Dispositiu del col·lector d’escapament del cotxe

L'eficiència de qualsevol motor de combustió interna depèn no només del tipus de sistema de combustible i de l'estructura dels cilindres amb pistons. El sistema d’escapament del cotxe té un paper important. Es descriu detalladament sobre ella en una altra ressenya... Considerem ara un dels seus elements: el col·lector d’escapament.

Què és un col·lector d’escapament

El col·lector del motor és una sèrie de canonades que es connecten a una canonada per un costat i, per l’altra, es fixen en una barra comuna (brida) i es fixen a la culata. Pel costat de la culata, el nombre de canonades és idèntic al nombre de cilindres del motor. Al costat oposat, un petit silenciador (ressonador) o catalitzadorsi és al cotxe.

El dispositiu col·lector s’assembla col·lector d'admissió... En moltes modificacions del motor, s’instal·la una turbina al sistema d’escapament, el rodet del qual és impulsat pel flux de gasos d’escapament. Giren l'eix, a l'altre costat del qual també està instal·lat el rodet. Aquest dispositiu injecta aire fresc al col·lector d'admissió del motor per augmentar la seva potència.

Normalment aquesta part està feta de ferro colat. La raó és que aquest element es troba constantment a temperatures extremadament altes. Els gasos d’escapament escalfen el col·lector d’escapament a 900 graus o més. A més, quan s’engega un motor fred, es forma condensació a la paret interior de tot el sistema d’escapament. Un procés similar es produeix quan el motor està apagat (sobretot si el clima és humit i fred).

Com més a prop del motor, més ràpidament s’evapora l’aigua mentre el motor funciona, però el contacte constant del metall amb l’aire accelera la reacció oxidativa. Per aquest motiu, si s’utilitza un anàleg de ferro al cotxe, s’oxidarà i es cremarà ràpidament. No és possible pintar aquesta peça de recanvi, ja que quan s’escalfa a 1000 graus, la capa de pintura es cremarà ràpidament.

En els cotxes moderns, s’instal·la un sensor d’oxigen (sonda lambda) al col·lector d’escapament (normalment prop del catalitzador). Es descriuen detalls sobre aquest sensor en un altre article... En resum, ajuda a la unitat de control electrònic a controlar la composició de la mescla aire-combustible.

Normalment, aquesta part del sistema d’escapament dura el mateix temps que tot el vehicle. Com que això és només una canonada, no hi ha res a trencar. L’únic que falla és el sensor d’oxigen, la turbina i altres parts relacionades amb el funcionament de l’escapament. Si parlem de l’aranya mateixa, amb el pas del temps, a causa de les peculiaritats de les condicions de funcionament, es pot esgotar. Però això poques vegades passa. Per aquest motiu, els automobilistes poques vegades s’han d’ocupar de la reparació o substitució del col·lector d’escapament.

El principi del col·lector d’escapament

El funcionament del col·lector d’escapament d’un cotxe és molt senzill. Quan el conductor arrenca el motor (independentment de si ho és gasolina o gasoil unitats), la combustió de la mescla aire-combustible es produeix als cilindres. Sobre el cicle de llançament mecanisme de distribució de gas obre la vàlvula d’escapament (pot haver-hi una o dues vàlvules per cilindre i, en algunes modificacions de l’ICE, n’hi ha fins i tot tres per millorar la ventilació de la cavitat).

Quan el pistó puja al punt mort superior, empeny tots els productes de combustió pel port d’escapament resultant. A continuació, el flux entra a la canonada frontal. Per evitar que l’escapament calent entri a la cavitat per sobre de les vàlvules adjacents, s’instal·la una canonada separada per a cada cilindre.

Depenent del disseny, aquesta canonada es connecta a certa distància amb la veïna, i després es combinen en un camí comú davant del catalitzador. Mitjançant un convertidor catalític (en ell es neutralitzen substàncies nocives per al medi ambient), l’escapament passa pels petits i principals silenciadors fins al tub d’escapament.

Atès que aquest element pot canviar les característiques de potència del motor fins a cert punt, els fabricants desenvolupen diferents tipus d’aranyes per a motors.

Quan s’eliminen els gasos d’escapament, es genera una pulsació al tracte d’escapament. Durant la fabricació d’aquesta peça, els fabricants intenten dissenyar-la de manera que aquestes oscil·lacions siguin el més sincròniques possibles amb el procés d’ones que es produeix al col·lector d’admissió (en alguns cotxes, en un determinat mode de funcionament de la unitat, i les vàlvules d’escapament s’obren poc temps per a una millor ventilació). Quan una porció de gasos d’escapament s’empeny bruscament al tracte, crea una ona que es reflecteix en el catalitzador i crea un buit.

Aquest efecte arriba a la vàlvula d’escapament gairebé al mateix temps que el pistó corresponent torna a realitzar la carrera d’escapament. Aquest procés facilita l’eliminació dels gasos d’escapament, cosa que significa que el motor ha de gastar menys parell per superar la resistència. Aquest disseny del recorregut permet facilitar al màxim l’eliminació dels productes de combustió de combustible. Com més revolucions tingui el motor, més eficaç tindrà lloc aquest procés.

No obstant això, en el cas dels sistemes d’escapament clàssics, hi ha pocs problemes. El fet és que quan els gasos d’escapament creen una ona, a causa de les canonades curtes, es reflecteix als camins adjacents (es troben en un estat de calma). Per aquest motiu, quan s’obre la vàlvula d’escapament d’un altre cilindre, aquesta ona crea un obstacle per a la sortida d’escapament. A causa d’això, el motor utilitza part del parell per superar aquesta resistència i la potència del motor disminueix.

Per a què serveix el col·lector d’escapament?

Per tant, com podeu veure, el col·lector d’escapament del cotxe participa directament en l’eliminació dels gasos d’escapament. El disseny d’aquest element depèn del tipus de motor i de la metodologia del fabricant, que implementa en la fabricació del col·lector.

Independentment de la modificació, aquesta part constarà de:

• Tubs de recepció. Cadascun d'ells està dissenyat per fixar-se sobre un cilindre específic. Sovint, per facilitar la instal·lació, tots es fixen a una banda o brida comuna. Les dimensions d’aquest mòdul han de coincidir exactament amb les dimensions dels forats i ranures corresponents de la culata perquè els fuites d’escapament no passin per aquesta discrepància.
• Tub d'escapament. Aquest és el final del col·leccionista. A la majoria de vehicles, totes les canonades convergeixen en una, que després es connecta a un ressonador o catalitzador. No obstant això, hi ha modificacions dels sistemes d’escapament en què hi ha dos tubs de sortida separats amb silenciadors individuals. En aquest cas, un parell de canonades es connecten a un mòdul que pertany a una línia separada.
• Junta de segellat. Aquesta peça s’instal·la entre la carcassa de la culata i el carril de l’aranya (així com a la brida entre el baixador i l’aranya). Atès que aquest element està constantment exposat a altes temperatures i vibracions, ha de ser de materials resistents. Aquesta junta impedeix la filtració de gasos d’escapament al compartiment del motor. Com que aquesta part prové d’aire fresc per a l’interior del cotxe, és important per a la seguretat del conductor i dels passatgers que aquest element sigui d’alta qualitat. Per descomptat, si la junta es trenca, de seguida l’escoltarà: apareixeran forts estalvis a causa de l’alta pressió a l’interior del tracte.

Tipus i tipus de col·lectors d’escapament

Aquests són els principals tipus de col·lectors d’escapament:

1. Tot. En aquest cas, la peça serà massissa i els canals es realitzaran a l'interior, convergint en una cambra. Aquestes modificacions són de ferro colat a alta temperatura. En termes de resistència a greus canvis de temperatura (sobretot a l’hivern, quan una caixa freda s’escalfa des de -10 o menys, segons la regió, fins a +1000 graus centígrads en qüestió de segons), aquest metall no té anàlegs. Aquest disseny és fàcil de fabricar, però no condueix els gasos d’escapament d’una manera tan eficient. Això afecta negativament la purga de les cambres dels cilindres, a causa de la qual cosa s’utilitza part del parell per superar la resistència (els gasos s’eliminen a través d’un petit forat, per tant, el buit del tub d’escapament és de gran importància).
2. Tubular. Aquesta modificació s’utilitza en cotxes moderns. Normalment es fabriquen amb acer inoxidable i, menys sovint, amb ceràmica. Aquesta modificació té els seus avantatges. Permeten millorar les característiques del bufat del cilindre a causa del buit generat en el recorregut a causa dels processos d'ona. Com que en aquest cas el pistó no ha de superar la resistència a la carrera d’escapament, el cigonyal gira més ràpidament. En alguns motors, a causa d’aquesta millora, és possible augmentar la potència de la unitat un 10%. En els cotxes convencionals, aquest augment de potència no sempre es nota, de manera que aquesta sintonització s’utilitza en cotxes esportius.

El diàmetre de les canonades té un paper important en el col·lector d’escapament. Si s’instal·la una aranya amb un diàmetre petit a la màquina, l’assoliment del parell nominal es desplaça cap a revolucions baixes i mitjanes. D’altra banda, la instal·lació d’un col·lector amb canonades d’un diàmetre més gran permet eliminar la potència màxima del motor de combustió interna a velocitats elevades, però a baixes velocitats, la potència de la unitat disminueix.

A més del diàmetre de les canonades, la seva longitud i l’ordre de connexió amb els cilindres són de gran importància. Per tant, entre els elements per ajustar el sistema d’escapament, es poden trobar models en què es trenquen les canonades, com si estiguessin connectades a cegues. Cada motor requereix les seves pròpies modificacions del col·lector.

Sovint s’utilitza una aranya 4-4 per afinar un motor estàndard de 1 cilindres. En aquest cas, quatre broquets es connecten immediatament a una canonada, només a la distància màxima possible. Aquesta modificació s’anomena curta. Un augment de la potència del motor només s’observa si és forçat, i després a velocitats superiors a 6000 per minut.

També hi ha les opcions per posar a punt els cotxes esportius les anomenades aranyes llargues. Solen tenir la fórmula composta 4-2-1. En aquest cas, les quatre canonades es connecten primer per parelles. Aquests parells de canonades es connecten en una a la distància més llunyana del motor. Normalment, les canonades es prenen en un parell, connectades a cilindres, que tenen la sortida paral·lela màxima (per exemple, el primer i el quart, així com el segon i el tercer). Aquesta modificació proporciona un augment de potència en un rang de rpm molt més ampli, però aquesta xifra no és tan notable. En els models de cotxes domèstics, aquest augment només s’observa entre el 5 i el 7 per cent.

Si s’instal·la un sistema d’escapament de flux directe al cotxe, es poden utilitzar tubs intermedis amb una secció transversal augmentada per facilitar la ventilació dels cilindres i amortir el so. Sovint, en la modificació de les aranyes llargues, es pot utilitzar un petit silenciador de baixa resistència. Alguns models de col·lectors en determinades zones tallen manxes (ondulacions metàl·liques) a les canonades. Esmorteixen les ones de ressonància que impedeixen el lliure flux d’escapament. D’altra banda, les ondulacions són de curta durada.

A més, entre les aranyes llargues, hi ha modificacions amb el tipus de connexió 4-2-2. El principi és el mateix que a la versió anterior. Abans de decidir aquesta modernització del sistema d’escapament, cal tenir en compte que l’increment de potència només a causa de l’eliminació del catalitzador (de manera que les canonades siguin més llargues) dóna un màxim del 5%. La instal·lació d’una aranya afegirà aproximadament un dos per cent més al rendiment del motor.

Per tal d’actualitzar la unitat de potència perquè sigui més tangible, a més d’aquestes obres, encara s’han de dur a terme diversos procediments, inclosa la sintonització de xips (per obtenir més informació sobre què és, llegiu per separat).

Què afecta l'estat del col·lector

Tot i que el col·lector d’escapament sol tenir la mateixa vida útil que el vehicle sencer, també pot fallar. A continuació es detallen les avaries típiques associades al col·lector d’escapament:

• La canonada està cremada;
• S'ha format corrosió (s'aplica a les modificacions de l'acer);
• A causa de defectes de fabricació i temperatura excessivament elevats, es pot formar escòria a la superfície del producte;
• S'ha format una esquerda al metall (quan el motor ha estat funcionant a gran velocitat durant molt de temps i l'aigua freda entra a la superfície del col·lector, per exemple, quan entra a un bassal a gran velocitat);
• El metall s’ha debilitat a causa de canvis freqüents en la temperatura de les parets de la peça (quan s’escalfa, el metall s’expandeix i, quan es refreda, es contrau);
• Es forma condensació a les parets de les canonades (sobretot si el cotxe poques vegades surt, per exemple, a l’hivern), a causa de la qual s’accelera el procés d’oxidació dels metalls;
• Han aparegut dipòsits de sutge a la superfície interna;
• La junta del col·lector està cremada.

Aquests errors es poden indicar pels següents factors:

• El senyal del motor al quadre de comandament es va activar;
• Una forta olor de gasos d’escapament va aparèixer a la cabina o sota el capó;
• El motor és inestable (rpm flota);
• Quan s’engega el motor, se senten sons estranys (la seva força depèn del tipus de danys, per exemple, si es crema la canonada, serà molt fort);
• Si la màquina té una turbina (l’impulsor gira a causa de la pressió dels gasos d’escapament), la seva potència disminueix, cosa que afecta la dinàmica de la unitat.

Algunes avaries del col·lector s’associen a factors que l’automobilista no pot influir, però el motorista pot fer algunes coses per evitar danys a la peça.

A velocitats massa altes, els productes de combustió no poden escalfar-se fins a 600 graus, com en el mode normal, sinó el doble de forts. Si en mode normal, les canonades d’admissió s’escalfen fins a uns 300 graus aproximadament, al mode màxim aquest indicador també es duplica. A partir d’una calor tan forta, el col·lector pot fins i tot canviar el seu color a carmesí.

Per evitar el sobreescalfament de la peça, el conductor no ha de portar la unitat a la velocitat màxima sovint. A més, el règim de temperatura es veu afectat per la configuració del sistema d’encesa (una UOZ incorrecta pot provocar l’alliberament d’un VTS després de la crema al tracte d’escapament, cosa que també provocarà l’esgotament de les vàlvules).

L’esgotament excessiu o l’enriquiment de la barreja és un altre dels motius pels quals les canonades d’entrada s’escalfaran. El diagnòstic periòdic de fallades en aquests sistemes mantindrà el col·lector en bones condicions el major temps possible.

Reparació del col·lector d’escapament

Normalment, el col·lector d’escapament no es repara, sinó que se substitueix per un de nou. Si es tracta d'una modificació de sintonització i està cremada, alguns corregiran la zona danyada. No obstant això, a causa del fet que el metall és sotmès a processos a alta temperatura durant la soldadura, la costura es pot oxidar o cremar ràpidament. A més, el cost d’aquest treball és molt superior a la instal·lació d’una peça nova.

Si heu de substituir una peça, aquest treball s’ha de fer en la seqüència correcta.

Substitució del col·lector d’escapament

Per substituir el col·lector per les vostres pròpies mans, necessiteu:

1. Desconnecteu la xarxa de bord desconnectant la bateria (es descriu com fer-ho amb seguretat aquí);
2. Escorreu l’anticongelant;
3. Desmunteu l'escut tèrmic (una carcassa instal·lada en molts vehicles moderns), el receptor del sistema d'injecció (els motors del carburador no tenen aquest element) i el filtre d'aire;
4. Descargoleu els tancaments de la brida del col·lector del tub d’admissió;
5. Desbloquejar el col·lector de la culata. Aquest procediment variarà en funció de la modificació de la unitat de potència. Per exemple, en vàlvules de 8 vàlvules, primer s’elimina el col·lector d’admissió i després l’escapament;
6. Traieu la junta i netegeu la superfície de la culata de les seves restes;
7. Si en el procés de desmuntatge dels passadors o fils dels forats de muntatge es fan malbé, és important restaurar aquests elements;
8. Instal·leu una junta nova;
9. Connecteu un nou col·lector a la culata (si un motor de combustió interna de 4 cilindres té 8 vàlvules, el muntatge es fa en l’ordre invers de desmuntatge, és a dir, primer el col·lector d’escapament i després el col·lector d’admissió);
10. Apretar, però no apretar completament els cargols i les femelles de fixació de les connexions amb la culata;
11. Connecteu el col·lector amb la canonada frontal o el catalitzador, abans d’haver instal·lat la junta necessària;
12. Estrenyiu la fixació de la culata (es fa amb una clau dinamomètrica i el parell de tensió s’indica a la literatura tècnica del cotxe);
13. Estrenyiu els fixadors de la brida del tub avall;
14. Aboqueu anticongelant nou o filtrat;
15. Connecteu la bateria.

Com podeu veure, el procediment per substituir una aranya en si és senzill, però quan feu el treball, heu de tenir precaució per no esquinçar el fil de la culata (el pern en si és fàcil de substituir i tallar un el fil nou a la culata és molt més difícil). Per aquest motiu, si no hi ha experiència en treballar amb una clau dinamomètrica o no hi ha cap eina d’aquest tipus, s’ha de confiar el treball a un especialista.

En conclusió, es recomana examinar un petit exemple de com substituir el col·lector d’escapament per un Renault Logan:

SUBSTITUCIÓ (EXTRACTA-INSTAL·LACIÓ) DEL COL·LECTOR D'ESCAPAMENT DEL MOTOR RENAULT 1,4 i 1,6 8-VALVULA K7J K7M

Preguntes i respostes:

Com funciona el col·lector d'admissió? L'aire és aspirat per un buit que es genera a cada cilindre. El flux passa primer pel filtre d'aire i després per les canonades fins a cada cilindre.

Com afecta el col·lector d'escapament al rendiment del motor? Hi ha una ressonància. La vàlvula es tanca bruscament i alguns dels gasos queden retinguts al col·lector. Quan es torna a obrir la vàlvula, els gasos restants poden evitar que s'elimini el següent flux.

Com distingir entre un col·lector d'admissió i un col·lector d'escapament? El col·lector d'admissió es connecta a la canonada des del filtre d'aire. El col·lector d'escapament està connectat al sistema d'escapament del vehicle.