Особенности работы впускного коллектора с изменяемой геометрией

Принцип действия коллекторов с изменяемой геометрией

Преобразование впускного коллектора на практике может быть реализовано двумя методами: изменением площади сечения и изменением его длины. Эти методы могут применяться по отдельности или в комплексе.

Рекомендуем: Заправочные и смазочные работы

Особенности впускного коллектора с изменяемой длиной

Впускной коллектор переменной длины

Технология изменения длины впускного коллектора применяется для автомобилей с двигателями, работающими как на бензине, так и на дизеле, за исключением систем с наддувом. Принцип работы такой конструкции состоит в следующем:

• При низкой нагрузке на двигатель воздух проходит по длинному пути.
• При высоких оборотах двигателя — по короткому.
• Изменение режима работы осуществляется ЭБУ двигателя посредством привода, который переключает клапан между двумя ветками коллектора.

Работа впускного коллектора с переменной длиной основана на получении эффекта резонансного наддува. Он обеспечивает интенсивное нагнетание воздуха в камеру сгорания. Происходит это следующим образом:

• После закрытия всех впускных клапанов в коллекторе остается некоторое количество воздуха.
• В трубопроводе коллектора возникают колебания остатков воздуха, пропорциональные длине впускного коллектора и частоте оборотов двигателя.
• Когда эти колебания достигают резонанса, возникает высокое давление.
• При открытии впускного клапана осуществляется нагнетание.

Для двигателей, имеющих наддув, этот вид впускных коллекторов не применяется в силу отсутствия необходимости создания резонансного наддува. Нагнетание воздуха в таких системах выполняется принудительно предустановленным турбокомпрессором.

Особенности впускного коллектора с переменным сечением

Впускной коллектор с переменным сечением

В автомобилестроении изменение сечения впускного коллектора применяется на автомобилях, оснащенных двигателями, работающими как на бензине, так и на дизеле, в том числе для систем, оснащенных наддувом. Чем меньше сечение трубопровода, по которому подается воздух, тем выше скорость потока, а следовательно, и смешение воздуха и топлива. В такой системе каждый цилиндр имеет два впускных канала, оснащенных собственными впускными клапанами. Один из пары каналов имеет заслонку. Привод такой системы изменения геометрии впускного коллектора осуществляется электродвигателем или вакуумным регулятором. Принцип действия конструкции представляет собой следующий процесс:

• Когда двигатель работает на малых оборотах, заслонки находятся в закрытом положении.
• При открытии впускного клапана топливовоздушная смесь (воздух) поступает в цилиндр только по одному каналу.
• При подаче через один канал воздушный поток входит в камеру по спирали, обеспечивая лучшее смешение с топливом.
• Когда двигатель работает на высоких оборотах, заслонки открываются, топливовоздушная смесь (воздух) поступает по двум каналам, что обеспечивает увеличение мощности мотора.

Как коллектор влияет на работу двигателя

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

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

Виды впускных коллекторов

Существуют такие виды впускных коллекторов:

• стальные;
• алюминиевые;
• пластиковые;
• с изменяемой геометрией;
• с клапанами контроля выхлопных газов (EGR);
• с турбонаддувом;
• с точечным впрыском топлива и др.

На современных двигателях довольно широко распространены коллекторы с точечным впрыском топлива. В такой модификации топливо подается при помощи электромагнитных форсунок, установленных в каждой из его труб-каналов.

Принципиальная схема впускного коллектора с точечным впрыском топлива

Впускной коллектор, как и двигатель в целом, продуктивно работает в определенном диапазоне оборотов. Устройство и тип установленного коллектора зависит от компоновки блока цилиндров, от целевой направленности двигателя и от конструктивных решений в целом.

Все выше перечисленные коллекторы, делятся на две группы:

• одноплоскостные;
• двухплоскостные.

Одноплоскостной коллектор подает топливовоздушную смесь через один общий канал, многоплоскостной же изначально делит поток смеси на два потока.

Одноплоскостной коллектор

Как правило, двигатели с двухплоскостным коллектором выдают больше мощности на низких и средних оборотах в пределах 2000-4000 об/мин. На высоких же — из-за образующихся завихрений мощность будет несколько ниже.

Это интересно: Технические характеристики 4JG2 3 л/120 л. с.

Двухплоскостной коллектор

Коллектор с общей камерой без перегородок раскрывает свой потенциал на оборотах от 5000 и выше.

Установка впускного коллектора другой модификации не гарантирует улучшения показателей двигателя. Обычно такие детали проектируются вместе с ним.

Инженерные вариации на тему коллекторов

Несмотря на свою простоту, выпускной коллектор имеет разновидности, появление которых обусловлено физикой оборота газов по трубам.

Из-за этого разработчикам приходится идти на компромиссы, и о них мы обязательно поговорим. Но сперва разновидности.

Встречаются такие типы коллекторов:

В первом случае конструкция получается очень дешёвой.

Главной её особенностью являются короткие выпускные патрубки и общая камера сбора. Честно говоря, цельные коллекторы крайне неэффективны для отвода отработавших газов.

Всему виной короткие трубки, из-за которых велико влияние импульсов газа на соседние цилиндры.

В результате мы имеем неудовлетворительную продувку камер сгорания, а это отражается на многих факторах, включая и параметры двигателя.

Для того чтобы мотор работал с максимальной эффективностью, были разработаны трубчатые выпускные системы.

Именно они наиболее часто встречаются под капотами современных автомобилей.

Представляют они собой выпускные трубы, идущие от цилиндров и сходящиеся в одну (или иногда сначала в несколько, а потом уж в одну).

Разрабатывая их, инженерам есть с чем повозиться, так как от длины выпускных труб и их диаметра зависит отдача мотора на разных оборотах.

Так, к примеру, если мы возьмём короткие трубки, то они, благодаря резонансному эффекту будут наилучшим образом продувать камеры сгорания на высоких оборотах.

Но тогда возрастёт взаимное влияние цилиндров друг на друга.

Длинные выпускные трубы, в свою очередь, хороши на малых оборотах.

Аналогичная история и с диаметром – малый диаметр труб оптимален, с точки зрения скорости отвода газов на малых и средних оборотах.

Но оказывает они испытывают большое сопротивление на высоких оборотах, из-за чего мощность мотора падает. С бОльшим диаметром выхлопных труб всё наоборот.

Таким образом, инженерам приходится лавировать и искать компромиссы, о которых мы не зря упомянули ранее.

Почему может понадобиться ремонт впускного коллектора?

По своей сути впускной коллектор имеет достаточно сложную конструкцию. Исходя из этих соображений значительно возрастает вероятность поломки или неисправности определенного отдельного элемента всего устройства. Зачастую выходят из строя заслонки (в основном на немецких марках автомобилей).

В данном случае автомобиль очень сильно слабнет и существенно теряет мощность. В тоже время значительно увеличивается расход топлива, а тяга и работа двигателя в целом ухудшаются. Выходят заслонки коллектора по нескольким причинам: низкокачественный материал изготовления этих заслонок, чересчур высокая температура, присутствие масляного конденсата.

Помимо этого может также выйти из строя и клапан управления этими заслонками впускного коллектора. Признаком того, что во впускной коллектор попала консистенция масла, является его увеличенный расход, который может превышать 1 литр на 1 тысячу км.

В деталях, которые изготовлены из пластика, очень часто можно встретить проблему, которая заключается в отсоединении трубки от завихрителя. Это, в свою очередь, порождает возникновение определенного характерного звука во время непосредственного движения: шум и треск в автомобиле. Данная поломка вполне решаема даже собственными руками.

Рекомендуем: Что лучше выбрать между вариатором, механической, автоматической и роботизированной коробкой передач

Помимо этого, может возникать подсос воздуха в самом впускном коллекторе. Эта поломка может отражаться на мощности автомобиля. Но самое главное, что будет присутствовать серьезный шум, который напоминает подсасывание или выдувание.

В автомобильной природе существует специальный датчик, который используется для того, чтобы измерять абсолютное давление во впускном коллектора. Данный датчик, помимо вышеуказанной функции, отвечает за оптимизацию процессов сгорания и образования смеси воздуха и топлива. Если же данный датчик выйдет из строя, то, скорее всего, электронный блок управления начнет свою работу в аварийном режиме.

Иногда бывает так, что запуск двигателя вообще невозможен. Устройство современного датчика, располагающегося во впускном коллекторе, довольно надежное. И все же, неисправности в нем возможны.

Тюнинг коллектора

Тюнинг двигателя – это целый комплекс работ по доработке отдельных его узлов и деталей. Впускной коллектор также можно доработать, чтобы улучшить эксплуатационные характеристики мотора.

Тюнинг данной детали имеет два направления:

• на преодоление негативного влияния его формы;
• на доработку внутренней поверхности.

При чем здесь форма?

Поток воздуха или рабочей смеси в коллекторе неравномерен в силу его формы. Если коллектор несимметричный, то наибольшее количество воздуха или топливно-воздушной смеси будет попадать в первый цилиндр, а в каждый следующий все меньше. У симметричного также есть недостаток: там наибольшее количество воздуха попадает в средние цилиндры. В обоих случаях цилиндры работают неравномерно на смеси различного качества. Как следствие – падает мощность двигателя.

Тюнинг, в данном случае, подразумевает замену штатного впускного коллектора системой многодроссельного впуска. Ее устройство таково, что воздушные потоки, подающегося в цилиндры, не зависят друг от друга, поскольку каждый из цилиндров оснащается собственной дроссельной заслонкой.

«Внутренние» работы

При недостатке денежных средств, тюнинг можно провести и более дешево, почти даром. Внутри коллекторов практически всегда находится большое число неровностей и приливов, а поверхность шероховатая. Все вместе это вызывает ненужные завихрения, мешающие качественному наполнению цилиндров. При размеренной езде это явление практически незаметно, но если хочется добиться от мотора большей эффективности, с этими недостатками нужно бороться.

Тюнинг штатного впускного коллектора заключается в шлифовке его внутренней поверхности, с целью удаления приливов и шероховатостей. Шлифовать нужно не до появления зеркала, а только до достижения однородного состояния всей поверхности. Если переусердствовать, то капли горючего будут конденсироваться на стенках и тюнинг даст совершенно противоположный результат.

Напоследок, чтобы тюнинг был максимально полным, нужно обратить внимание на место сопряжения коллектора с головкой блока цилиндров. Нередко в этом месте остается ступенька, мешающая нормальному ходу воздушного потока, которую необходимо устранить (с этого начинается тюнинг ГБЦ).

В системе питания любого двигателя внутреннего сгорания впускной коллектор играет серьезную роль. Он передает воздух или топливовоздушную смесь к головке блока цилиндров, откуда она поступает в камеру сгорания. Чем больше , тем большее количество воздуха (смеси) проходит через впускной коллектор и тем сильней его влияние на параметры двигателя.

Системы изменения геометрии у различных производителей

В мировом автомобилестроении систему изменения геометрии впускного коллектора используют многие производители, которые обозначают технологию собственным уникальным наименованием. Так конструкции с переключением длины впускного коллектора могут обозначаться как:

• Dual-Stage Intake в автомобилях марки Ford;
• Differential Variable Air Intake для автомобилей марки BMW;
• VICS или VRIS в авто марки Mazda.

В свою очередь, механизм изменения сечения впускного коллектора может маркироваться как:

• IMRC или CMCV в автомобилях Ford;
• Twin Port для машин Opel;
• Variable Intake System в японских авто Toyota;
• Variable Induction System для марки Volvo.

Применение системы изменения геометрии, независимо от того, варьируется ли длина впускного коллектора или сечение позволяет повысить мощность автомобиля, делает его более экономичным и обеспечивает снижение концентрации токсичных компонентов в выхлопных газах.

(4 оценок, среднее: 5,00 из 5) Загрузка…

Форма и объемная эффективность

Одним из важнейших параметров впускного коллектора, определяющим эффективность, является его форма. Основное правило, которого придерживаются все инженеры, гласит, что впускной коллектор не должен иметь никаких угловатых форм, так как это спровоцирует перепады давления и, как следствие, худшее наполнение цилиндров воздухом или рабочей смесью. Поэтому, все коллекторы имеют сглаженные переходы между сегментами и округлые формы.

В подавляющем большинстве нынешних коллекторов применяют раннеры. Представляют они из себя отдельные трубы, расходящиеся от центрального входа коллектора на все имеющиеся впускные каналы в головке блока цилиндров. Их задача состоит в том, чтобы использовать такое явление, как резонанс Гельмгольца. Принцип работы конструкции выглядит следующим образом.

В момент, когда происходит всасывание, воздух проходит на весьма высокой скорости через открытый впускной клапан. Когда клапан закрывается, воздух, не успевший попасть в цилиндр, сохраняет большой импульс, а значит давит на клапан, в результате чего образуется зона высокого давления. Затем происходит выравнивание давления, с более низким давлением в коллекторе. Из-за влияния сил инерции, выравнивание происходит с колебаниями: вначале воздух попадает в раннер под давлением более низким, чем в коллекторе, затем под более высоким. Происходит сей процесс со скоростью звука, и до того, как впускной клапан откроется в очередной раз, колебания могут совершаться многократно.

Статья в тему: Откуда вода в карбюраторе

Изменение давления вследствие резонансных колебаний воздуха тем больше, чем меньше диаметр раннера. Когда поршень движется вниз, давление на выходе раннера уменьшается. Затем этот низкий импульс давления доходит до входа коллектора, где превращается в импульс высокого давления, который проходит в обратном направлении через раннер и клапан, после чего клапан закрывается.

Для достижения максимального эффекта от резонанса, впускной клапан должен открываться в строго определенный момент, иначе результат будет обратный. Добиться этого довольно сложно. Газораспределительный механизм является динамическим узлом, и режим его работы находится в самой прямой зависимости от частоты вращения коленвала. Импульсы синхронизируются статично, синхронизация зависит от длины раннеров. Частично проблема решается тем, что длина подбирается под определенный диапазон оборотов, на которых достигается наибольший крутящий момент. Другой вариант — применение систем изменения геометрии впускного коллектора и электронного управления ГРМ.

Впускные коллекторы с изменяемой геометрией

Отдельного внимания заслуживает система изменения геометрии впускного коллектора.

Двигатели с переменной длиной впускного тракта

Импульсные движения во впускном коллекторе, безусловно, помогают его работе, но процесс запускается только в диапазоне определенных частот колебаний. Длина импульса пропорциональна длине трубы коллектора. Такой принцип используется во впускных коллекторах с изменяемой длиной. Электронный блок управления двигателем контролирует число оборотов и подает сигнал на клапан для включения «малого» либо «большого» круга подачи смеси.

Устройство коллекторов с изменением сечения каналов

В случае изменения сечения впускного коллектора по ходу движения топливной смеси установлены заслонки, которые в закрытом положении не перекрывают полностью продвижение смеси, а уменьшают просвет коллектора. Изменение сечения потока приводит к завихрениям и увеличению их скорости. Управление такими устройствами осуществляет бортовой компьютер.

Пример реализации коллектора с изменяемым сечением дизельного и бензинового двигателей

Впускные коллекторы с системой рециркуляции отработанных газов

Впускные коллекторы с системами EGR Exhaust Gas Recirculatiоn (система рециркуляции отработанных газов) предназначены для уменьшения токсичных выбросов в атмосферу. Подобные конструкции коллекторов устанавливаются как на бензиновые, так и на дизельные двигатели. Принцип действия прост — отработанные газы из выхлопной системы через отдельный клапан попадают обратно во впускной коллектор, благодаря чему понижается содержание кислорода в топливовоздушной смеси, а значит, понижается интенсивность окисления и температура в камерах сгорания. Система включается только в определенных режимах, например, на холостом ходу.

Значение длины и формы патрубков приемного коллектора

В последнее время длине и форме патрубков или каналов впускного коллектора придается огромное значение. В конструкции канала недопустимы резкие искривления и острые углы, так как в этих местах топливо, смешанное с воздухом, будет неизбежно оседать на стенках. В современных коллекторах используется принцип, родившийся в недрах мастерских по подготовке спортивных автомобилей — все индивидуальные каналы всех цилиндров, вне зависимости от удаленности от центра, имеют равную длину.Такая конструкция способствует борьбе с так называемым «резонансом Гельмгольца». Поток топливо-воздушной смеси в момент открытия впускного клапана движется по каналу коллектора в сторону цилиндра со значительной скоростью. Когда клапан закрывается, воздух, не успевший пройти в камеру сгорания, продолжает давить на закрытый клапан, создавая область высокого давления. Под его воздействием воздух стремится вернуться назад, в верхнюю часть коллектора. Таким образом, в канале образуется противоток, который прекращается в момент, когда клапан открывается в следующий раз. Процесс смены направления потока в традиционных коллекторах происходит постоянно и на скорости, близкой к сверхзвуковой. Дело в том, что помимо открытия и закрытия клапанов, воздух стремится к постоянной смене направления в соответствии с явлением резонанса, который открыл Герман фон Гельмгольц, автор классических работ по акустике. Естественно, когда воздух непрерывно «болтается туда-сюда» неизбежны потери мощности. Впервые коллекторы, оптимизированные по резонансу Гельмгольца были применены в двигателях Chrysler V10, которыми комплектовались автомобили и пикапы . В дальнейшем конструкцию приняли на вооружение другие производители.

Снимаем коллектор самостоятельно

Изначально любому автолюбителю для того, чтобы приступить к замене или ремонту данной детали нужно знать каким образом демонтируется впускной коллектор. В целом, данная процедура не является сложной и справиться с ней может один человек за десять минут. Сначала нужно найти топливный насос и убрать из него предохранитель, после чего нужно запустить мотор. Давление в системе значительно снизится, а в скором будущем двигатель заглохнет.

После проведенной процедуры можно отключить аккумулятор, а с самого мотора снять декоративный кожух. Вслед за этим необходимо убрать от воздушного фильтра патрубки и снять его. После, следует открутить дроссельный узел. Важно отметить, что не следует трогать крепежи заслонки, чтобы не повредить их. Все, коллектор перед глазами.

В некоторых случаях отслаиваются квадратные трубки. Тогда нужно будет просверлить два отверстия в самом коллекторе так, чтобы через эти отверстия можно было бы добраться до данной трубки. После этого нужно вкрутить в эти отверстия саморезы и зафиксировать ее. Клапан управления и заслонки нельзя отдельно менять или ремонтировать. Именно поэтому следует купить и установить полностью новую деталь. Если же причина поломки заключается в датчике, то тот элемент, который вышел из строя нуждается в замене.

Электромагнитный клапан системы изменения длины впускного коллектора

Клапан состоит из корпуса, запорного механизма, трёх штуцеров и электромагнитной катушки. Чтобы демонтировать клапан с автомобиля достаточно со стороны ресивера отогнуть фиксатор-защёлку и сдвинуть клапан вниз

Клапан имеет три штуцера. Один из них (атмосферный) закрыт крышечкой. Её необходимо снять для проверки и удаления грязи

Для проверки запирающих свойств клапана достаточно подуть в боковой штуцер. При этом воздух должен выходить в нижний (атмосферный) штуцер, а в верхний не должен. Если подать на клапан напряжение, то всё должно быть наоборот.

Для проверки обмотки клапана достаточно нажать на фиксатор колодки проводов и снять её

На клапане будут видны два контакта. К ним необходимо подключить омметр и замерить сопротивление, которое должно составлять несколько Ом. Если сопротивление в норме, а клапан не работает, тогда необходимо проверить приходящее напряжение на колодке, которое должно составлять около 12 В. Не забудьте завести двигатель для измерения напряжения.