой вероятностью выйдет из строя.

Сфера применения таких устройств – силовые установки с мощностью от 3 кВт.

Положительные черты:

• отсутствие постоянных магнитов снимает проблему их выхода из строя с течением времени;
• высокий момент силы на низкой частоте вращения;
• простое и динамичное управление.

Минусы:

• стоимость выше, чем у устройств на постоянных магнитах;
• недопустимость падения тока ниже порогового значения на катушке возбуждения, поскольку это приведет к поломке.

Последовательная катушка возбуждения

Схема такого КД представлена на рисунке ниже.

Схема КД с последовательным возбуждением

Поскольку обмотки включены последовательно, то ток в них будет равным. В результате этого, когда ток в обмотке статора становится меньше, чем номинальный (это происходит при небольшой нагрузке), уменьшается мощность магнитного потока. Соответственно, когда нагрузка увеличивается, пропорционально увеличивается мощность потока, вплоть до полного насыщения магнитной системы, после чего эта зависимость нарушается. То есть, в дальнейшем рост тока в обмотке катушки якоря не приводит к увеличению магнитного потока.

Указанная выше особенность проявляется в том, что КД данного типа непозволительно запускать при нагрузке на четверть меньше номинальной. Это может привести к тому, что ротор электромашины резко увеличит частоту вращения, то есть, двигатель пойдет «в разнос». Соответственно, такая особенность вносит ограничения на сферу применения, например, в механизмах с ременной передачей. Это связано с тем, что при ее обрыве электромашина начинает работать в холостом режиме.

Указанная особенность не распространяется на устройства, чья мощность менее 200 Вт, для них допустимы падения нагрузки вплоть до холостого режима работы.

Преимущества КД с последовательной катушкой, такие же, как у предыдущей модели, за исключением простоты и динамичности управления. Что касается минусов, то к ним следует отнести:

• высокую стоимость в сравнении с аналогами на постоянных магнитах;
• низкий уровень момента силы при высокой частоте оборотов;
• поскольку обмотки статора и возбуждения подключены последовательно, возникают проблемы с управлением скоростью вращения;
• работа без нагрузки приводит к поломке КД.

Смешанные катушки возбуждения

Как видно из схемы, представленной на рисунке ниже, индуктор на КД данного типа обладает двумя катушками, подключенных последовательно и параллельно обмотке ротора.

Схема КД со смешанными катушками возбуждения

Как правило, одна из катушек обладает большей намагничивающей силой, поэтому она считается, как основная, соответственно, вторая – дополнительная (вспомогательная). Допускается встречное и согласованное включение катушек, в зависимости от этого интенсивность магнитного потока соответствует разности или сумме магнитных сил каждой обмотки.

При встречном включении характеристики КД становятся близкими к соответствующим показателям электромашин с последовательным или параллельным возбуждением (в зависимости от того, какая из катушек является основной). То есть, такое включение актуально, если необходимо получить результат в виде неизменной частоты оборотов или их увеличению при возрастании нагрузки.

Согласованное включение приводит к тому, что характеристики КД будут соответствовать среднему значению показателями электромашин с параллельными и последовательными катушками возбуждения.

Единственный недостаток такой конструкции – самая высокая стоимость в сравнении с другими типами КД. Цена оправдывается благодаря следующими положительными качествами:

• не устаревают магниты, за отсутствием таковых;
• малая вероятность выхода из строя при нештатных режимах работы;
• высокий момент силы на низкой частоте вращения;
• простое и динамичное управление.

Коллекторный двигатель: Устройство, виды и принцип работы

Большое количество оборудования имеет силовые установки, работающие от электрической сети питания. Коллекторный двигатель это силовая установка, преобразующая  электрическую энергию в физическую силу. Отличие коллекторного двигателя от бесколлекторного состоит в наличии коллекторно-щеточного узла.

Виды коллекторных двигателей

В зависимости от источника тока, к которому подключается мотор, коллекторные установки делят на два вида:

• Работающий от источника постоянного тока. Используются в автомобилях, самоходной технике, детских игрушках и т.д. Отличаются простотой конструкции. Подключаются только к источнику постоянного тока;
• Универсальный коллекторный двигатель. Работает как от постоянного, так и от переменного тока. Применяется в бытовых электрических приборах.

СПРАВКА: Универсальный коллекторный силовой агрегат  отличается простотой конструкции и небольшими габаритно массовыми параметрами. Благодаря этому может быть использован в качестве силовой установки ручного инструмента.

В зависимости от максимальной мощности силовые установки делятся на три типа:

1. Небольшой мощности. Используются в детских игрушках, аудио – видеотехнике и т.д. Напряжение питания таких установок составляет от 1.5 до 9 Вольт. Оси якоря устанавливаются на специализированные втулки. Они играют роль подшипников скольжения. Токопроводящие щетки выполнены в виде двух пластин;
2. Средней мощности. Якорь устанавливается на втулках или подшипниках. Применяются на автомобильной и самоходной технике. Напряжение питания составляет от 12 до 24 вольта;
3. Высокой мощности. Отличаются высокими показателями мощности и наличием электрических магнитов.

Устройство коллекторного двигателя

Для того чтобы понять как работает коллекторный двигатель, необходимо разобраться в его конструкции. Независимо от вида силового агрегата он состоит из следующих основных элементов:

• Якорь. Состоит из металлического вала,  на который установлены обмотки. Вал устанавливается на подшипниках скольжения или качения в корпусе мотора. Якорь является движущейся частью мотора, которая передаёт крутящий момент к необходимому оборудованию;
• Коммутатор (коллектор). Необходим для определения положения якоря. Располагается на роторе. Выполнен в виде медных контактов трапециевидного сечения;

• Щётки. Изготовлены из графита. Щетки используются для подачи напряжения к обмоткам ротора;
• Держатели щёток. Изготавливаются из металла или пластика. Держатели щёток устанавливаются на корпус мотора при помощи не проводящих ток прокладок. Такая конструкция исключает  подачу напряжения на корпус мотора;

ВАЖНО: Щётки или держатели оснащаются пружинами. Они необходимы для прижимания щетки к коллектору во время работы силовой установки.

• Подшипники. На небольших моторах используются пластиковые или металлические втулки. Мотор оборудован двумя подшипниками. Они необходимы для нормального вращения вала якоря;
• Сердечник статора. Изготавливается из большого количества металлических пластин;
• Обмотки. Необходимы для создания магнитного поля.

Принцип работы коллекторного двигателя

Коллекторный двигатель переменного тока 220 Вольт и мотор постоянного тока, преобразуют электрическую энергию в физическую силу. Создание физической силы осуществляется путём раскручивания якоря, установленного на двух подшипниках в корпусе мотора.

Ротор и статор силового агрегата имеют обмотки. Они изготовлены из провода. Во избежание замыкание витков обмотки между собой провод выполнен в изолирующей оболочке. Напряжение подается на обмотку статора при помощи провода.

Якорь коллекторного мотора подвижный. Для передачи напряжения на обмотку якоря используется коллектор.

Он выполнен в виде медных контактов. На них передаётся напряжение через графитовые щетки. Такая конструкция позволяет передавать напряжение на обмотку якоря независимо от скорости его вращения.

При прохождении электрического тока через обмотки возникает магнитное поле. Обмотка якоря имеет магнитное поле противоположной полярности полю обмотки статора. Под воздействием электромагнитных полей разной полярности якорь двигателя начинает вращаться.

ВНИМАНИЕ: Коллекторный двигатель может быть использован в качестве генератора постоянного тока.

Варианты обмоток возбуждения

Подключить коллекторный двигатель постоянного тока можно несколькими способами. Возбуждение мотора зависит от способа подключения обмоток.

• Независимое подключение. Обмотки мотора постоянного тока подключаются отдельно. Для подключения используется два источника постоянного тока. Обмотка статора оснащается реостатом. Он необходим для установки необходимой частоты вращения ротора. Обмотка  ротора оборудуется пусковым реостатом. Он нужен для контроля над силой тока в обмотке ротора при запуске силовой установки;
• Параллельное подключение. Питание обмоток якоря и статора осуществляется от одного и того же источника питания. Обмотки оснащены регуляторами;
• Последовательно-соединенное. Электродвигатель такой конструкции имеет обмотку статора, последовательно подключенную с обмоткой якоря. Ротор может быть оснащен регулятором, необходимым для ограничения силы тока при запуске. Статор оснащается реостатом, регулирующим в частоту вращения вала.

Читайте также:  Двигатель ГАЗ 53 — Технические характеристики и описание

ВАЖНО: Использование коллекторного мотора с последовательным подключением без нагрузки, может привести  к выходу его из строя.

• Смешанное возбуждение. Данная конструкция использует две катушки подключенные параллельно, и последовательно одновременно.

Преимущества и недостатки коллекторного двигателя

Однофазный коллекторный двигатель переменного тока или аналогичный работающий от источника постоянного тока имеют плюсы и минусы.

Плюсы

1. Однофазный мотор коллекторного типа ( универсальный), можно подключить к любой сети питания. Такая конструкция позволяет использовать мотор от источника питания переменного тока, без использования выпрямителей;
2. В отличие от бесколлекторных двигателей, модели с коллекторами имеют небольшие размеры. Это позволяет использовать силовые установки  для монтажа на электрический инструмент, детские игрушки, и т.п;
3. Небольшая сила тока при запуске. Позволяет использовать моторы от бытовой сети питания;
4. Простота регулировки вращения вала ротора. Для управления оборотами применяется реостат. При выходе из строя регулятора, мотор останется работоспособным;

Недостатки

1. Необходимость регулярного обслуживания. Графитовые щетки при длительной работе стираются. Необходимо вовремя менять щетки на новые. Нарушение этого правила может привести к выходу из строя коллектора;
2. Отсутствие стабильности показателей мощности. При изменении нагрузки на якорь показатели мощности силового агрегата могут изменяться.

Возможные поломки и способы их ремонта

В результате работы коллекторного двигателя могут возникнуть неисправности. Большинство из них самостоятельно сможет устранить человек не имеющий специализированных технических знаний и оборудования. Ниже представлены наиболее часто возникающие неисправности.

Повышенный шум при работе узла. Сильный уровень шума при работе мотора может свидетельствовать о выходе из строя подшипников, на которые установлен якорь.

При выходе из строя подшипников качения необходимо заменить изношенные детали новыми.

Износ щёток. Критическая изношенность щёток сопровождается повышенным уровнем шума при работе. Несвоевременная замена может привести к поломке коллектора. При возникновении неисправности необходимо заменить графитовые щётки. При выборе щёток необходимо обратить внимание на их толщину. Новые детали не должны застревать в держателях.

Читайте также:  Двигатель Субару: Модели и характеристики

Отсутствие вращения якоря при подключении мотора к сети питания. Отсутствие вращения может возникнуть в результате обрыва цепи питания. Обрыв может произойти в результате поломки пружины прижимающей щётку к коллектору или при обрыве провода. При поломке пружины необходимо заменить ее новой деталью. При обрыве провода необходимо восстановить его целостность.

Отсутствие вращения ротора может возникнуть в результате выхода из строя предохранителя. Для восстановления работоспособности необходимо установить новый предохранитель. Перед установкой предохранителя необходимо определить причину, по которой старое устройство вышло из строя. После устранения причины можно установить предохранитель и провести испытание двигателя.

Отсутствие регулировки вращения вала якоря. После запуска агрегат работает на максимальных оборотах. Такая неисправность возникает в результате поломки реостата. Для восстановления работоспособности двигателя необходимо заменить регулятор.

Медленное вращение ротора. Снижение частоты вращения вала может возникнуть в результате низкого напряжения в сети питания. Необходимо проверить напряжение. Снижение оборотов якоря может быть спровоцировано высокой нагрузкой. Необходимо снизить нагрузку на якорь.

Из вышеперечисленного следует, что коллекторный мотор  преобразовывает электрическую энергию в физическую силу. Для передачи напряжения к обмоткам якоря используются щётки. Моторы отличаются простотой конструкции и небольшими габаритно массовыми параметрами.

Коллекторный электродвигатель: достоинства, недостатки, область применения

Мы часто встречаемся с электродвигателями. Они обеспечивают работу бытовой и строительной техники, являются составной частью производственного оборудования. Немалая часть устройств имеет в составе коллекторный двигатель. Это один из простых и недорогих движков, который имеет хорошие характеристики. Именно этим, да ещё невысокой ценой, обусловлена его популярность. 

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.

Общее устройство коллекторных двигателей

Как и любой электродвигатель, коллекторный преобразует электрическую энергию в механическую. Он состоит из неподвижной части – статора и подвижной – ротора. В статоре располагаются обмотки возбуждения, ротор отвечает за передачу возникающей механической энергии. Одна из составляющих частей ротора – вал. С одной стороны, на валу размещён коллекторный узел, с помощью которого на обмотки ротора передаётся электрическая энергия.

Коллекторный двигатель: устройство

Статор состоит из корпуса, который защищает компоненты мотора от повреждений. Сверху и снизу корпуса крепятся магнитные полюса. Они необходимы для поддержания магнитного потока между статором и ротором.

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.

Принцип работы

Вот теперь, после того как рассмотрели устройство ротора, можно поговорить о том, как работает коллекторный двигатель. Собственно, принцип действия не отличается от других моторов, ротор начинает вращаться в магнитном поле благодаря наведенным на нём токам. Но как именно и почему эти тока наводятся? Для понимания надо вспомнить, как возникает электродвижущая сила в постоянном магнитном поле. Если в поле постоянного магнита ввести прямоугольную рамку, под действием возникающего в ней тока она начинает вращение. Направление вращения определяется по правилу буравчика. Для постоянного поля оно гласит так, если ввести правую руку в поле так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, вытянутые пальцы укажут направление движения.

Иллюстрация к пояснению принципа работы коллекторного двигателя постоянного тока

Если посмотреть на устройство ротора, то видим, что каждая обмотка представляет собой такую рамку. Только состоит она не из одного провода, а из нескольких, но сути это не меняет. При помощи коллекторного узла, в какой-то момент времени, обмотка подключается к питанию, по ней протекает ток и вокруг проводника возникает магнитное поле. Оно взаимодействует с полем статора. В зависимости от типа, стоят там постоянные магниты или тоже протекает постоянный ток в обмотках, генерируя на полюсах собственное магнитное поле. Поля ротора и статора рассчитаны так, что при взаимодействии они «проталкивают» ротор в нужном направлении. Вот, коротко и без особых подробностей описание работы коллекторного двигателя постоянного тока.

Обмотки на роторе подключаются к пластинам коллектора. Когда с пластинами контактируют щетки, получаем замкнутый контур, по которому течет ток

Если немного вдуматься, можно понять, почему коллекторный двигатель позволяет легко и плавно регулировать скорость. Чем больше напряжение подается на обмотки ротора, тем более мощное поле генерирует статор, тем сильнее их взаимодействие и быстрее крутится ротор, так как его толкают с большей силой. Если напряжение уменьшить, взаимодействие меньше, результирующая скорость вращения тоже. Так что все что нужно регулировать напряжение, а это может даже простой потенциометр (переменное сопротивление).

Достоинства и недостатки

Как водится, начнём с перечисления плюсов. Достоинства коллекторных электромоторов такие:

• Простое устройство.
• Высокая скорость до 10 000 об/мин.
• Хороший крутящий момент даже на малых оборотах.
• Невысокая стоимость.
• Возможность регулировать скорость в широких пределах.
• Невысокие пусковые токи и нагрузки.

Схема коллекторного двигателя

Неплохие качества, но есть и недостатки, причём они не менее серьёзные. Минусы коллекторных электродвигателей такие:

• Высокий уровень шумов при работе. Особенно на высоких скоростях. Щетки трутся о коллектор, дополнительно создавая шумы.
• Искрение щёток, их износ.
• Необходимость частого обслуживания коллекторного узла.
• Нестабильность показателей при изменении нагрузки.
• Высокая частота отказов из-за наличия коллектора и щёток, малый срок службы этого узла.

В целом, коллекторный двигатель неплохой выбор, иначе его не ставили бы на бытовой технике. Справедливости ради стоит сказать, что при нормальном качестве исполнения, работают такие двигатели годами. Могут и 10-15 лет проработать без проблем.

Коллекторный двигатель постоянного тока с магнитами

В коллекторных двигателях постоянного тока постоянное магнитное поле обеспечивают:

• постоянные магниты;
• обмотки возбуждения.

Магниты и обмотки располагаются на корпусе статора, и чаще всего, вверху и внизу. Если говорить о маломощных моторах, то более популярны коллекторные двигатели с постоянными магнитами. Они проще в производстве, дешевле, быстро реагируют на изменение напряжения, что позволяет плавно регулировать скорость. Недостаток моторов с постоянными магнитами является их невысокая мощность, а еще то, что со временем или при перегреве магниты теряют свои свойства и это приводит к ухудшению характеристик двигателя.

Устройство коллекторного двигателя постоянного тока

Такие моторы имеют небольшую мощность, от единиц до сотен Ватт. Они используются в технике, для которой важна плавная регулировка скоростей. Это обычно детские игрушки, некоторые виды бытовой техники (в основном вентиляторы). Недостатком коллекторного мотора с магнитами является постепенная потеря мощности, магниты со временем становятся слабее, и без того небольшая мощность падает. Но в последнее время появились новые магнитные сплавы с большой магнитной силой, позволяющие создавать двигатели с большой мощностью.

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.

Универсальные коллекторные двигатели

Несмотря на то, что коллекторный узел можно назвать самым слабым местом электродвигателя, подобные модели нашли широкое применение. Все благодаря невысокой цене и легкости управления скоростью. Коллекторные двигатели переменного тока стоят практически в любой бытовой технике, как крупной, так и мелкой. Миксеры, блендеры, кофемолки, строительные фены, даже стиральные машины (привод барабана).

Универсальный коллекторный двигатель работает от постоянного и переменного напряжения

По строению универсальные коллекторные двигатели не отличаются от моделей постоянного тока с обмотками возбуждения. Разница, безусловно есть, но она не в устройстве, а в деталях:

• Схема возбуждения всегда последовательная.
• Магнитные системы ротора и статора для компенсации магнитных потерь делают шихтованного типа (единая система без сплошных разрезов).
• Обмотка возбуждения состоит из нескольких секций. Это необходимо, чтобы режимы работы на постоянном и переменном напряжении были схожи.

Работа коллекторных электродвигателей универсального типа основана на том, что если одновременно (или почти одновременно) поменять полярность питания на обмотках статора и ротора, направление результирующего момента останется тем же. При последовательной схеме возбуждения полярность меняется с очень небольшой задержкой. Так что направление вращения ротора остается тем же.

Достоинства и недостатки

Хотя универсальные коллекторные двигатели активно используются, они имеют серьёзные недостатки:

• Более низкий КПД при работе на переменном токе (если сравнивать с работой на постоянном такого же напряжения).
• Сильное искрение коллекторного узла на переменном токе.
• Создают радиопомехи.
• Повышенный уровень шума при работе.

Во многих моделях строительной техники

Но все эти недостатки нивелируются тем, что при частоте питающего напряжения в 50 Гц они могут вращаться со скоростью 9000-10000 об/мин. По сравнению с синхронными и асинхронными двигателями это очень много, максимальная их скорость — 3000 об/мин. Именно это обусловило использование этого типа моторов в бытовой технике. Но постепенно они заменяются современными бесщеточными двигателями. С развитием полупроводников их производство и управление становится всё более дешёвым и простым.

Диагностика впускного и выпускного коллектора дизельного двигателя

Выпускная система дизельного двигателя несколько отличается от стандартной выпускной системы бензинового двигателя. Прежде чем приступать к выявлению и устранению неисправностей этой системы, следует ознакомиться с принципом работы дизельного двигателя в целом. Начнем с того, что система включает в себя впускной и выпускной коллекторы. Проблемы, возникающие в этой части, рассматриваются как неисправности выпускной системы.

Дребезжащий звук

С течением времени выпускная система дизельного двигателя может начать издавать дребезжащий звук. Обычно это не означает проблемы непосредственно с системой, поскольку это может быть последствием ослабления или откручивания гаек и болтов, фиксирующих эту систему. А выхлопная труба в данном случае только усугубляет эту проблему, поскольку в случае отсоединения держателя труба начинает очень громко грохотать.

Проверка впускного коллектора

Рекомендуется выполнять периодическую проверку коллектора на впуске. Речь идет о месте присоединения двигателя болтами к выпускной системе. Необходимо убедиться в отсутствии зазоров между этими двумя системами. При возможности выполняйте эту проверку при работающем двигателе, поскольку вы сможете услышать характерные звуки и/или увидеть отработанные газы, выходящие через зазоры между системами. Если вы обнаружили утечку газа, но не выявили повреждения трубы, следует заменить в этой точке прокладку. Утечки на впуске коллектора приводят к снижению компрессии и нарушению плавности работы двигателя.

Проверка выпускного коллектора

Выпускной коллектор следует проверять так же тщательно, как и впускной. В первую очередь проверьте его на отсутствие утечек и осмотрите на предмет повреждений. При наличии утечки вы услышите характерный звук в точке соединения, а не от выхлопной трубы. Более того, в случае утечки вы почувствуете запах выхлопных газов, попадающих в салон автомобиля. Обязательно следует устранить эту проблемы до начала движения, поскольку вдыхание отработавших газов чревато ухудшением состояния здоровья всех находящихся в автомобиле людей. Замените прокладку, а при наличии повреждения замените соответствующую трубу.

Проверка глушителя

Глушитель также требует периодического осмотра. Достаточно много признаков указывают на проблему с глушителем, например, появление в салоне запаха отработавших газов или снижение уровня компрессии, особенно при наличии каталитического нейтрализатора. При его повреждении или засорении наблюдается потеря мощности и частая остановка двигателя. И всегда это будет происходить неожиданно. Главной причиной повреждения системы глушителя, как правило, является поврежденное дорожное покрытие, поскольку можно наскочить днищем на неровности и пробить отверстие в глушителе. Проблема заключается в том, что глушитель с несколькими пробоями уже может не подлежать ремонту. То же самое можно сказать и о каталитическом нейтрализаторе. В таком случае следует заменить поврежденный глушитель или каталитический нейтрализатор.

Выводы

По правилам технического обслуживания выпускную систему следует проверять минимум раз в год. Это позволит избежать множества проблем, особенно если вы являетесь владельцем старой модели автомобиля. Приехав в автосервис с целью заменить масло, вы можете попросить автомеханика заодно проверить выпускную систему. Приезжайте в наш дизель-сервис в Волжском. Мы справимся с любой проблемой.

ТАКЖЕ ВАМ МОЖЕТ БЫТЬ ИНТЕРЕСНО:

Впускной коллектор двигателя автомобиля

Впускной коллектор двигателя автомобиля — так называется одна из составляющих двигателя внутреннего сгорания. Смесь топлива и воздуха через впускной коллектор проходит в камеры сгорания. Задача впускного коллектора — равномерно распределить горючую смесь (или лишь воздух) на каждый цилиндр.   

Впускной коллектор двигателя автомобиля

Чтобы сохранить производительность двигателя и эффективность его работы очень важно распределять смесь именно равномерно. Впускной коллектор также может использовать как крепление для дроссельной заслонки, карбюратора, форсунок и других элементов двигателя.

Поршни выполняют нисходящее движение, дроссельная заслонка ограничивает пропускную способность воздуха, поэтому во впускном коллекторе получается небольшой вакуум, при этом давление здесь ниже атмосферного.

Образовавшийся вакуум может быть значительным, в этом случае его можно использовать как источник питания для того, чтобы управлять вспомогательными системами (приборами контроля выбросов, приводом стеклоочистителей, гидроусилителем тормозов, корректировкой угла опережения зажигания).

Также образовавшийся вакуум можно использовать для системы вентиляции картерных газов. После попадания картерных газов во впускной коллектор, происходит их догорание вместе с очередной частью смеси топлива и воздуха.

Впускной коллектор делали всегда из железа, чугуна или алюминия. В наше время у производителей автомобилей стали популярны композитные пластиковые материалы. Такие материалы стали использовать в 4-х цилиндровых двигателях GM Ecotec, Ford Zetec 2.0,Chrysler, Duratec 2.0 и 2.3. Не стала исключением и Тойота.

С конца1990-х годов все новые двигатели стали комплектовать впускными коллекторами из пластика, такими как 2ZZ-GE, 1ZZ-FE, 2NZ-FE, 1ZR-FAE, 1AR-FE, 1NZ-FE, 2ZR-FAE, 2AR-FE, 1NR-FE. Воздух при нагревании расширяется, поэтому, учитывая физические свойства воздуха, композитный пластиковый материал выбрали не случайно.

Впускной коллектор, сделанный из металла, от блока двигателя нагревается и воздух, проходящий через него, забирает часть этого тепла. Расширяясь, нагретый воздух в меньшем объеме попадает в камеры сгорания, соответственно цилиндры наполняются не полностью.

Пластик уменьшает этот отрицательный эффект, а наполняемость цилиндров увеличивается. В результате, увеличивается мощность на единицу топлива.

Во впускной коллектор топливо поступает обычно в виде мелких капель при помощи инжектора или карбюратора. Часть топлива конденсируется в виде капель на стенках коллектора за счет электростатических сил.

Не желательно, чтобы получался такой эффект, так как он изменяет численное соотношение воздуха и топлива в рассчитанном ЭБУ двигателя.

Такое свойство впускного коллектора, как турбулентность, приводит к образованию сил, которые воздействуют на топливо в разных векторах и пропорциях, в результате оно лучше распыляется. Хорошее распыление помогает топливу сгорать полностью. Чтобы впускной коллектор имел такую турбулентность, его внутреннюю поверхность делают не полированной.

Но максимального эффекта можно добиться при определенной степени турбулентности. Если показатель турбулентности будет больше, чем нужно, то в коллекторе начнутся перепады давления, а это снизит мощность двигателя.

Понравилась статья? Поделись с друзьями в соц.сетях!

Коллектор, часть электромашин или электродвигателей

Коллектор, часть электромашин или электродвигателей

[Иногда его называют коммутатором.]

— так называется часть магнитоэлектрической или динамоэлектрической машины или двигателя, служащая для собирания и выпрямления токов, возбуждающихся в проводниках якоря во время вращения последнего в магнитном поле машины. К. динамо-машины (см.) переменного тока состоит из двух металлических колец, насаженных на вал машины, но изолированных от него и друг от друга. Кольца соединены соответственно с началом и концом обмотки якоря. По ним трутся во время вращения якоря щетки, снимающие с них ток и отводящие его во внешнюю цепь. В якоре динамо-машин постоянного тока возбуждается, в сущности, также переменный ток и в них К. служит также для выпрямления этого тока. На рисунке дана схема якоря динамо-машины постоянного тока с ее обмоткой и К.

Этот последний состоит из ряда (a, b, c, d) пластин, расположенных по образующим изолированного цилиндра, насаженного на вал якоря. Каждые две противоположно расположенные пластины соединены с двумя противоположными точками якорной обмотки. По ним трут щетки (А и В), перескакивающие по мере вращения якоря с одной пары пластин на другую. Пластины так соединены с частями обмотки, что щетки всегда находятся на определенной паре пластин в тот момент, когда в ней индуктируется ток одного определенного направления. Благодаря этому, в цепи, соединенной со щетками, ток получается хотя толчками, но в одном направлении. Чем больше число частей (секций), на которые разбита обмотка, а, следовательно, чем больше пластин в К., тем чаще толчки и тем ток ближе к равномерности. К. динамо-машин постоянного тока (см. рисунки к статье Динамо-машины) состоит обыкновенно из ряда медных, бронзовых или стальных пластин, помещенных рядом по образующим изолирующего цилиндра, надетого на вал машины, и стянутых вместе по концам гаечными кольцами. Отдельные пластины изолируются от соседних прослойками из фибры (см.) или слюды; иногда изолятором служит воздушный слой между ними. Когда К. собран, ему придают на станке правильную цилиндрическую форму. Концы пластин посредством припайки, или иначе, соединяются с соответственными точками обмотки. Число пластин на К. зависит от электровозбудительной силы машины; обыкновенно его выбирают так, чтобы разность потенциалов между соседними пластинами не превышала 4-5 вершков. Диаметр К. зависит от числа пластин и от скорости вращения якоря. Иногда (новый тип машин Сименса) устраивают машины с внешним К., в которых сама обмотка представляет К. и щетки трут по обнаженной поверхности якоря. Щетки делаются либо из пучков тонких медных проволок и пластин, либо из свернутой проволочной ткани; в электродвигателях часто применяют щетки из угольных пластин. Щетки закрепляются в особых пружинящих зажимах (называемых щеткодержателями), слегка прижимающих их к К.; щетки прилегают к К. почти касательно или перпендикулярно к поверхности его. Щетки должны правильно стоять, чтобы в месте соприкосновения их с К. не происходило сильного образования искр; они должны не слишком сильно нажимать на К., чтобы не слишком стирать его поверхности. Истертый К. чистят во время вращения наждачной бумагой, сильно же подержанный снова обтачивают на станке. Главные условия правильного действия К.: правильность его цилиндрической формы, правильная установка щеток, чистота его поверхности, исправность изоляции.

А. Г.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон. 1890—1907.

• Коллектор, в водосточной сети
• Колли

Полезное

Смотреть что такое «Коллектор, часть электромашин или электродвигателей» в других словарях:

• Коллектор часть электромашин или электродвигателей — [Иногда его называют коммутатором.] так называется часть магнитоэлектрической или динамоэлектрической машины или двигателя, служащая для собирания и выпрямления токов, возбуждающихся в проводниках якоря во время вращения последнего в магнитном… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

• ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ — машины вращательного типа, преобразующие либо механическую энергию в электрическую (генераторы), либо электрическую в механическую (двигатели). Действие генераторов основано на принципе электромагнитной индукции: в проводе, движущемся в магнитном …   Энциклопедия Кольера

Двигатель и впускной коллектор двигателя с поддоном для конденсата (варианты)

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к поддону для конденсата во впускном коллекторе двигателя.

Существующий уровень техники и краткое описание изобретения

Для уменьшения количества выбросов картерных газов в окружающую среду двигатели оснащают системами принудительной вентиляции картера (ПВК). В результате, системы ПВК позволяют уменьшить выбросы двигателя. Однако, пары принудительной вентиляции картера (ПВК) имеют высокое содержание воды. Кроме того, во впускной системе могут присутствовать другие источники воды, такие как водяные пары от системы рециркуляции отработавших газов (РОГ). Может происходить конденсация водяных паров на стенках канала холодного воздуха, впускных каналах и во впускном коллекторе. Более того, пары ПВК могут замерзать в канале холодного воздуха до состояния льда за портом ПВК по ходу потока. После суточного цикла растаявший лед может капать и/или стекать вниз в углубления во впускной системе и снова замерзать. При новом запуске двигателя лед может таять и может двигаться вниз по ходу потока к цилиндрам. Конденсат, втекающий в цилиндры, ухудшает сгорание, и в некоторых случаях может быть причиной пропусков зажигания в цилиндрах вследствие намокания свечи зажигания.

В документе US 6,290,558 раскрыт влагоотделитель в выходной системе. Авторы настоящего изобретения осознают некоторые недостатки влагоотделителя, раскрытого в документе US 6,290,558. Количество воды, которое может быть собрано влагоотделителем, ограничено конструктивными особенностями влагоотделителя, раскрытыми в документе US 6,290,558. Кроме того, эти особенности влагоотделителя также увеличивают турбулентность в выходной системе.

Таким образом, в одном из аспектов предложен впускной коллектор двигателя. Впускной коллектор двигателя содержит камеру коллектора, выполненную с возможностью приема газов системы ПВК от выхода канала ПВК, и содержащую поддон для конденсата с несколькими перегородками, образующими несколько отдельных полостей, расположенных ниже выхода канала ПВК. Неожиданно было обнаружено, что если в двигателе предусмотрены вышеуказанные конструктивные особенности впускного коллектора, и, в одном из примеров, поддон для конденсата, конденсат может быть собран и выпущен в цилиндры с требуемой величиной расхода, что может уменьшить вероятность ухудшения сгорания (например, пропусков зажигания).

Вышеуказанные и другие преимущества, а также признаки настоящего изобретения должны стать очевидными из последующего подробного описания изобретения со ссылками на приложенные чертежи или без них.

Должно быть ясно, что приведенное выше краткое описание предназначено для ознакомления в упрощенной форме с несколькими идеями, которые более подробно раскрыты в подробном описании. Оно не нацелено на определение ключевых или основных признаков, входящих в объем настоящего изобретения, который определен исключительно последующей формулой изобретения. Более того, объем изобретения не ограничен вариантами осуществления, в которых устранены какие-либо из недостатков, описанных выше или в любой части настоящего описания. Кроме того, упомянутые выше недостатки отмечены авторами настоящего изобретения и не утверждается, что они общеизвестны.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлено схематическое изображение двигателя и впускного коллектора;

на фиг. 2 представлен пример впускного коллектора двигателя;

на фиг. 3 представлен другой вид впускного коллектора двигателя, показанного на фиг. 2;

на фиг. 4 представлен способ работы впускной системы; и

на фиг. 5 представлен другой вид впускного коллектора двигателя, показанного на фиг. 2.

Подробное описание изобретения

В данном документе раскрыт впускной коллектор с поддоном для конденсата, содержащий несколько перегородок, которые образуют несколько отдельных полостей, расположенных ниже выхода канала ПВК. Поддон позволяет собирать конденсат из системы принудительной вентиляции картера (ПВК), а также от других источников, перед подачей в цилиндр. Следовательно, уменьшается вероятность пропусков зажигания, вызванных втекающим в цилиндры конденсатом. В одном из примеров, поддон для конденсата может быть расположен в самой нижней части камеры коллектора или вблизи нее. Таким образом, для накопления конденсата может быть использована сила тяжести. Более того, расположение поддона в упомянутой выше области уменьшает сопротивление потоку во впускном коллекторе, что увеличивает эффективность впускной системы.

На фиг. 1 представлен пример конфигурации системы многоцилиндрового двигателя, в общем виде обозначенного ссылочной позицией 10, которая может быть входить в состав силовой установки транспортного средства. Управление двигателем 10 осуществляется, по меньшей мере, частично, системой управления, содержащей контроллер 12 двигателя, и посредством входных сигналов от оператора 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В этом примере устройство 132 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали с возможностью генерирования пропорционального сигнала положения педали (ПП).

Двигатель 10 может содержать нижнюю часть блока двигателя, обозначенную в целом ссылочным номером 26, которая может содержать картер 28 с расположенным в нем коленчатым валом 30. Картер 28 содержит газ и может содержать поддон 32 картера, также называемый маслосборником, который удерживает смазочный материал (например, масло) двигателя, расположенный ниже коленчатого вала. Маслозаливное отверстие 29 может быть расположено в картере 28 с возможностью подачи масла в поддон 32 картера. Маслозаливное отверстие 29 может содержать крышку 33 для уплотнения маслозаливного отверстия 29 во время работы двигателя. Также в картере 28 может быть расположена трубка 37 щупа, которая может содержать щуп 35 для измерения уровня масла в поддоне 32 картера. Кроме того, картер 28 может содержать несколько других отверстий для обслуживания компонентов в картере 28. Для того, чтобы система ПВК (описана ниже) могла работать во время работы двигателя, эти отверстия в картере 28 могут оставаться закрытыми во время работы двигателя.

Верхняя часть блока 26 двигателя может содержать камеру 34 сгорания (например, цилиндр). Камера 34 сгорания может содержать стенки 36 камеры сгорания и расположенный в ней поршень 38. Поршень 38 может быть соединен с коленчатым валом 30 с возможностью преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Топливо в камеру 34 сгорания может подаваться через топливный инжектор 45 (выполненный в данном случае в виде инжектор непосредственного впрыска топлива), и впускной воздух может подаваться через впускной коллектор 42, который расположен за дросселем 44 по ходу потока. Блок 26 двигателя может также содержать датчик 46 температуры охладителя двигателя (ТОД), сигнал с которого подается на вход контроллера 12 двигателя (описан более подробно ниже).

Дроссель 44 может быть расположен на впуске двигателя для управления воздушным потоком, поступающим во впускной коллектор 42. Воздушный фильтр 54 может быть расположен перед дросселем 44 по ходу потока и может обеспечивать фильтрацию свежего воздуха, поступающего во впускной канал 13.

В одном из примеров, двигатель 10 может содержать компрессор, расположенный перед дросселем 44 и за воздушным фильтром 54 по ходу потока. В таком примере работа ПВК может быть изменена с учетом изменения перепада давления во впускной системе 17. В частности, поток газов ПВК может быть направлен в обратную сторону. Таким образом, картерные газы могут проходить через канал 74 ПВК во впускной канал 13, а не в канал 80 ПВК. Более того, в таком примере в выходной системе может быть расположена турбина. Должно быть ясно, что впускная система 17 может содержать воздушный фильтр 54, впускной канал 13, впускной коллектор 42, дроссель 44 и систему 40 впускных клапанов.

Впускной воздух может поступать в камеру 34 сгорания через систему 40 впускных клапанов с кулачковым приводным механизмом. Аналогичным образом, отработавшие газы могут покидать камеру 34 сгорания через систему 41 выпускных клапанов с кулачковым приводным механизмом. В альтернативном варианте осуществления, систем впускных клапанов и/или система выпускных клапанов могут быть выполнены с электрическим приводным механизмом.

Продукты сгорания выходят из камеры 34 сгорания через выпускной канал 60, расположенный перед устройством 62 снижения выбросов по ходу потока. Устройство 62 снижения выбросов может быть фильтром, катализатором и т.д. Датчик 64 отработавших газов может быть расположен продольно в выпускном канале 60 перед устройством 62 снижения выбросов по ходу потока. Датчик 64 отработавших газов может быть подходящим датчиком для обеспечения индикации соотношения воздух/топливо в отработавших газах, таким как линейный кислородный датчик или универсальный или широкополосный кислородный датчик отработавших газов (УКДОГ), двухпозиционный кислородный датчик или кислородный датчик отработавших газов (КДОГ), НКДОГ (нагреваемый КДОГ), датчик NOx, датчик НС или датчик СО. Датчик 64 отработавших газов может быть соединен с контроллером 12 двигателя.

В примере, показанном на фиг. 1, система 16 принудительной вентиляции картера (ПВК) соединена с впуском двигателя для обеспечения возможности контролируемого отвода картерных газов из картера. Система ПВК 16 выполнена с возможностью пропускания воздуха в картер 20 через канал 74 ПВК, соединенный со впуском двигателя (например, впускным каналом 13) для контролируемого отвода из картера картерных газов через канал 80 ПВК. Первый конец 101 канала ПВК может быть механически соединен или связан с впускным коллектором 42 перед дросселем 52 по ходу потока. В частности, канал 74 ПВК может быть соединен со впускным каналом 13. В некоторых примерах, первый конец 101 канала 74 ПВК может быть соединен со впускным каналом 13 свежего воздуха за воздушным фильтром 54 по ходу потока (как показано). В других примерах канал ПВК может быть соединен со впускным каналом 13 свежего воздуха перед воздушным фильтром 54 по ходу потока. Второй конец 102 канала 74 ПВК, противоположный первому концу 101, может быть механически соединен или связан с картером 28. Таким образом, во время работы ПВК 16 впускной воздух может проходить через канал 74 ПВК в картер. Клапан 75 может быть соединен с каналом 74 ПВК, и выполнен с возможностью регулирования количества проходящего через него воздуха. Управление клапаном 75 может осуществляться контроллером 12, или он может работать пассивно.

Другой канал 80 ПВК расположен в двигателе 10. Канал 80 ПВК содержит вход 82 и выход 84. Вход 82 проходит через кулачковую крышку 86 и частично в двигатель, в коммуникации по текучей среде с картером 28. также с каналом 80 ПВК может быть соединен маслоуловитель 81. Маслоуловитель 81 выполнен с возможностью удаления масла из картерных газов. Аналогично, выход 84 выходит во впускной коллектор 42. Таким образом, выход 84 находится в коммуникации по текучей среде со впускным коллектором 42 и цилиндрами. Клапан 78 ПВК соединен с каналом 80 ПВК. Клапан 78 ПВК выполнен с возможностью регулирования количества газов ПВК, проходящих через канал 80 ПВК. Таким образом, картерные газы могут быть поданы во впускную систему 17.

Впускной коллектор 42 содержит поддон 70 для конденсата, выполненный с возможностью приема конденсата, образующегося во впускной системе. Поддон 70 для конденсата расположен по вертикали ниже выхода 84 канала 80 ПВК. В примере, показанном на фиг. 1, поддон 70 для конденсата схематически изображен в виде прямоугольника. Однако, должно быть ясно, что поддон 70 для конденсата имеет более сложную конструктивную форму, которая более подробно показана на фиг. 2 и 3.

Картерные газы могут содержать проходящие продукты сгорания, попадающие из камеры сгорания в картер. Должно быть ясно, что проходящие газы являются газами, проходящими мимо поршня в камере сгорания. Состав газов, проходящих через канал, в том числе уровень влажности газов, может влиять на влажность в областях, расположенных за выходом канала ПВК по ходу потока во впускной системе. Таким образом, должно быть ясно, что во впускном коллекторе 42 может присутствовать конденсат, и поддон 70 для конденсата может быть выполнен с возможностью приема этого конденсата.

В некоторых вариантах осуществления канал 74 ПВК может содержать соединенный с ним датчик 61 давления. Датчик 61 давления может быть датчиком абсолютного давления или калибровочным датчиком избыточного давления. Один или несколько дополнительных датчиков давления и/или расхода могут быть установлены в ПВК в альтернативных областях. В некоторых примерах датчик 58 давления может быть установлен во впускном канале 13 за воздушным фильтром 54 по ходу потока, для оценки давления во впускном канале 13.

Газ может проходить через канал 74 ПВК в обоих направлениях, от картера 28 ко впускному каналу 13 и/или от впускного канала 13 к картеру 28. Например, при отсутствии наддува система ПВК выводит воздух из картера во впускной коллектор 42 через канал 74 ПВК, который, в некоторых примерах, может содержать клапан 78 ПВК одностороннего действия, для обеспечения непрерывного вывода газов из полости картера 28 перед соединением с впускным коллектором 42. Должно быть ясно, что, хотя в изображенном примере клапаны (75 и/или 78) ПВК показаны в виде пассивных клапанов, это не является ограничением, так как в альтернативных вариантах осуществления клапаны (75 и/или 78) ПВК могут быть клапанами с электронным управлением (например, клапанами с управлением от блока управления трансмиссией (БУТ), причем контроллер может выдавать управляющий сигнал об изменении положения клапана из открытого положения (или положения большого потока) в закрытое положение (или положение низкого потока), или наоборот, или в любое промежуточное положение.

Хотя это и не показано, но должно быть ясно, что двигатель 10 может дополнительно содержать один или несколько каналов рециркуляции отработавших газов для направления, по меньшей мере, части отработавших газов из выхода двигателя ко впуску двигателя. То есть, рециркуляция части отработавших газов может оказывать влияние на обеднение смеси двигателя, что может способствовать улучшению характеристик двигателя за счет уменьшения детонации двигателя, пиковых температуры и давления сгорания в цилиндре, дроссельных потерь и выбросов NOx. Один или несколько каналов РОГ могут содержать канал РОГ низкого давления (НД), присоединенный между впуском двигателя, перед компрессором турбонагнетателя по ходу потока, и выходом двигателя, за турбиной по ходу потока, и выполненный с возможностью обеспечения РОГ НД. Один или несколько каналов РОГ могут дополнительно содержать канал РОГ высокого давления (ВД), присоединенный между впуском двигателя, за компрессором по ходу потока, и выходом двигателя, перед турбиной по ходу потока, и выполненный с возможностью обеспечения РОГ ВД. В одном из примеров, поток РОГ ВД может быть обеспечен в таких условиях, как отсутствие наддува от турбокомпрессора, а поток РОГ НД может быть обеспечен в таких условиях, как наличие наддува турбокомпрессора и/или при температуре отработавших газов выше пороговой. Регулирование потока РОГ НД через канал РОГ НД может осуществляться клапаном РОГ НД, а регулирование потока РОГ ВД через канал РОГ ВД может осуществляться клапаном РОГ ВД (не показан).

В некоторых условиях система РОГ может быть использована для регулирования температуры топливо-воздушной смеси в камере сгорания, обеспечивая способ контроля времени воспламенения в некоторых режимах сгорания. Более того, при некоторых условиях часть отработавших газов может быть удержана или отделена в камере сгорания за счет регулирования времени срабатывания выходного клапана, такого как регулирование механизмом регулирования фаз газораспределения.

Должно быть ясно, что в данном документе поток ПВК означает поток газов через линию ПВК. Этот поток газов может содержать только поток картерных газов и/или поток смеси воздуха и картерных газов.

Контроллер 12 двигателя представлен на фиг. 1 в виде микроконтроллера, содержащего микропроцессорное устройство 108 (МПУ), порты 110 входа/выхода, электронный носитель данных для исполняемых программ и калибровочных значений, представленный в данном конкретном примере в виде микросхемы 112 постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 114 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 116 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер 12 двигателя может принимать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в том числе измерения массового расхода всасываемого воздуха (МРВ) от датчика 58 массового расхода воздуха; температуры охладителя двигателя (ТОД) от температурного датчика 46; соотношения воздух/топливо в отработавших газах от датчика 64 отработавших газов; и т.д. Кроме того, контроллер 12 двигателя может отслеживать и регулировать положение различных приводных механизмов на основе входных сигналов, полученных от различных датчиков. К этим приводным механизмам могут относиться, например, дроссель 44, системы 40, 41 впускных и выпускных клапанов, клапан 75 ПВК, и/или клапан 78 ПВК. В постоянном запоминающем устройстве 112 могут быть запрограммированы машиночитаемые данные, представляющие собой исполнимые процессором 108 команды для реализации способов, описанных ниже, а также другие возможные варианты, предполагаемые, но не указанные в данном документе конкретно.

На фиг. 2 представлено изображение впускного коллектора 200 двигателя. В частности, представлен разрез впускного коллектора 200 двигателя. То есть, впускной коллектор 200 двигателя может содержать дополнительные конструктивные элементы, расположенные в продольном направлении, которые не показаны. Должно быть ясно, что впускной коллектор 200 двигателя может быть примером впускного коллектора 42, представленного на фиг. 1, и, следовательно, может быть установлен в двигателе 10, показанном на фиг. 1. Кроме того, фиг. 2-3 показаны приблизительно в масштабе, хотя могут быть также использованы другие относительные размеры. Например, на фиг. 2-3 показан пример относительных размеров, расположения, компоновки и т.д. различных элементов, описанных и показанных в данном документе. Например, компоненты могут быть показаны удаленными друг от друга, прилегающими друг к другу, соседними друг с другом, не соседними друг с другом и т.д.

Как видно, впускной коллектор 200 двигателя содержит корпус 202. Корпус 202 содержит несколько соединительных отверстий 203, выполненных для соединения с другими компонентами двигателя. Корпус 202 определяет границы камеры 204 коллектора. Впускной коллектор 200 двигателя содержит вход 206 коллектора, показанный на фиг. 5, соединенный с расположенным перед ним по ходу потока впускным каналом, таким как впускной канал 13, показанный на фиг. 1. Таким образом, впускной коллектор 200 двигателя получает воздух из впускного канала и расположен за дросселем по ходу потока. Впускной коллектор 200 двигателя дополнительно содержит выход 208 канала ПВК, показанный на фиг. 5. Таким образом, впускной коллектор 200 двигателя может принимать картерные газы через выход 208 канала ПВК.

Возвращаясь к фиг. 2, видно, что впускной коллектор 200 двигателя содержит поддон 210 для конденсата. Должно быть ясно, что поддон 210 для конденсата является примером поддона 70 для конденсата, показанного на фиг. 1. Также на фиг. 2 видно, что поддон 210 для конденсата может быть расположен по вертикали ниже выхода 208 канала ПВК. Вертикальная ось приведена для справки. Должно быть ясно, что вертикальная ось изображена в предположении, что двигатель или транспортное средство, на котором установлен двигатель, расположены на горизонтальной поверхности. При таком расположении поддона конденсат может попадать в поддон под действием сил тяжести. Поддон 210 для конденсата расположен рядом с нижней частью 211 камеры 204 коллектора.

Поддон 210 для конденсата содержит несколько перегородок 212. Как видно, часть перегородок 212 расположена в продольном направлении, а часть перегородок 212 расположена в поперечном направлении. Поперечная ось и продольная ось приведены для справки. Кроме того, перегородки 212 проходят в вертикальном направлении. Однако предполагаются альтернативные варианты ориентации перегородок. Кроме того, по меньшей мере, часть перегородок 212 пересекается под прямым углом. Угол пересечения перегородок отмечен ссылочной позицией 213. Однако в других примерах перегородки могут пересекаться не под прямыми углами (например, под углами меньше или больше 90 градусов).

Перегородки 212 обеспечивают образование в поддоне 210 для конденсата полостей 214. Таким образом, перегородки 212 могут определять границы полостей 214. В одном из примеров, одна или несколько перегородок могут являться частью границы двух смежных полостей. Например, два или более массивов нескольких смежных полостей могут быть расположены в отдельных областях, разделенных между собой гребнем 250 (например, гребнеобразным возвышением).

Таким образом, должно быть ясно, что полости 214 могут быть выполнены в виде двух массивов (270 и 272), разделенных гребнем 250. В изображенном на фиг. 3 примере каждый из двух массивов (270 и 272) имеет длину 276, которая больше ширины 278. Длины гребней выровнены друг с другом и с рядом цилиндров, который описан более подробно в данном документе со ссылкой на фиг. 3.

Возвращаясь к фиг. 2, гребень 250 показан проходящим в продольном направлении. Однако, предполагается возможность других форм, ориентации и т.д. этого гребня. Впускной коллектор 200 двигателя дополнительно содержит колонну 252, проходящую между изогнутой поверхностью 251 в верхней части корпуса 202 и гребнем 250. В одном из примеров, колонна 252 может иметь поперечное сечение круглой или овальной формы. Колонна 252 обеспечивается опирание корпуса 202.

Также внешняя часть впускного коллектора 200 двигателя может содержать несколько ребер 254. То есть, ребра 254 проходят наружу из корпуса 202. Ребра 254 увеличивают прочность конструкции впускного коллектора 200 двигателя. Набор 256 ребер 254 проходит прямолинейно вдоль корпуса 202 в поперечном направлении. Набор 256 ребер 254 расположен поперечно относительно расположенных продольно перегородок 257. Таким образом, набор 256 ребер также расположен поперечно относительно гребнеобразного возвышения 250. Другой набор 258 ребер 254 содержит изогнутые ребра, проходящие вниз по трактам (232 и 236).

Должно быть ясно, что полости выполнены с возможностью сбора конденсата. Перегородки 212 соединены с корпусом 202. В одном из примеров, перегородки 212 и корпус 202 могут образовывать непрерывную форму и могут быть выполнены интегрально.

В представленном примере поддон 210 для конденсата содержит первую секцию 220 и вторую секцию 222. Первая секция 220 удалена в пространстве (например, удалена в поперечном направлении) от второй секции 222. Смежные полости, такие как полости 280 из набора 214 полостей в каждой из секций (220 и 222) являются прилегающими друг к другу и проходят продольно вдоль нескольких трактов (то есть, трактов 236). В частности, в одном из примеров, полости в каждой из секций (220 и 222) проходят вниз вдоль длины ряда цилиндров от первого внешнего тракта 260 ко второму внешнему тракту 262. Должно быть ясно, что внешние тракты расположены, в продольном направлении, на периферии соответствующего ряда цилиндров. В таком примере смежные в продольном направлении полости прилегают друг к другу, и разделительную линию между полостями образуют перегородки. Однако, в других примерах секции могут соседствовать. Каждая из секций (220 и 222) расположена в углублении корпуса 202.

Корпус 202 может содержать одну или несколько канавок 230. Канавки 230 проходят от одной из полостей во впускной тракт 232. Канавки 230 показаны проходящими в вертикальном и поперечном направлениях. В частности, в представленном примере канавки 230 проходят через вершину 233 гребня 234 в корпусе 202. Таким образом, канавки 230 пересекают гребень 234 камеры 204 коллектора. Как видно, канавки 230 изогнуты.

Сторона гребня 234 является границей части полостей 214. Кроме того, вершина 233 гребня 234 расположена над полостями 214. Дополнительно, в показанном примере гребень 234 проходит в продольном направлении.

Должно быть ясно, что канавки, по существу, являются выемками (например, прорезями) в корпусе и позволяют направлять конденсат в тракт с требуемой скоростью, которая уменьшает вероятность ухудшения сгорания (например, пропусков зажигания в цилиндре). Впускной коллектор 200 двигателя дополнительно содержит тракты 236 впускного коллектора, описанные более подробно в настоящем документе со ссылкой на фиг. 3.

На фиг. 3 показан другой вид впускного коллектора 200 двигателя, представленного на фиг. 2. Поддоны 210 для конденсата и камера 204 коллектора показаны на фиг. 3. Как видно, впускной коллектор 200 двигателя соединен с головкой 300 цилиндра. Посадочная поверхность 301 соединения с головкой цилиндра показана на фиг. 3 и входит в состав впускного коллектора 200 двигателя. В частности, первый ряд впускных трактов 302 соединен с рядом 304 цилиндров, содержащим один или несколько цилиндров 306. Цилиндры показаны схематично. Однако, должно быть ясно, что цилиндры более сложны, но это не показано. Второй набор впускных трактов 308 соединен со вторым рядом 310 цилиндров, содержащим один или несколько цилиндров 312. Головка 300 цилиндров может быть соединена с блоком 314 двигателя с образованием цилиндров (306 и 312). Кроме того, блок 314 двигателя может быть соединен с поддоном 316 картера, выполненным с возможностью получения смазочного материала от двигателя. Должно быть ясно, что в одном из примеров цилиндры в раздельных рядах (304 и 310) цилиндров расположены под углом, отличном от прямого, с формированием V-образной конфигурации.

Между рядами (304 и 310) цилиндров сформирована впадина 318. Видно, что часть поддона 210 для конденсата расположена во впадине 318. За счет этого увеличивается компактность двигателя.

Как показано, корпус 202 содержит изогнутые секции 330 и гребень 250. В совокупности изогнутые секции 330 и гребень 250 образуют стенку, имеющую синусоидальное поперечное сечение. Таким образом, вершина синусоидальной формы образует гребень 250. Внутренние выемки изогнутых секций 330 содержат поддон 210 для конденсата. Должно быть ясно, что гребень 250 разделяет секции (220 и 222) поддона 210. Показаны также перегородки 212 поддона 210, формирующие часть границ полостей 214.

На фиг. 4 показан способ 400 работы впускной системы. Способ 400 может быть реализован в виде впускной системы, описанной выше со ссылкой на фиг. 1-3, или может быть реализован в виде другой подходящей впускной системы.

На этапе 402 способ содержит подачу картерного газа во впускной коллектор двигателя, и на этапе 404 способ содержит подачу картерного газа во впускной коллектор двигателя от системы ПВК.

На следующем этапе 406 способ содержит сбор конденсата в поддоне для конденсата во впускном коллекторе двигателя, причем поддон для конденсата содержит несколько перегородок, формирующих множество отдельных полостей ниже выхода канала ПВК. На следующем этапе 408 способ содержит подачу конденсата в цилиндры из поддона для конденсата с уменьшенной скоростью.

Необходимо отметить, что пример последовательности управления и измерений, содержащийся в данном документе, может быть использован с различными двигателями и/или конфигурациями транспортных систем. Способы управления и последовательности, раскрытые в данном документе, могут быть записаны в виде исполняемых команд в энергонезависимой памяти и могут быть выполнены системой управления, которая содержит контроллер в сочетании с различными датчиками и другими аппаратными средствами двигателя. Конкретные последовательности, описанные в данном документе, могут представлять одну или несколько стратегий обработки, таких как событийно-ориентированная, основанная на прерываниях, многозадачная, многопоточная и им подобные. Таким образом, различные описанные действия, процессы и/или функции могут быть выполнены в представленной последовательности, параллельно, или, в некоторых случаях, могут быть опущены. Более того, упомянутый порядок обработки не обязательно является необходимым для обеспечения признаков и преимуществ описанных в настоящей заявке примеров осуществления, но представлен для упрощения иллюстрирования и описания. Одно или несколько описанных действий, процессов и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Более того, описанные действия, процессы и/или функции могут графически представлять код, который должен быть записан в энергонезависимой памяти машиночитаемого запоминающего устройства в системе управления двигателем, в которой описанные действия реализуются посредством исполнения команд в системе, содержащей различные аппаратные средства двигателя в сочетании с электронным контроллером.

Должно быть ясно, что конфигурации и последовательности, раскрытые в данном документе, являются по своей сути примерами, и эти конкретные варианты осуществления не должны быть восприняты в ограничивающем значении, поскольку возможно множество модификаций. Например, вышеупомянутая технология может быть применена к V-образному шестицилиндровому, рядному четырехцилиндровому, рядному шестицилиндровому, V-образному двенадцатицилиндровому, оппозитному четырехцилиндровому и другим типам двигателей. Объем настоящего изобретения содержит все неизвестные и неочевидные сочетания и частичные сочетания различных систем, конфигураций, и других признаков, функций и/или свойств, раскрытых в данном документе.

В последующих пунктах формулы изобретения конкретно указаны определенные сочетания и частичные сочетания, которые следует считать новыми и неочевидными. Эти пункты формулы могут ссылаться на «элементы» или «первые элементы», или их эквиваленты. Такие пункты формулы следует считать содержащими возможность наличия одного или нескольких таких элементов, но не требующими наличия и не исключающими возможность наличия двух или большего количества таких элементов. Другие сочетания или частичные сочетания раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены посредством внесения поправок в настоящие пункты формулы или через включение новых пунктов формулы в настоящую или связанную заявку. Такие пункты формулы, вне зависимости от того, шире, уже, эквивалентные или отличные от исходных пунктов формулы изобретения, также включены в объем настоящего изобретения.

Мощность автомобиля и ее зависимость от выпускного коллектора

Выхлопная система любого современного авто служит для выведения отработанных газов в катализатор, а затем в глушитель и наружу. Это важная часть общего автомобильного устройства, функционирование которой обеспечивают самые разные элементы. Одним из них является выпускной коллектор. Он подсоединяется к катализатору и предназначен для непосредственного отвода сгоревших газов. Сложно переоценить влияние данной детали. Особенно сильно оно оказывается на мощность двигателя. Любые проблемы с коллектором способны негативно повлиять на производительность и стабильность работы автомобильного мотора. Более подробно об этом поговорим в нашем новом материале. А если вам понадобились ремкомплекты для устранения неисправностей выхлопной системы, рекомендуем поискать их на страницах онлайн-каталога магазина Repairkit.

 

Выпускной коллектор как элемент выхлопной системы автомобиля

 

Отвод сгоревших газов — первоочередная задача выпускного коллектора. Он включается в работу тогда, когда в двигателе происходит микровзрыв подожженного топлива, а поршни идут вниз. Коллектор выхлопной системы аккумулирует газы из цилиндров и перенаправляет их в глушитель. Изделие изготавливается из тугоплавких металлов, поскольку имеет дело с очень высокими температурами (более 60 градусов). Выпускной коллектор выхлопной системы может похвастаться прочностью, а также длительным сроком службы, который нередко равен времени эксплуатации транспортного средства.

 

В чем заключается влияние коллектора на мощность двигателя

 

Работа выпускного коллектора оказывает влияние на стабильность функционирования системы в целом, но особенно сильно — на мощность двигателя. Это происходит из-за того, что данная деталь обеспечивает отведение газов, и если они выведены не в полном объеме, то мотор начинает замедляться, происходит падение производительности. Некорректная работа выхлопной системы оказывает негативное влияние на мощность даже самого надежного двигателя. Вот почему важно следить за состоянием выпускного коллектора. Особенно это актуально для гоночных автомобилей и других транспортных средств, владельцы которых любят быструю езду. Интенсивные нагрузки в течение длительного времени приводят к перегреву деталей. Даже тугоплавкий металл не выдержит таких условий, потребовав замену раньше назначенного срока.

Починить выпускной коллектор не всегда получится у себя в гараже, а его полная замена может оказаться очень дорогой. Специалисты рекомендуют регулярно проверять состояние всех элементов выхлопной системы, чтобы их влияние на мощность двигателя не было отрицательным.

 

Ремкомплекты выпускного коллектора в магазине Repairkit

 

Интернет-магазин Repairkit предлагает своим клиентам большой выбор выпускных коллекторов и ремкомплектов для их обслуживания. Сотрудники компании с удовольствием расскажут вам о влиянии на мощность автомобильного мотора неполадок выхлопной системы и подберут оптимальное решение проблемы. Запчасти в сборе и наборы для ремонта постоянно есть в наличии, а значит, вам не придется долго ждать поставок.

Многие узлы, а также отдельные детали оказывают влияние на мощность двигателя прямо или опосредованно. Выпускной коллектор относится к числу первых. В ходе эксплуатации он постоянно контактирует с раскаленными газами, что приводит к износу металла. Продлить срок эксплуатации транспортного средства и обеспечить стабильность работы мотора можно своевременной заменой вышедшего из строя элемента выхлопной системы. Рекомендуем заказывать новые запчасти у ответственного поставщика, которым является интернет-магазин Repairkit.

Для чего в машинах постоянного тока используется коллектор?

Коллектор в электронных машинах играет роль выпрямителя переменного тока в неизменный (в генераторах) и роль автоматического тумблера направления тока во крутящихся проводниках якоря (в движках).

Когда магнитное поле пересекается только 2-мя проводниками, образующими рамку, коллектор будет представлять собой одно кольцо, разрезанное на две части, изолированные одна от другой. В общем случае каждое полукольцо носит заглавие коллекторной пластинки.

Начало и конец рамки присоединяются каждый к собственной коллекторной пластинке. Щетки размещаются таким макаром, чтоб одна из их была всегда соединена с проводником, который будет двигаться у северного полюса, а другая — с проводником, который будет двигаться у южного полюса. На рис. 1. показан вид коллектора электронной машины.

Для рассмотрения работы коллектора обратимся к рис. 2, на котором рамка с проводниками А и В показана в разрезе. Для большей наглядности проводник А показан толстым кружком, а проводник В 2-мя тонкими кружками.

Щетки замкнуты на наружное сопротивление тогда э. д. с., индуктируемая в проводниках, будет вызывать в замкнутой цепи электронный ток. Потому при рассмотрении работы коллектора можно гласить не об индуктированной э. д. с., а об индуктированном электронном токе.

Рис. 1. Коллектор электронной машины

Рис. 2. Облегченное изображения коллектора

Рис. 3. Выпрямление переменного тока при помощи коллектора

Сообщим рамке вращательное движение в направлении по часовой стрелке. В момент, когда крутящаяся рамка займет положение, изображенное на рис. 3, А, в ее проводниках будет индуктироваться больший по величине ток, потому что проводники пересекают магнитные силовые полосы, двигаясь перпендикулярно к ним.

Индуктированный ток из проводника В, соединенного с коллекторной пластинкой 2, поступит на щетку 4 и, пройдя внешнюю цепь, через щетку 3 вернется в проводник А. При всем этом правая щетка будет положительной, а левая отрицательной.

Предстоящий поворот рамки (положение В) приведет опять к индуктированию тока в обоих проводниках; но направление тока в проводниках будет обратно тому, которое они имели в положении А. Потому что совместно с проводниками оборотятся и коллекторные пластинки, то щетка 4 опять будет отдавать электронный ток во внешнюю цепь, а по щетке 3 ток будет ворачиваться в рамку.

Отсюда следует, что, невзирая на изменение направления тока в самих крутящихся проводниках, благодаря переключению, произведенному коллектором, направление тока во наружной цепи не поменялось.

В последующий момент (положение Г), когда рамка вторично займет положение на нейтральной полосы, в проводниках и, как следует, во наружной цепи тока снова не будет.

В следующие моменты времени рассмотренный цикл движений будет повторяться в том же порядке. Таким макаром, направление индуктированного направление тока во наружной цепи благодаря коллектору всегда будет оставаться одним и этим же, а совместно с этим сохранится и полярность щеток.

Рис. 4. Коллектор мотора неизменного тока

Представление о нраве конфигурации тока во наружной цепи за один оборот рамки, снабженной коллектором, дает кривая рис. 5. Из кривой видно, что больших значений ток добивается в точках, соответственных 90° и 270°, т. е. когда проводники пересекают силовые полосы конкретно под полюсами. В точках 0° (360°) и 180° ток во наружной цепи равен нулю, потому что проводники, проходя нейтральную линию, силовых линий не пересекают.

Рис. 5. Кривая конфигурации тока во наружной цепи за один оборот рамки после выпрямления коллектором

Из кривой несложно заключить, что хотя направление тока во наружной цепи и остается постоянным, но величина его всегда изменяется в границах от нуля до предела.

Электронный ток, неизменный по направлению, но переменный по величине, носит заглавие пульсирующего тока. Для практических целей пульсирующий ток очень неудобен. Потому в генераторах стремятся сгладить пульсации и сделать ток более ровненьким.

В отличие от генераторов, в движках неизменного тока коллектор играет роль автоматического тумблера направления тока во крутящихся проводниках якоря. Если в генераторе коллектор служит для выпрямления переменного тока в неизменный, то в электродвигателе роль коллектора сводится к рассредотачиванию тока в обмотках якоря таким макаром, чтоб в течение всего времени работы электродвигателя в проводниках, находящихся на этот момент под северным полюсом, ток проходил повсевременно в каком-либо одном направлении, а в проводниках, находящихся под южным полюсом, — в обратном направлении.

Школа для электрика

Впускной коллектор, принцип работы, проблемы, стоимость замены

Обновлено: 1 августа 2021 г.

Впускной коллектор в автомобиле — это часть двигателя, которая распределяет воздушный поток между цилиндрами. Впускной коллектор. Часто впускной коллектор удерживает дроссельную заслонку (корпус дроссельной заслонки) и некоторые другие компоненты. Впускной коллектор состоит из камеры статического давления и бегунов, см. Фото. В некоторых двигателях V6 и V8 впускной коллектор может состоять из нескольких отдельных секций или частей.

Всасываемый воздух проходит через воздушный фильтр, воздухозаборник (шноркель), затем через корпус дроссельной заслонки во впускной коллектор, затем через направляющие в цилиндры (см. Схему).

Дроссельная заслонка (корпус) регулирует частоту вращения двигателя, регулируя количество воздушного потока.

Поток всасываемого воздуха. В современных автомобилях частота вращения двигателя на холостом ходу также регулируется корпусом дроссельной заслонки: на холостом ходу он открывается на очень небольшой угол. Поскольку корпус дроссельной заслонки почти закрыт, когда двигатель работает на холостом ходу, во впускном коллекторе есть разрежение.Если где-то в коллекторе есть утечка вакуума, двигатель будет работать с перебоями на холостом ходу. Многие проблемы с впускными коллекторами связаны с утечками вакуума, подробнее читайте ниже.

Мощность двигателя можно регулировать, изменяя размер впускной камеры и длину или размер отверстия направляющих. По этой причине современные автомобили имеют регулируемых впускных коллекторов , в которых специальные регулирующие клапаны изменяют поток воздуха через коллектор в зависимости от частоты вращения двигателя и требуемой мощности.

Проблемы с впускным коллектором

Общие проблемы с впускными коллекторами включают вакуум, утечки охлаждающей жидкости или масла, снижение потока из-за накопления углерода и проблемы с впускными регулирующими клапанами. В некоторых двигателях впускной коллектор может корродировать или треснуть, вызывая утечку вакуума или охлаждающей жидкости. Треснувший коллектор необходимо заменить, если он не подлежит безопасному ремонту.

Утечки охлаждающей жидкости: В некоторых автомобилях внутри впускного коллектора есть каналы для охлаждающей жидкости, которые могут протекать, часто из-за плохих прокладок или других повреждений.Например, эта проблема была довольно частой в старых двигателях GM V6. Если коллектор не поврежден и сопрягаемые поверхности в хорошем состоянии, для решения проблемы обычно достаточно замены прокладок или повторного уплотнения коллектора. Если коллектор поврежден, его необходимо заменить.

Проблемы с впускным коллектором. Утечки вакуума: Изношенные прокладки впускного коллектора (на фото) часто вызывают утечки вакуума. Это может привести к резкому холостому ходу, остановке двигателя, а также к загоранию индикатора Check Engine, хотя двигатель может нормально работать на более высоких оборотах.Например, коды неисправности OBD-II P0171 и P0174 часто вызваны утечками вакуума во впускном коллекторе. Если утечки вызваны плохими прокладками, ремонт включает снятие впускного коллектора, проверку и очистку монтажных поверхностей и замену прокладок. Посмотрите, например, эти видеоролики на YouTube о ремонте двигателя Ford V6.

Часто источником утечки вакуума может быть треснувший вакуумный шланг или трубопровод, который подсоединяется к впускному коллектору. В этом случае необходимо заменить сломанный вакуумный шланг или трубопровод.Иногда впускной коллектор может деформироваться, из-за чего прокладки не закрываются должным образом. Покоробленный впускной коллектор необходимо заменить. В некоторых автомобилях утечку вакуума можно определить по шипящему звуку из-под капота. Подробнее: Утечки вакуума: общие источники, симптомы, ремонт.

В некоторых двигателях, например, Volkswagen TDI Diesel, накопление углерода во впускном коллекторе может стать причиной недостаточной мощности, пропусков зажигания, дыма и плохой экономии топлива. Проблемы с накоплением углерода чаще встречаются в двигателях с турбонаддувом.Один из основных симптомов — отсутствие питания. Засоренный впускной коллектор, возможно, придется снять и очистить вручную. В некоторых случаях замена впускного коллектора может быть более разумным решением, чем его чистка. Внутри коллектора есть много скрытых областей, которые нельзя очистить.

Проблемы с клапанами настройки впускного коллектора

Регулировочные клапаны обычно приводятся в действие электрическими или вакуумными приводами. Часто резиновая диафрагма внутри вакуумного привода начинает протекать, и привод перестает работать.Вакуумные приводы легко проверить с помощью портативного вакуумметра.

Как проверить вакуумные приводы для настройки клапанов.

Если вакуумный привод протекает негерметично, его необходимо заменить. Посмотрите это видео о том, как проверить вакуумные приводы регулирующих клапанов впускного коллектора.

Автомобильный компьютер (PCM) включает в себя вакуумные исполнительные механизмы, включая и выключая небольшие соленоиды контроля вакуума. Эти соленоиды тоже часто выходят из строя. Соленоиды также легко проверить с помощью ручного вакуумного насоса.

Другой распространенной проблемой является заедание регулирующего клапана рабочего колеса или переключающего клапана из-за накопления нагара или когда клапан деформирован. В этом случае коллектор необходимо заменить.
Например, проблемы с впускным коллектором (регулирующим клапаном рабочего колеса) обычны для некоторых двигателей VW / Audi. Volkswagen продлил гарантию на впускной коллектор на некоторые автомобили Audi / Volkswagen 2008-2011 модельного года с двигателем 2.0 TFSI, коды двигателей CBFA и CCTA. Подробнее читайте на этом форуме.
На многих автомобилях BMW неисправный клапан DISA, установленный во впускном коллекторе, также является распространенной проблемой.Посмотрите эти видео о ремонте клапана DISA в BMW.

Замена впускного коллектора

Впускной коллектор, внутренняя сторона. Если впускной коллектор невозможно очистить или отремонтировать, его необходимо заменить. Впускной коллектор также заменяется, если один из вышедших из строя регулирующих клапанов не может быть заменен отдельно. В некоторых машинах это довольно просто, в других требуется больше труда. Например, дилер может взимать до 750 долларов за замену впускного коллектора в Chevrolet Cruze 2011-2016 годов.В более старом автомобиле GM V6 замена впускного коллектора может стоить около 480-650 долларов.

При каждой замене впускного коллектора важно очистить монтажную поверхность, заменить прокладки и затянуть болты коллектора в рекомендованном порядке согласно спецификациям. Это особенно важно для двигателя V6 / V8. Если вы хотите найти инструкции по обслуживанию, мы разместили несколько ссылок, по которым вы можете получить доступ к заводскому руководству по ремонту за абонентскую плату в этой статье.

Читать далее:
Утечки вакуума: проблемы, симптомы, ремонт
Проверка Индикатор двигателя: что проверять, общие проблемы, варианты ремонта
Код P0171 — Система слишком бедная: симптомы, причины, распространенные проблемы, диагностика
Датчик массового расхода воздуха (MAF ): как это работает, симптомы, проблемы, тестирование Коды
P0301-P0308 Обнаружен пропуск зажигания в цилиндре: симптомы, типичные проблемы, вызывающие пропуски зажигания, ремонт

Как впускной коллектор влияет на ваш двигатель?

Утечки во впускном коллекторе не очень распространены, но они случаются.Вы можете подумать, что в результате утечки во впускном коллекторе будет выходить воздух и меньше воздуха попадет в цилиндры вашего автомобиля. На самом деле происходит прямо противоположное. Поскольку давление воздуха внутри коллектора ниже, чем в атмосферном воздухе, окружающем двигатель, коллектор фактически будет всасывать дополнительный воздух через утечку. Это приведет к попаданию слишком большого количества воздуха в цилиндры и уменьшит количество бензина, которое может быть вдавлено вместе с ним, что приведет к менее эффективному сгоранию.Помните, что каждый раз, когда один из этих небольших взрывов происходит внутри одного из цилиндров вашего автомобиля, он поворачивает коленчатый вал. Так что, если для процесса сгорания слишком много воздуха и недостаточно бензина, взрывы станут слабее, и вашему двигателю придется больше работать, чтобы повернуть коленчатый вал. Так что, если вы заметили, что ваша машина реагирует все более вяло каждый раз, когда вы нажимаете на педаль акселератора, причиной может быть утечка во впускном коллекторе.

Но есть много других возможных причин медленного разгона автомобиля.Так как же узнать, вызвано ли нежелание вашего автомобиля ускоряться, когда вы говорите ему об этом, негерметичный впускной коллектор? Один из способов — просто слушать свой двигатель. Возможно, ваша машина пытается сказать вам, что у нее есть проблема, поэтому сделайте паузу и постарайтесь понять, о чем она вам говорит. Фактически, вам буквально нужно сделать паузу, потому что обычно вы можете услышать проблему только тогда, когда двигатель работает на холостом ходу. То, что вы услышите, можно описать по-разному, как шипение, свист, сосание, глотание или даже хлюпанье.Автомобиль также может казаться грубым на холостом ходу, а двигатель может даже полностью заглохнуть на малых оборотах. Или, когда вы выключаете зажигание автомобиля, он может продолжать работать некоторое время дольше, чем следовало бы. Все это может быть признаком утечки во впускном коллекторе. Некоторые специалисты даже предлагают распылить небольшое количество стартерной жидкости на уплотнения впускного коллектора при работе двигателя на холостом ходу. Если двигатель каким-либо образом отреагирует на это — например, кратковременным увеличением скорости — жидкость будет просачиваться через утечки.Все эти признаки указывают на то, что вам следует посетить местного автомеханика для окончательной проверки на утечки.

Есть второй способ протечки во впускных коллекторах. В некоторых моделях автомобилей впускной коллектор имеет двойное назначение как канал для охлаждающей жидкости. Если утечка находится в уплотнении охлаждающей жидкости, вы можете начать замечать потерю охлаждающей жидкости и отдельные лужи охлаждающей жидкости под автомобилем после того, как он простоял в одном месте в течение нескольких минут. Еще раз, это знак того, что вы должны показать свою машину кому-нибудь в вашем любимом автомагазине.

Первоначально опубликовано: 1 мая 2012 г.

Впускной и выпускной коллектор [рабочий, диаграмма]

Из этой статьи вы узнаете о , что такое впускной и выпускной коллекторы, как они работают? с его конструкцией , принципом работы и др.

Коллекторы

Коллекторы — это отдельные наборы трубок, подключенных к головке блока цилиндров, которые обеспечивают топливовоздушную смесь и выхлопные газы, они известны как коллекторы .Обычно он изготавливается из чугуна, чтобы выдерживать высокую температуру выхлопных газов.

Типы коллекторов в двигателе:

Ниже приведены два типа коллекторов, используемых в транспортных средствах:

1. Впускной коллектор
2. Выпускной коллектор

Впускной коллектор

Впускной коллектор представляет собой чугунную или алюминиевую трубку для подача топливовоздушной смеси от карбюратора к впускному отверстию двигателя. За исключением случаев, когда используются нагнетатели или регуляторы, впускной коллектор сконструирован таким образом, что, когда к нему прикреплен карбюратор, смесь может достигать каждого цилиндра.

Детали конструкции с деталями:

Карбюратор установлен на впускном коллекторе. Впускной коллектор установлен сбоку блока цилиндров в двигателях с L-образной головкой и сбоку от головки цилиндров в двигателях с I-образной головкой. Он расположен между двумя рядами цилиндров на двигателях V-8.

Хорошая конструкция впускного коллектора заключается в том, чтобы путь от карбюратора к цилиндрам был как можно более коротким, коротким и гладким, чтобы топливо не конденсировалось и не собиралось на стенках коллектора.Чтобы свести к минимуму конденсацию и способствовать испарению бензина в смеси, современный впускной коллектор нагревается.

Читайте также: Типы амортизаторов и их работа

Принцип работы

Тепло обычно поступает от выхлопных газов или охлаждающей воды, иногда горячие точки образуются в точках попадания топлива во впускной коллектор. Подаваемое тепло регулируется термостатом, так что все выхлопные газы отклоняются, чтобы нагреть впускной коллектор, когда двигатель холодный, и меньше тепла подается по мере прогрева двигателя.

Однопроходный коллектор напрямую соединяет карбюратор с цилиндром. В четырехцилиндровом двигателе четыре канала каждый из цилиндра погружаются в один, который соединяет карбюратор. Для хорошего распределения топливовоздушной смеси желательно иметь приблизительно расстояние каждого цилиндра от карбюратора.

Двойной карбюратор обычно снабжен двойными впускными коллекторами, имеющими две ветви, по одной на каждый цилиндр карбюратора. Каждый из этих рычагов питает половину цилиндров двигателя, тем самым предотвращая перекрытие ходов в коллекторе и, таким образом, улучшая равномерность распределения.

Во впускном коллекторе с четырьмя цилиндрами первичный и вторичный выпускные отверстия для одной и той же стороны карбюратора ведут к одним и тем же цилиндрам 2, 3, 5 и 8, в то время как левый выпуск ведет к цилиндрам 1, 4, 6 и 7.

Выпускной коллектор

Выпускной коллектор представляет собой трубку для отвода выхлопных газов от цилиндров двигателя. Он собирает выхлопные газы из выпускных отверстий различных цилиндров и направляет их в центральный выхлопной канал.

Конструктивные детали и детали

Выпускной коллектор обычно изготавливается из чугуна.Он крепится болтами к стороне блока цилиндров на двигателях с L-образной головкой и к стороне головки цилиндров на двигателях с I-образной головкой. На двигателях V-8 имеется два выпускных коллектора, по одному на каждый ряд цилиндров.

В некоторых двигателях V-8 каждый коллектор подсоединен к отдельной выхлопной трубе, глушителю и выхлопной трубе. На других они соединены переходной трубой, а выхлоп — через общий глушитель и выхлопную трубу. Фиг.8 показывает выпускной коллектор для восьмицилиндрового рядного двигателя легкового автомобиля.

Читайте также: Типы пружин подвески, используемые в транспортных средствах

Принцип работы

Выпускной коллектор спроектирован таким образом, чтобы избежать перекрытия ходов выхлопных газов, насколько это возможно, тем самым сводя противодавление к минимуму.Часто это делается путем разделения выпускного коллектора на две или более ветвей, чтобы два цилиндра не выпускались в одну и ту же ветвь одновременно.

В конструкции предусмотрены отводы с большим радиусом для устранения каких-либо ограничений для потока. Также может быть предусмотрена тепловая трубка для подачи тепла на встроенный автоматический дроссель карбюратора. Центральная часть выпускного коллектора часто соединяется с впускным коллектором рядного двигателя через тепловую ловушку и выпускную заслонку, за исключением случаев, когда впускной коллектор нагревается водой.

Заслонка регулируется термостатически для отвода выхлопных газов вокруг впускного коллектора. Когда двигатель холодный, все выхлопные газы проходят вокруг впускного коллектора. Когда двигатель прогрет, часть выхлопных газов идет вокруг него, а когда двигатель полностью прогрет, ни один из выхлопных газов не проходит вокруг впускного коллектора, а идет прямо в выхлопную трубу, как показано на рис.

Читайте также:

---

Вот и все, спасибо за чтение. Если у вас есть какие-либо вопросы по поводу « типов коллекторов » задавайте в комментариях, я вам отвечу.Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею с друзьями.

Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать уведомления о наших новых сообщениях.

Читать дальше:

Внешние ресурсы:

Почему в моей машине пластиковый впускной коллектор?

Впускные коллекторы на V-образных двигателях обычно устанавливаются на верхней части двигателя между обоими рядами цилиндров.

Впускной коллектор — это интегрированный узел, который находится над двигателем и состоит из ряда трубок, по которым свежий наружный воздух распределяется по каждому цилиндру.На V-образных блоках цилиндров впускной коллектор обычно находится между двумя рядами цилиндров, в то время как рядные двигатели могут иметь коллектор сбоку от головки цилиндров. Впускные коллекторы служат точкой крепления карбюраторов, узлы дроссельной заслонки, топливные форсунки, термостаты и многое другое в зависимости от технических предпочтений производителя транспортного средства.

Впускные коллекторы также могут служить для направления охлаждающей жидкости через выделенные каналы для отвода тепла от двигателя.Вследствие своего расположения и функциональности узлы впускного коллектора находятся под постоянным напряжением от вакуумного давления двигателя, а также от прямого нагрева охлаждающей жидкости, газов сгорания цилиндров и головок цилиндров, на которых они установлены.

Впускные коллекторы для рядных двигателей часто устанавливаются сбоку от блока цилиндров, как показано на этой схеме.

Вплоть до 1990-х годов большинство узлов впускных коллекторов изготавливались из чугуна, когда преобладающим фактором была более низкая стоимость, или из алюминия, когда меньший вес считался более важным по соображениям производительности.Впускные коллекторы, отлитые из пластика, начали набирать популярность в течение того десятилетия, потому что они предлагали меньший вес и стоимость. Они были установлены в качестве оригинального оборудования, когда автопроизводители придумали, как изготавливать их в форме, достаточно прочной, чтобы выдержать первоначальные испытания. В этой статье мы обсудим некоторые недостатки ранних пластиковых впускных коллекторов и обсудим, как эти проблемы были решены в качественных заменяемых блоках, которые можно купить сегодня.

Ранние пластиковые впускные коллекторы имели некоторые дефекты конструкции.

Ранние пластиковые впускные коллекторы часто выходили из строя, потому что они не могли выдерживать температуру и давление под капотом.

То, что изначально не было учтено инженерами автомобильной компании, было расширенным использованием в реальных условиях. Ранние конструкции были ориентированы на сохранение как можно более низких общих производственных затрат, поэтому оригинальные пластиковые впускные коллекторы не были перестроены. Производители автомобилей, возможно, не намеренно срезали углы, но на тот момент было мало что известно о том, насколько хорошо пластиковые впускные коллекторы действительно выдержат долгое время или что могло привести к их выходу из строя.

Некоторые из первых конструкций оказались дефектными, и оригинальные пластиковые впускные коллекторы использовались на General Motors 3 1990-х годов.8-литровый V6, 4,6-литровый V8 Ford и 4,7-литровый V8 Chrysler являются одними из наиболее распространенных примеров конструкций, склонных к преждевременному отказу. Для этих двигателей обратите внимание на Dorman. Впускной коллектор и АТФ Впускной коллектор. Мопар Впускной коллектор также доступен для широкого спектра двигателей автомобилей Chrysler, Dodge, Jeep и Plymouth, изначально оборудованных пластиковыми впускными коллекторами.

У нас есть AC Delco Впускной коллектор оригинального оборудования GM, охватывающий все марки GM с 1993 года (включая Hummer, Saab, Saturn и некоторые автомобили Suzuki).А если у вас европейский или азиатский импорт, обратите внимание на оригинальные Впускной коллектор.

Ранние пластиковые коллекторы часто отливались слишком тонкими без достаточного усиления вокруг внешних фитингов.

Разные материалы, такие как пластик, алюминий и железо, имеют разную степень расширения и сжатия при изменении температуры, поэтому прокладки, обеспечивающие уплотнение между впускным коллектором и металлической головкой блока цилиндров, должны быть гибкими и достаточно прочными, чтобы выдерживать серьезные растягивания и скручивания. силы.Первых не было, и утечки привели к короблению под воздействием сильного тепла, что в конечном итоге привело к трещинам.

Старая и изношенная охлаждающая жидкость может вызывать коррозию пластика, а стенки трубок, по которым идет антифриз внутри коллектора, могут постепенно разъедаться. В ранних конструкциях это не учитывалось, и в конечном итоге охлаждающая жидкость просачивалась прямо в цилиндры, когда стенки труб выходили из строя. В то время как небольшое количество охлаждающей жидкости вызывает грубую работу, слишком большое количество охлаждающей жидкости может привести к полному заклиниванию двигателя, потому что вода не может сжиматься.

Как и любой продукт на масляной основе, пластик со временем может высыхать и становиться хрупким, особенно при воздействии сильной жары. Без надлежащего усиления фитинги на внешней стороне коллекторов ранних версий для клапанов рециркуляции выхлопных газов (EGR), шлангов обогревателя, термостатов, датчиков температуры и других элементов были склонны к полному растрескиванию. Один производитель даже установил опоры генератора прямо на свои пластиковые коллекторы, и этот дополнительный вес в конечном итоге привел к крупномасштабным трещинам и поломкам.

Сегодняшние впускные коллекторы имеют улучшенные пластиковые композиты и конструкцию

Слева направо показаны оригинальный заводской пластиковый впускной коллектор Ford объемом 4,6 литра и улучшенная версия послепродажного обслуживания с алюминиевым усилением, улучшенными уплотнениями и более прочной конструкцией с улучшенными пластиковыми композитами .

Все больше и больше автопроизводителей переходят на пластиковые впускные коллекторы. После десятилетий испытаний и изучения общих точек отказа были усовершенствованы оптимальные смеси пластика с 35% стекловолокна или связанных стеклянных элементов для повышения как прочности, так и эластичности.Сегодняшние пластиковые впускные коллекторы — это больше, чем просто пластик.

Повышенная прочность инженерных смесей противостоит трещинам под давлением там, где это наиболее необходимо, а большая эластичность дает возможность растягиваться и возвращаться назад, предотвращая постоянное коробление, которое вызывает утечки. Количество отказов качественных пластиковых впускных коллекторов, изготовленных в последние годы, значительно снизилось, а высокая надежность при длительном использовании делает их разумной покупкой.

На этом виде сверху оригинального заводского Ford 4.6-литровый пластиковый впускной коллектор (слева) и улучшенная замена (справа), легко увидеть, как улучшенный вариант отличается продольным усилением конструкции, алюминиевой структурной опорой в критических областях, улучшенными силиконовыми уплотнениями и усилением вокруг мест установки. Обратите внимание на как можно больше этих функций при покупке запасного пластикового впускного коллектора.

Более толстая конструкция в критических областях предотвращает эрозию от грязной охлаждающей жидкости, а добавление алюминиевых усилителей обеспечивает повышенную несущую способность внешней арматуры и компонентов.Пластиковые компаунды лучше рассеивают тепло, чем металл, поэтому воздух, проходящий через впускные трубы, остается более холодным, что способствует сгоранию.

Звукоизоляционные акустические качества новых компаундов были улучшены, благодаря чему они не уступают своим металлическим аналогам в устранении хриплых и нежелательных шумов двигателя. Прокладки на основе силикона обеспечивают лучший изгиб между разнородными материалами и помогают устранить коррозию и вибрацию.

Если вы подумываете о покупке пластикового впускного коллектора, лучше всего подобрать такой с этими улучшениями, чтобы убедиться, что вы выбрали лучшую часть.Если при выборе у вас возникнут вопросы или вам понадобится помощь, звоните нам семь дней в неделю — мы будем рады помочь!

Пункты, обсуждаемые в статье

30 июля 2014 г.

признаков того, что вам необходимо заменить выпускной коллектор

Звонок вашего механика, который говорит, что вам нужен выпускной коллектор, может просто утомить вас (мы не смогли устоять!). Это большая и дорогая деталь, и ее исправить недешево. Кроме того, вы даже не знаете , что это такое ! Хорошие новости: мы можем помочь с этим последним.
Вот краткое изложение того, что такое выпускной коллектор, что происходит, когда он выходит из строя, и почему вам следует беспокоиться.

Что такое выпускной коллектор?

Как бы то ни было, «коллектор» — это «множество складок» или множество вещей, объединенных в одну, подобно трубопроводу, который может скрывать все ваши телевизионные кабели.
Коллектор двигателя направляет выхлопные газы из каждого цилиндра двигателя в одну трубу, чтобы начать выхлопную систему. Видите каждую из четырех трубок выше? Это означает, что у этого двигателя четыре цилиндра, и каждая из этих труб будет объединена в один.Вся эта деталь — выпускной коллектор, который позволяет двигателю дышать.
Выпускной коллектор подвергается экстремальным воздействиям — он нагревается и охлаждается, что вызывает постоянное расширение и сжатие. Коллекторы могут со временем треснуть из-за напряжения, вызванного постоянными резкими перепадами температуры.

Признаки треснувшего коллектора

Помимо визуального подтверждения трещины в коллекторе (на которую ваш механик должен указать, если вы ее еще не нашли), трещина в коллекторе может издавать необычные шумы, исходящие из моторного отсека.Это также может привести к появлению странных запахов вокруг моторного отсека, и вы можете почувствовать потерю давления при ускорении и производительности.

Замена выпускного коллектора

Неисправный коллектор необходимо снять, осмотреть и заменить новым коллектором. Это большая и сложная деталь, поэтому она может быть дорогостоящей. Так же может работать, так как выпускной коллектор подключен к двигателю, что может затруднить доступ к нему. К сожалению, выпускной коллектор является абсолютно важным компонентом вашего автомобиля, и если вы проигнорируете свой треснувший коллектор, проблема станет только хуже и дороже.
Если вам нужно что-то столь же сложное, как замена выпускного коллектора, или что-то вроде «под ключ», как замена масла, закажите ремонт и техобслуживание в Openbay, названном Men’s Journal в десятке лучших приложений для вашего автомобиля.

29 сентября 2015 г. openbay

Выпускные коллекторы — обзор

11.4 Выпускной коллектор

Выпускной коллектор собирает выхлопные газы и выводит их через выхлопную трубу.На рис. 11.8 показаны требуемые свойства. В настоящее время выпускной коллектор должен выдерживать непрерывные рабочие температуры до 900 ° C. Однако экологические и экономические требования приведут к более высоким температурам выхлопных газов, поэтому тепловая надежность выхлопного коллектора должна быть дополнительно улучшена. Традиционно условия полной нагрузки воздух / топливо работают в диапазоне лямбда = 0,9 для максимальной выходной мощности двигателя и для поддержания его долговечности. В этих условиях избыток топлива охлаждает двигатель, поддерживая температуру выхлопных газов ниже 1000 ° C.Переход к условиям эксплуатации, при которых лямбда = 1 устраняет этот эффект охлаждения топлива, а температура выхлопных газов поднимается до 1050 ° C.

11,8. Функции выпускного коллектора.

Местоположение и время зажигания катализатора являются важными факторами, учитывая все более строгие правила по выбросам при запуске. Чтобы активировать катализатор во время запуска, температура выхлопных газов должна поддерживаться высокой до тех пор, пока они не достигнут каталитического нейтрализатора, а выхлопной коллектор должен обладать теплоизоляционными свойствами.Распределение температуры в коллекторе осложняется рециркуляцией выхлопных газов и установкой датчиков, что приводит к большим холодным рабочим зонам, а также впрыскиванию воздуха, необходимому для сжигания углеводородов в каталитическом нейтрализаторе.

Материалы выпускного коллектора должны иметь хорошую усталостную прочность при повторяющихся термических нагрузках и быть устойчивыми к коррозии. Термическое напряжение вызывает пластическую деформацию, и растрескивание происходит при низких и промежуточных температурах, поэтому предел текучести и пластичность должны быть повышены, чтобы ограничить усталостное разрушение.Окислительная коррозия уменьшает толщину стенок коллектора, а остатки оксидов, которые разделяют, повреждают рабочее колесо турбины и катализатор. Неоднородная коррозия также вызывает усталостные трещины. Коррозионная стойкость особенно важна в коллекторах дизельных двигателей из-за непрерывного потока сильно окисляющего газа, образующегося при обедненном сгорании. В поршневом двигателе вибрационная нагрузка неизбежна. Тяжелый турбокомпрессор и дополнительные выхлопные устройства, прикрепленные к коллектору, увеличивают нагрузку, поэтому также необходима высокая усталостная прочность при вибрационной нагрузке.

Коллектор сложной формы можно легко изготовить из чугуна (рис. 11.9). На рисунке 11.10 показан тонкостенный коллектор. Ферритный чугун с шаровидным графитом с высоким содержанием кремния используется для рабочих температур до 800 ° C. Добавленный Мо повышает термостойкость и прочность. Повышение V в чугуне (Fe-3,3% C-4,2Si-0,5 V-0,5Mo-3Mn) ¹¹ — еще один метод повышения прочности при промежуточных температурах. Этот чугун имеет более высокую теплопроводность и более низкий коэффициент теплового расширения, чем чугун Niresist.Для более высоких рабочих температур, до 1000 ° C, используется чугун с шаровидным графитом Niresist.

11.9. Выпускной коллектор из чугуна.

11.10. Выпускной коллектор с тонкими стенками из чугуна. Правая половина показывает вид в разрезе.

Эти отливки широко используются и недороги. Тем не менее, две другие коллекторные технологии были разработаны для решения проблем, связанных с требованиями к массе и выбросам. Один — это сборный коллектор из нержавеющей стали. ^{12 , 13} Этот коллектор изготовлен из штампованных кожухов со сварными или гнутыми направляющими труб.Последние, сформированные методом гидроформинга, показаны на рис. 11.11. Часто используется конструкция с двойными стенками с воздушным зазором. ¹⁴ Защищает от потери тепла, снижает шум и легкий. Аустенитная сталь имеет более высокую прочность, чем ферритная сталь, но, несмотря на ее более низкую прочность, ферритная сталь более распространена, как правило, JIS-SUh509L и SUS430J1L, поскольку ее низкий коэффициент теплового расширения предотвращает отслаивание окалины во время повторяющихся термических циклов. Тип 429Nb и SUS444 используются для более высоких температур. ¹⁵ В коллекторе с двойными стенками обычно используется аустенитная сталь для внутренней трубы и ферритная сталь для внешней трубы.

11.11. Изготовленный выпускной коллектор с моноблочным катализатором, изготовленный методом штамповки из листового металла. Внешняя оболочка удалена, чтобы показать структуру с двойными стенками.

Альтернативой сборному коллектору из нержавеющей стали является коллектор из литой стали. Используются как ферритные, так и аустенитные сплавы, перечисленные в таблице 11.1.

Для уменьшения веса были разработаны технологии литья тонкостенных конструкций, такие как литье под давлением и литье под низким давлением. ^{9 , 16 , 17} В настоящее время чугун и литая сталь являются предпочтительными материалами для 20% выпускных коллекторов, а остальные — стальные.

Признаки неисправности или неисправности прокладок впускного коллектора

Прокладки впускного коллектора — одни из самых важных прокладок двигателя. Прокладки — это уплотнения, помещаемые между компонентами двигателя перед сборкой, чтобы обеспечить надежное уплотнение.Они могут быть сделаны из бумаги, резины, металла, а иногда и из комбинации трех.

Прокладки впускного коллектора обеспечивают уплотнение впускного коллектора относительно головки (ей) цилиндров. Помимо герметизации вакуума двигателя, некоторые конструкции также герметизируют охлаждающую жидкость двигателя. Проблемы с прокладками впускного коллектора могут вызвать проблемы с управляемостью и даже перегрев двигателя. Обычно неисправная прокладка впускного коллектора вызывает несколько симптомов, которые могут предупредить водителя о потенциальной проблеме.

1. Пропуски зажигания в двигателе и снижение мощности, ускорения и экономии топлива

Одним из наиболее распространенных симптомов проблемы с прокладками впускного коллектора являются проблемы с производительностью двигателя. По мере того, как автомобиль набирает километраж, прокладки впускного коллектора могут изнашиваться и, в конечном итоге, протекать. Это может вызвать серьезные проблемы с производительностью, поскольку прокладки впускного коллектора герметизируют вакуум и давление в двигателе. Утечка вакуума, вызванная плохой прокладкой впускного коллектора, может нарушить воздушно-топливное соотношение двигателя и вызвать проблемы с производительностью двигателя, такие как пропуски зажигания, снижение мощности и ускорения, снижение эффективности использования топлива и даже остановка двигателя.

2. Утечки охлаждающей жидкости

Еще одним признаком неисправной прокладки впускного коллектора является утечка охлаждающей жидкости. Некоторые прокладки впускного коллектора также герметизируют охлаждающую жидкость двигателя, и если прокладка изнашивается, это может привести к утечке охлаждающей жидкости. Это может привести к появлению отчетливого запаха охлаждающей жидкости, пара, а также появления капель или луж охлаждающей жидкости под автомобилем. Утечки охлаждающей жидкости следует устранять как можно скорее, чтобы они не стали серьезной проблемой.

3. Перегрев двигателя

Перегрев двигателя — еще один симптом возможной проблемы с прокладками впускного коллектора.Утечка охлаждающей жидкости в конечном итоге приведет к перегреву двигателя, когда уровень охлаждающей жидкости станет слишком низким, однако бывают случаи, когда перегрев может произойти без каких-либо видимых утечек. Если через прокладки впускного коллектора происходит утечка охлаждающей жидкости во впускной коллектор, двигатель может перегреться без видимых внешних утечек. Любые утечки охлаждающей жидкости следует устранять как можно скорее, чтобы предотвратить возможность серьезного повреждения двигателя из-за плохой прокладки впускного коллектора.

Хотя неисправная прокладка впускного коллектора вызывает симптомы, которые быстро предупреждают водителя о проблеме, могут быть случаи, когда утечку трудно обнаружить.Если вы подозреваете, что проблема с прокладкой впускного коллектора или прокладками, обратитесь к профессиональному технику YourMechanic на осмотр автомобиля, чтобы определить необходимость замены прокладки.