Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Часть 1. Теоретическая составляющая.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

И так, как некоторым моим подписчика известно, надумал внедрить в свою ласточку регулируемый впуск от 21127 мотора. Подсобрал немного теоретической информации. Окучил всё в этот пост. Тут только теория, для того, чтоб разобраться, как оно работает. Наработок пока никаких нет.

  • И так, теория:Система изменения геометрии впускного коллектора является одной из востребованных технологий повышения мощности двигателя, экономии топлива, снижения токсичности отработавших газов.
  • Изменение геометрии впускного коллектора может быть реализовано двумя способами:
  • изменением длины впускного коллектора;изменение поперечного сечения впускного коллектора.
  • В ряде случаев изменение геометрии впускного коллектора на одном двигателя осуществляется одновременно двумя способами.
  • Впускной коллектор переменной длины

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Система изменения геометрии впускного коллектораВпускной коллектор переменной длины применяется в атмосферных бензиновых и дизельных двигателях для обеспечения лучшего наполнения камеры сгорания воздухом на всем диапазоне оборотов двигателя.

На низких оборотах двигателя требуется достижение максимального крутящего момента как можно быстрее, для чего используется длинный впускной коллектор. Высокие обороты выводят двигатель на максимальную мощность при коротком впускном коллекторе.

  1. Впускной коллектор переменной длины используют в конструкции двигателей многие производители, некоторые дали системе собственные названия:
  2. Dual-Stage Intake, DSI от Ford;Differential Variable Air Intake, DIVA от BMW;Variable Inertia Charging System, VICS, Variable Resonance Induction System, VRIS от Mazda.
  3. Регулирование длины впускного коллектора (переключение с одной длины на другую) производится с помощью клапана, входящего в состав системы управления двигателем.

Работа впускного коллектора переменной длины осуществляется следующим образом.

При закрытии впускных клапанов во впускном коллекторе остается часть воздуха, которая совершает колебания с частотой пропорциональной длине коллектора и оборотам двигателя.

В определенный момент колебания воздуха входят в резонанс, чем достигается эффект нагнетания – т.н. резонансный наддув. При открытии впускных клапанов воздушная смесь в камеры сгорания нагнетается с большим давлением.

В надувных двигателях впускной коллектор переменной длины не используется, т.к. необходимый объем воздуха в камере сгорания обеспечивается механическим и (или) турбокомпрессором. Впускной коллектор в таких двигателях очень короткий, что сокращает размеры двигателя и его стоимость.

С одного форума, там это тоже цитата откуда-то, по этому источник не указываю:При длинных впускных коллекторах крутящий момент на малых скоростях растет, в то время как крутящий момент на больших скоростях уменьшается. При использовании короткого коллектора происходит прямо противоположное.

Компромисс между этими двумя ситуациями достигается благодаря использованию впускной системы с переменной геометрией (VGIS).

Электромагнитный клапан впускной системы с переменной геометрией, управляется блоком электронного управления (ECM), открывает и закрывает управляющий клапан в коллекторе, используя блок вакуумного поршня, который называется диафрагмой.В зависимости от двигателя, при скоростях примерно 4700 об/мин и ниже, электромагнитный клапан включается (ECM).

Вакуум, действующий на диафрагму, закрывает управляющий клапан, увеличивая длину коллектора до 538 мм. При скоростях вращения примерно 4800 об/мин и выше, электромагнитный клапан обесточивается, вакуум снижается, открывается управляющий клапан и длина коллектора уменьшается до 293 мм.

  • Датчик положения дроссельной заслонки и/или датчик температуры охлаждающей жидкости могут влиять на активацию впускной системы VGIS.
  • VIS(Variable Intake System) — изменение геометрии впускного тракта.

В чем суть технологии и зачем она нужна.Впускной тракт, который образуют последовательно воздушный фильтр, дроссель или карбюратор, впускной коллектор и клапана, существенно влияет на процессы наполнения цилиндров горючей смесью.

Поток воздуха, проходящий по впускному тракту, подвержен колебаниям и образует совместно с деталями тракта колебательную систему. Таким образом процессы наполнения цилиндров сильно зависят от параметров этого колебательного контура.

Добиться работы такой системы во всем диапазоне нагрузок и оборотов, крайне сложно. Отсюда пришла идея изменять параметры колебательной системы в процессе работы.

Исследования показывают, что при коротком впускном коллекторе мотор лучше работает на высоких оборотах, при низких оборотах более эффективен длинный впускной тракт. Естественно напрашивалось решение сделать впускной тракт переменной длинны и управлять им в зависимости от оборотов и нагрузки.

Реализация на двигателях X18XE1, X20XEV и Z18XE.Одной из систем, относящихся к классу систем изменения геометрии впускного тракта, является система изменения длинны впускного коллектора. Широкое применение на Opel эта система нашла в двигателях X18XE1 , X20XEV и получила дальнейшее развитие на моторе Z18XE .

Впускной коллектор был сконструирован таким образом, что переключая внутреннюю заслонку воздух направлялся коротким путем при полных нагрузках, и длинным путем при частичных.

Функции исполнительного механизма выполняет вакуумный регулятор (2), который в зависимости от нагрузки двигателя переключает заслонки во впускном коллекторе (1).

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системыИзменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системыИзменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системыИзменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Реализация на двигателе Z18XER .Дальнейшее развитие идея переменной длинны впускного тракта получила в двигателе Z18XER. В пластиковый впускной коллектор, встроен вращающийся барабан.

Этот барабан приводится в действие сервомотором, который управляется от блока управления двигателем. В зависимости от положения барабана, воздух направляется по короткому или длинному пути.

Электронное управление позволяет более точно управлять длинной воздушного столба в зависимости от режима работы мотора.

В систему входит:1. Сервомотор управления барабаном.2. Топливная рампа3. Сервомотор управления и датчик дроссельной заслонки4. Дроссель5. Барабан для изменения длинны коллектора

6. Корпус впускного коллектора.

Не следует путать системы изменения длины с системой Twinport . В случае с Twinport изменяется не длинна, а сечение впускного тракта.© AutoPro

У нас эта ситсема в разработке-то давно уже есть.В распиновке блока Январь 5.1 можно увидеть выход на управление этим устройством — 36 контакт.Тоже самое можно увидеть на современных контроллерах.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Шестнадцатиклапанный двигатель ВАЗ-11193 объемом 1,6 л (100 л.с. при 5600 об/мин) предназначен для Калины и автомобилей «десятого» семейства.

Характерные особенности — механизм регулировки фаз газораспределения (он расположен на звездочке привода впускного распредвала) и впускной тракт с изменяемой длиной, благодаря которым максимальный крутящий момент в 137 Нм достигается уже при 3000 об/мин.Это, на секундочку 2002 год Журнал Авторевю.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Так же добрые люди, сделали для меня скрины из редактора для контроллеров от 21127 двигателя. У меня такого редактора к сожалению нет.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

  1. Собственно, калибровки:

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Грубо говоря, вкл и выкл.Калибровки напоминают те, что управляют открытием клапана адсорбера.

Который на седьмых-то январях везде есть. Только и адсорбер у меня есть и убирать его не планирую.В общем есть над чем поработать.

Продолжение будет…

Источник: https://www.drive2.ru/b/1744111/

Впускной коллектор с изменяемой геометрией

Современные технологии позволяют за короткий промежуток времени впрыскивать в цилиндры большое количество топлива. Гораздо сложнее обеспечить эффективное наполнение цилиндров свежим зарядом воздуха.

Впускной коллектор с изменяемой геометрией – один из действенных способов повысить мощность и крутящий момент двигателя при сохранении его объема. Давайте рассмотрим устройство, принцип работы заслонок, способы реализации изменения длины и формы впускного коллектора.

Прозвучит довольно странно, но бензиновый двигатель работает в первую очередь на воздухе. Именно исходя из массы воздушного заряда, ECM (Engine Control Module) рассчитывает цикловую подачу топлива. Для полного сгорания топливовоздушной смеси (ТПВС) на 1 порцию бензина должно припадать 14,7 порций воздуха.

В зависимости от режима работы двигателя, допускается небольшое обеднение или обогащение, но рамки регулировки довольно узкие. Выход за эти рамки ведет к большому количеству вредных выбросов и увеличению расхода топлива.

Особенности воспламенения тяжелого топлива позволяют работать дизельному двигателю при очень обедненной смеси. Тем не менее, эффективное наполнение цилиндра свежим воздухом в мощностном режиме, а также скорость потока заряда и его направление, напрямую влияют на крутящий момент и эластичность двигателя.

Принцип инерционного надува

В процессе работы двигателя во впускном тракте возникают волны – чередующиеся зоны повышенного и пониженного давления. На такте впуска над поршнем создается зона разряжения, засасывающая воздух из впускного тракта. Поскольку воздушный поток имеет определенную массу, после закрытия впускного клапана над ним создается зона повышенного давления.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Движущийся по инерции воздушный поток ударяется о стенки перекрытого отверстия, отражается и движется уже к дроссельной заслонке. Для достижения инерционного наддува следующий момент открытия впускного клапана должен наступить, когда отраженный поток воздуха опять создаст зону повышенного давления перед клапаном.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системыДля расчета интервалов повышенного давления над впускным клапаном используется формала t=s/v, где

  • s – длина впускного тракта от клапана до входа в коллектор;
  • t – время, необходимое волне для преодоления расстояния s;
  • v – скорость движения волны (скорость звука).

Временной интервал, при котором открыт впускной клапан, зависит от оборотов коленчатого вала. Чем медленней скорость движения поршня, тем дольше отраженная волна возвращается к впускному клапану и, соответственно, тем большее расстояние ей нужно преодолеть для создания инерционного наддува. Чтобы сократить время t, позволив тем самым воздушному потоку попасть в открывающийся впускной клапан в зоне повышенных оборотов, необходимо сократить расстояние s. Именно эту инженерную задачу призван решить впускной коллектор с изменяемой геометрией.

Подведем итоги

  • Чем ниже обороты двигателя, тем длиннее должен быть впускной тракт. При этом небольшое сечение впускных каналов позволяет увеличить скорость движения потока воздуха, что благотворно влияет на перемешивание ТПВС.
  • Чем выше обороты двигателя, тем короче должен быть впускной тракт. Повышение оборотов ведет к увеличению массы воздуха, поступающего в цилиндры за единицу времени. Поэтому в зоне высоких оборотов сечение впускных каналов должно обеспечивать достаточную пропускную способность и не создавать избыточные насосные потери.

Система перекрытия раннеров индивидуальными заслонками

Принцип работы системы заключается в перекрытие половины впускных раннеров в режимах малых и частичных нагрузок. Заслонки, перекрывающие путь потоку воздуха, соединены тягой либо устанавливаются все на одной оси. На ранних моделях тяги управлялись вакуумным регулятором.

Читайте также:  Запрещенные лекарства для водителей; что нельзя принимать

Позже перекрытие клапанов осуществлялось электропневматическим клапаном, питание на который подавал ЭБУ двигателя. Большинство современных систем с индивидуальными заслонками оборудуются сервоприводами. Внедрение датчика положения оси вихревых заслонок позволило реализовать обратную связь для более точного управления системой EGR.

Подобную систему индивидуальных заслонок применяют как на бензиновых, так и на дизельных ДВС с турбонаддувом.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Проблемы

  • Образование нагара, грязевых отложений на заслонках, впускных каналах. Работа системы EGR в паре с неисправной системой ВКГ приводит к отложениям сажи на стенках коллектора. Поэтому на дизельных ДВС впускной коллектор с изменяемой геометрией гораздо чаще требует к себе внимания.
  • Обламывание оси крепления заслонки. Проблема «смертельных бабочек» хорошо известна владельцам BMW. После обламывания ось крепления и куски заслонки попадают в камеру сгорания, повреждая поршни, клапаны и стенки камеры сгорания.
  • Появление люфтов в местах крепления заслонок к оси, тяге. Из-за этого датчик положения заслонок выдает неверный сигнал, что заставляет ЭБУ постоянно корректировать положение заслонок.

Впускной коллектор с изменяемой длиной

На схеме принцип работы впускного коллектора двигателя Skoda Octavia 2.0 MPI (AZJ). Заслонки управляются при помощи электромагнитных клапанов. Механическое воздействие на ось заслонки осуществляется через вакуумный клапан, который берет разряжение из вакуумной камеры.

  • Заслонки закрыты. Воздух движется по узкому длинному каналу.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

  • В режиме работы свыше 4000 тыс.об./мин открывается заслонка 1.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

  • Обороты двигателя свыше 4800 тыс./мин. Открытие заслонки 2 позволяет резонировать потоку на небольшой длине, что улучшает наполнение на высоких оборотах.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Изменение геометрии

Довольно интересно изменение геометрии впускного коллектора реализовано на турбированных двигателях AGN, AGU объемом 1.8 литра. Короткий или длинный впуск образовывается в зависимости от положения четырех параллельных заслонок, установленных между раннерами.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системыИзменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

  • Заслонки закрыты. Сообщение между каналами отсутствует. Для каждого из цилиндров пропускная способность ограничена сечением раннера.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

  • Заслонки открыты. Все раннеры сообщены, что значительно уменьшает насосные потери, увеличивая наполняемость цилиндров на высоких оборотах.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Источник: https://autoburum.com/blog/1346-vpusknoj-kollektor-s-izmenajemoj-geometrijej

Заслонки впускного коллектора — Зачем нужны заслонки на впуске и почему от них стремятся избавиться? — Автор Сергей Боярских

Сорвавшись однажды с насиженного места во впускном коллекторе, такая заслонка может наделать больших бед. История знает немало случаев, когда дело доходило до поломок, требовавших переборки силового агрегата. 

Страх оказаться на месте владельцев, успевших финансово пострадать от подобной оказии, подталкивает других удалить заслонки, пока не поздно. Однако заслонки на впуске — элементы конструкции, а в ней ничто не может быть лишним. 

Перед тем как попасть в цилиндр, воздух проходит через фильтр, каналы, отверстия и устройства, составляющие систему впуска. Все, что встречается по пути, оказывает сопротивление движению воздушного потока. 

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Где сопротивление — там потери, из-за которых ухудшается наполнение цилиндра свежим зарядом. В конечном итоге это негативно отражается на мощности. Чего ждут, например, когда ставят фильтры нулевого сопротивления? Разумеется, того, что отражено в их названии.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

При таком раскладе возникает другой вопрос: в чем смысл установки на пути воздуха после фильтра других преград? Самая известная из них — дроссельная заслонка, но с ней хотя бы все понятно. Она управляет количеством воздуха, предназначенного для участия в сгорании топлива.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Однако помимо дросселя впускной коллектор в зависимости от варианта двигателя может оборудоваться заслонками, изменяющими его геометрию, а также вихревыми заслонками, которые как раз чаще всего и являются главными фигурантами в делах о посторонних предметах, залетевших в цилиндр. Они-то зачем?

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Вопрос отнюдь не праздный, если учесть количество фирм, предлагающих услуги по удалению заслонок из впускного тракта, а также численность владельцев, отрапортовавших в интернете, как они избавились от напасти, и еще большее число желающих пойти по этой же дорожке, но пока колеблющихся в связи с возможными отрицательными последствиями такого шага.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Как ни странно это может прозвучать в свете сказанного выше, но заслонки, предназначенные для изменения геометрии впускного коллектора, как раз и должны не только компенсировать аэродинамические потери на впуске, но и увеличивать мощность мотора за счет улучшения наполнения цилиндров. 

Дело в том, что в атмосферных двигателях из-за того, что впускные клапаны открываются и закрываются в определенные моменты времени, воздух во впускном коллекторе перемещается волнами, представляющими собой чередование зон с разряжением и повышенным давлением.

Если подгадать, чтобы к моменту открытия клапана напротив него оказался воздушный «сгусток», можно добиться, что в цилиндр попадет больше воздуха. А раз появился дополнительный воздух, можно смело добавлять топливо и рассчитывать на увеличение мощности.

В различных источниках этот эффект называют акустическим, резонансным, инерционным или газодинамическим наддувом.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Определяющими параметрами для частоты пульсаций давления в воздушном потоке являются размеры впускного коллектора и число оборотов коленчатого вала. Рассчитать размеры нетрудно, но скоростные режимы работы мотора создают проблемы. 

Чем выше обороты коленчатого вала, тем короче в воздушном потоке расстояние между зонами с повышенным давлением.

Это означает, что коллектор с единожды настроенными размерами позволяет добиться прироста мощности только в строго определенных режимах работы силового агрегата.

При прочих же оборотах такой коллектор в лучшем случае никак не будет влиять на отдаваемую двигателем мощность, а в худшем, когда в момент открытия напротив впускного клапана окажется зона разряжения, способен снизить отдачу силового агрегата.

До появления регулируемых впускных коллекторов применялись впускные системы, рассчитанные на режимы, преимущественно используемые при повседневной езде и соответствующие диапазону частот вращения коленчатого вала, при которых развивается максимальный крутящий момент. 

Во впускных коллекторах с изменяемой геометрией все не так. Исполнительный механизм — управляемая электроникой заслонка, положение которой определяет путь воздуха, направляющегося в цилиндры. На низких частотах вращения коленвала этот путь с помощью заслонки удлиняют, на высоких, когда расстояние между пиками воздушных волн сокращается, — делают коротким.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Что касается вихревых заслонок, то без них и вовсе можно было бы спокойно обходиться, если бы в дизелях и современных бензиновых двигателях топливо не впрыскивалось непосредственно в камеру сгорания в конце такта сжатия. Из-за этого на испарение капелек топлива и перемешивание полученных паров с воздухом отводится гораздо меньше времени, чем, например, в бензиновых двигателях с распределенным впрыском во впускной коллектор.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Чтобы в моторах с непосредственным впрыском за короткий промежуток времени получить качественную горючую смесь и тем самым обеспечить полное сгорание топлива, воздух необходимо сильно завихрить.

Кроме того, чтобы снизить расход топлива при работе на частичных нагрузках и невысоких оборотах, в бензиновых двигателях с прямым впрыском предусмотрен режим послойного смесеобразования.

В его реализации вихревые заслонки также участвуют.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Поэтому бывают они нескольких типов. В одних случаях это горизонтальные перегородки, которые разделяют впускной канал на две части, в других — перегородки имеют фигурную форму, позволяющую асимметрично перекрывать впускной канал и получать требуемое завихрение воздуха. В любом случае положение заслонок определяется режимом работы силового агрегата.

Если не вдаваться дальше в подробности, из сказанного уже вытекает, что заслонки — вещь нужная, а их отключение не может пройти бесследно. Другое дело, что все отлично, пока механизм работает, но когда-нибудь все хорошее заканчивается.

Через какое время и с последствиями какой тяжести напомнят о себе заслонки, во многом зависит от исполнения этих деталей в частности и впускного коллектора в целом. Практика показывает, что наиболее уязвимы варианты из пластика.

Именно они изнашиваются и разбиваются быстрее всего. По причине увеличившихся люфтов в опорах заслонки начинают работать неправильно, может отсоединиться тяга привода, сломаться другие детали привода, после чего заслонки останавливаются вовсе.

Положение вихревых заслонок и заслонок изменения геометрии впускного коллектора отслеживается блоком управления с помощью датчиков. Информация о текущем положении заслонок используется блоком управления для различных целей, в том числе для регулировки рециркуляции отработавших газов и проведения регенерации сажевого фильтра.

  • Поэтому некорректная работа заслонок либо неисправность служит сигналом для включения аварийного режима и появления ошибки по двигателю.

Впрочем, дожидаться загорания Check engine не стоит. По наихудшему из сценариев события будут развиваться в случаях самопроизвольного откручивание крепежа заслонки к оси, выпадения оси и опорных втулок из коллектора, обрыва заслонки и последующего засасывания этих деталей в цилиндр.

В некоторых моделях автомобилей предупредительным сигналом служит появление постукивания или цоканья во впускном коллекторе. Грядущие последствия могут быть слишком серьезными, чтобы оставлять предупреждение без внимания.

Обрастание сажей и нагаром — другая проблема, приводящая к затруднениям в перемещении и неправильной работе заслонок. Результат в запущенных случаях — опять-таки сигнал Check engine.

  1. Винят в этой проблеме системы рециркуляции отработавших газов и вентиляции картера.

Надо, однако, понимать, что эти системы являются лишь проводниками масляного тумана, частичек сажи и нагара, но их количество в отработавших и картерных газах, поступающих во впускной коллектор, зависит от технического состояния двигателя. Чем оно хуже, тем быстрее заслонки будут обрастать сажей и нагаром.

Конторы, предлагающие услуги по физическому и программному удалению заслонок во впускном коллекторе, обещают, что обратившийся к ним клиент получит полностью работоспособный мотор, но предупреждают, что мощность может снизиться, и рекомендуют компенсировать потери с помощью чип-тюнинга. О том, что из-за некачественного смесеобразования и связанной с этим неполноты сгорания топлива увеличивается дымность выхлопных газов и содержание в них токсичных компонентов, обычно умалчивается.

Кому интересна экология, если правильное решение вопроса предполагает не удаление заслонок, а замену коллектора, стоимость которого в запчастях выражается трехзначным числом в американской валюте? Хорошо хоть, что далеко не во всех моторах заслонки представляют собой реальную угрозу двигателю, из-за чего их отключение и удаление не имеют такого же массового характера, как в случае с катализаторами, сажевыми фильтрами, клапанами EGR.

  • Сергей БОЯРСКИХ Фото автора и из открытых источников
  • ABW.BY
Читайте также:  Торсионная подвеска: принцип работы, видео

Более 38.000 объявлений о продаже запчастей для легковых автомобилей в нашей базе объявлений

Источник: https://www.abw.by/novosti/experience/208992

Особенности работы впускного коллектора с изменяемой геометрией

Для оптимальной работы впускной коллектор автомобиля должен иметь определенные геометрические параметры, подобранные под заданную частоту вращения коленчатого вала.

По этой причине классическая конструкция обеспечивает корректное наполнение цилиндров лишь в ограниченном диапазоне оборотов двигателя.

Чтобы обеспечить поступление достаточного количества воздуха в камеру сгорания при любой величине оборотов, применяется система изменения геометрии впускного коллектора.

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.

Особенности впускного коллектора с изменяемой длиной

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системыВпускной 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

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системыВпускной 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.

  Виды и принцип работы механического нагнетателя

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.

Источник: https://TechAutoPort.ru/dvigatel/vpusknaya-sistema/sistema-izmeneniya-geometrii-vpusknogo-kollektora.html

Система изменения геометрии впускного коллектора — как реализуется и как работает

Жесткие меры по вопросам экологии, безопасности и многим другим параметрам заставляют производителей автомобилей применять все более изощренные системы, чтобы успешно конкурировать на рынке.

Назначение системы

Востребованной технологией, которая повышает мощность двигателя, экономит топливо и снижает токсичность отработавших газов, является система изменения геометрии впускного коллектора. Она повышает вышеупомянутые характеристики двигателя, перемешивая с топливом воздух из атмосферы разными эффективными способами.

Изменить геометрию впускного коллектора можно двумя способами:

  1. изменить его длину;
  2. изменить поперечное сечение впускного коллектора.

В некоторых моделях автомобилей используют оба способа одновременно.

Впускные коллекторы переменной длины

Впускные коллекторы переменной длины применяют в атмосферных дизельных и бензиновых двигателях. Они обеспечивают лучшее наполнение воздухом камеры сгорания при разных оборотах двигателя.

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Впускной коллектор переменной длины

Так, чтобы достичь максимального крутящего момента в двигателе на низких оборотах применяется длинный впускной коллектор. При высоких оборотах на максимальную мощность двигатель выводят, используя короткий впускной коллектор. Переключение коллектора с одной длины на другую происходит за счет клапана, который входит в систему управления двигателем.

Впускные коллекторы переменной длины применяют в конструкциях двигателей многих производителей:

  • Differential Variable Air Intake, DIVA компании BMW;
  • Dual-Stage Intake, DSI от Ford;
  • Variable Inertia Charging System, Variable Resonance Induction System, VICS, VRIS от производителей Mazda.

Впускной коллектор переменной длины работает следующим образом. После закрытия впускных клапанов в нем остается воздух, который совершает колебания с частотой, пропорциональной оборотам двигателя и длине коллектора. В какой-то момент происходит эффект нагнетания (резонансный наддув), так как в резонанс входят колебания воздуха.

Создается воздушная смесь, которая нагнетается в камеры сгорания под большим давлением в момент открытия впускных клапанов.

В двигателях с принудительным наддувом впускные коллекторы переменной длины не применяются, так как поступление необходимого объема воздуха в камеру сгорания происходит при помощи механического и (или) турбокомпрессора. В таких двигателях длина впускного коллектора минимальна, что позволяет сократить размеры двигателя и, соответственно, его стоимость.

Впускные коллекторы переменного сечения

Впускные коллекторы переменного сечения применяют на дизельных и бензиновых двигателях, включая оборудованные наддувом. В каналах впускного коллектора уменьшают поперечное сечение, тем самым увеличивая скорость воздушного потока и улучшая показатели образующейся топливно-воздушной смеси. Это приводит к ее полному сгоранию и снижению токсичности отработавших газов.

Самыми известными из них являются:

  • Variable Intake System, VIS фирмы Toyota;
  • Intake Manifold Runner Control, Charge Motion Control Valve, IMRC, CMCV от Ford;
  • Variable Induction System, VIS фирмы Volvo;
  • Twin Port компании Opel, на её примере смотрите схему системы изменения геометрии впускного коллектора:

Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Система изменения геометрии впускного коллектора:1 — работа системы при полной нагрузке (заслонка открыта); 2 — работа системы при частичной нагрузке (заслонка закрыта, завихрения топливно-воздушной смеси); 3 — вихревой канал; 4 — вакуумный регулятор заслонки; 5 — форсунка; 6 — заслонка; 7 — канал наполнения.

Как работает система

Система изменения геометрии впускного клапана работает по следующему принципу. На каждый цилиндр подается два канала (отдельно на каждый впускной клапан), причем один из них можно перекрыть заслонкой. Система управления двигателем приводит в движение электродвигатель или вакуумный регулятор, которые являются приводом заслонки.

Заслонки закрыты при неполной загрузке, и в камеру сгорания каждого цилиндра воздух или топливно-воздушная смесь поступают по одному каналу. Уменьшая сечение впускного коллектора, можно повысить топливную экономичность двигателя, так как рециркуляция отработавших газов наступает раньше.

При полной нагрузке открывают заслонки впускного коллектора, увеличивая подачу воздуха или топливно-воздушной смеси в камеры сгорания, тем самым повышая мощность двигателя.

Видео:

Все эти системы повышают экономичность двигателя при условии сохранения первоначальной мощности. Если, кроме этого, использовать систему рециркуляции отработавших газов, можно сэкономить 10% топлива.

(1 раз, оценка: 5,00 из 5) Загрузка…

Источник: http://avto-i-avto.ru/ustrojstvo-avto/sistema-izmeneniya-geometrii-vpusknogo-kollektora-kak-realizuetsya-i-kak-rabotaet.html

Что такое впускной коллектор?

Автомобильный впускной коллектор – яркий пример того, как технологии из автоспорта приходят в повседневную жизнь. Каждое техническое решение в системе подачи воздуха подчинено одной цели: получить еще чуть больше мощности, еще чуть больше скорости, еще пол-процента КПД.

Сегодня автовладельцы даже не подозревают, сколько интересных идей реализовано под капотом их автомобилей. И о впускном коллекторе задумываются только тогда, когда с ним начинаются проблемы.

Что такое впускной коллектор и для чего он нужен?

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

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

В современных автомобилях впускной коллектор выполняет несколько задач:

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

Устройство и принцип работы

Чтобы впускной коллектор выполнял все возложенные на него задачи, он должен иметь строго рассчитанную геометрическую форму. Например, для того, чтобы поток внутри не замедлялся, коллектор проектируется без углов и прямых линий. Плавные изгибы, округлая форма способствуют более мощному воздушному потоку.

Устройство впускного коллектора

На входе во впускной коллектор находится карбюратор или дроссельная заслонка, если речь идет об инжекторном двигателе. Центральный канал разделяется на отдельные рукава – раннеры, которые подходят к цилиндрам, а точнее, к впускным клапанам.

Топливные форсунки размещаются возле впускных клапанов (в системе распределенного впрыска) или в центральном канале, если установлен моновпрыск.

По форме впускного канала различают одноплоскостные и двухплоскостные:

  1. Одноплоскостные – только с одним каналом для прохождения воздуха или топливно-воздушной смеси. Эти коллекторы пропускают за единицу времени большое количество воздуха, а значит, позволяют двигателю развить максимально возможную мощность на высоких оборотах;
  2. Двухплоскостные – те, в которых канал разделен на две части. Они дают возможность получить больше отдачи мощности на низких и средних оборотах двигателя.

Материалы.
Изначально впускные коллекторы делались металлическими: из чугуна, стали, алюминия. Проблема таких конструкций не только в достаточно высокой цене, но и в значительном нагреве от цилиндров двигателя. Сегодня их в основном делают из специального термостойкого пластика, который обладает меньшей теплопроводностью, а значит, и меньше нагревает воздух внутри.

Принцип работы.
Основной принцип работы коллектора – подача воздуха на фазе впуска. Инициатором движения воздуха  является сам двигатель. Когда поршень опускается, в камере сгорания над ним создается зона низкого давления.

На фазе впуска, когда клапан открыт, опускающийся поршень затягивает воздух, как хороший насос. Таким образом, от центрального канала воздух поступает в нужный раннер, а из него – в камеру сгорания.

На видео-3д анимации, ниже, наглядно показан принцип работы впускного коллектора с вихревыми клапанами.

Если на автомобиле установлен карбюратор или центральная форсунка, при втягивании воздуха в раннер, поток топлива (или топливно-воздушной смеси) поступает в нужный цилиндр.

Благодаря тому, что поток внутри коллектора турбулентный, топливо лучше перемешивается с воздухом и, следовательно, лучше сгорает.

Турбулентный воздушный поток проектируется в коллекторе специально: он быстрее движется и лучше наполняет цилиндры.

В автомобилях с распределенным впрыском форсунки установлены в раннерах коллектора перед впускными клапанами.

В этом случае по коллектору движется только воздух, который смешивается с распыленным топливом перед самым входом в цилиндр двигателя.

Здесь скорость и структура воздушного потока также важны, поскольку для качественного приготовления топливно-воздушной смеси остается меньше времени и места.

Резонансные колебания.
Чтобы усилить поток поступающего воздуха, внутренняя геометрия впускного коллектора рассчитывается так, чтобы образовался так называемый резонанс Гельмгольца. Примерная схема, как это работает:

  1. На фазе всасывания поршень мотора опускается вниз, создавая зону разрежения, и через открывшийся клапан в камеру сгорания на большой скорости заходит воздух;
  2. Однако объем раннера намного больше, чем объем цилиндра, поэтому весь воздух, который “взял разгон” в коллекторе, в камеру сгорания не попадает;
  3. Перед закрывшимся впускным клапаном создается зона повышенного давления, когда воздух по инерции продолжает движение вперед;
  4. Клапан всё еще закрыт, так что давление в раннере выравнивается, то есть происходит “откат”, а после него перед впускным клапаном опять образуется зона повышенного давления. Эти резонансные колебания воздуха зависят от формы и размера коллектора и рассчитываются под каждый двигатель отдельно.

Изменение геометрии впускного коллектора

Впускные коллекторы с изменяемой геометрией – отличное решение, благодаря которому можно получить максимальный поток воздуха и на высоких, и на низких оборотах двигателя.

Необходимость изменяемой геометрии обусловлена тем самым резонансом воздушного потока, который помогает наполнять цилиндры. Чем выше частота оборотов двигателя, тем выше скорость потока воздуха.

Однако ритм резонансных колебаний зависит от длины коллектора, а значит, может не совпадать с ритмом открытия клапанов. Чтобы повлиять на поток воздуха, нужно менять длину его пути или его объем (или оба показателя). Так инженеры пришли к идее создания коллекторов, форма и объем которых меняются в зависимости от нагрузки.

С переменной длиной.
При работе на низких и средних оборотах двигатель лучше наполняется воздухом, если коллектор длинный.

А вот на высоких оборотах нужна меньшая длина для более быстрой подачи воздуха.

Чтобы дать двигателю нужное количество воздуха, коллектор делится на 2 или 3 “ветки” с разной длиной, между которыми установлен клапан, управляемый ЭБУ. Наглядно показано на 3д-анимации ниже.

Когда двигатель работает с невысокой нагрузкой, воздух проходит по длинному пути. Если же выйти на высокие обороты, клапан переключает поток воздуха на меньший канал.

Изменение геометрии с переменной длиной

Такие системы ставятся на бензиновые, дизельные и газовые двигатели, н только атмосферные, без турбонаддува. В турбированных системах накачка воздуха происходит принудительно.

С переменным сечением.
Чем меньше толщина коллектора, тем быстрей движется поток воздуха в нём, следовательно, лучше наполняются цилиндры двигателя, качественней сгорает топливо.

Изменение геометрии с переменным сечением: (1 — работа системы при полной нагрузке (заслонка открыта); 2 — работа системы при частичной нагрузке (заслонка закрыта, происходит завихрение топливной смеси); 3 — вихревой канал; 4 — вакуумный регулятор заслонки; 5 — форсунка; 6 — заслонка.)

Система с изменяемым сечением применяется на двигателях с двумя впускными клапанами. Часть раннера, которая примыкает к двигателю, разделена на две ветки, каждая из которых подключена к своему клапану. Внутри одного из ответвлений установлена заслонка, управляемая ЭБУ.

При работе на низких оборотах заслонка закрыта, воздух поступает только через один впускной клапан. Когда двигатель набирает обороты, заслонка открывается и воздух в двигатель идет уже по обоим каналам.

Коллекторы с переменным сечением ставятся и на турбированные, и на атмосферные двигатели.

Для EGR.
Существует отдельная категория впускных коллекторов, предназначенных для дожига картерных газов. Они были разработаны в ответ на растущие требования к экологической безопасности.

Так была создана система EGR (Exhaust Gas Recirculation), при которой газы из системы выхлопа отправляются обратно во впускной коллектор через специальный клапан.

Делается это для того, чтобы “дожечь” вредные вещества, продлить ресурс катализатора и сажевого фильтра, уменьшить токсичные выбросы в атмосферу.

Впускной коллектор с системой рециркуляции выхлопных газов

На низких оборотах двигателя, выхлопные газы из камеры сгорания поступают снова во впускной коллектор. Однако в них уже нет такого количества кислорода, как в чистом воздухе, и температура горения топлива будет ниже, чем обычно. Включается эта система на некоторых режимах работы двигателя, например, на холостом ходу.

Основные неисправности

Как и любое устройство, впускной коллектор может выйти из строя. Причиной поломки может стать как банальный износ определенных деталей, так и другие внешние факторы.

Разгерметизация.
Нарушение целостности корпуса чаще всего случается из-за износа герметизирующих прокладок. В этом случае возникает дополнительная накачка воздуха в коллектор – подсос.

Это не так хорошо, как может показаться: двигатель рассчитан на получение строго определенного количества воздуха в своем режиме работы. Если воздуха больше нормы, получается обедненная смесь, нарушается работа двигателя и ЭБУ может переключить его на аварийный режим.

При потере герметичности необходимо заменить прокладки коллектора.

Отложения.
В двигателях с центральным впрыском или карбюратором на внутренних стенках могут оседать примеси из топлива.

Но гораздо больше проблеме наростов во впускном коллекторе бывает у систем с рециркуляцией выхлопных газов.

Налет на внутренней части нарушает геометрию впускного коллектора, поток воздуха проходит с меньшей турбулентностью, хуже происходит перемешивание его с топливом. Засор коллектора можно устранить с помощью чистки.

Поломка заслонок.
Если заслонки во впускном коллекторе сделаны из некачественного материала, они могут выйти из строя. Такой “болезнью” страдают многие немецкие модели автомобилей.

Помимо низкого качества самих заслонок, причиной неисправности может стать попадание масла в пространство коллектора. В этом случае придется искать причину расхода масла и устранять ее, и только после заниматься ремонтом заслонок.

Неисправность датчиков.
Датчики температуры и давления могут выйти из строя, что приводит к поступлению неверных данных на ЭБУ. Иногда сбой в системе настолько существенный, что блок управления переключает двигатель на аварийный режим. Проверку датчиков делают на СТО, и при необходимости меняют их на новые.

Тюнинг впускного коллектора

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

Варианты тюнинга:

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

Заключение

Нормально работающий впускной коллектор помогает выжать максимум из двигателя и при этом снизить расход топлива – именно то, о чём мечтают все автолюбители. Неисправности случаются достаточно редко, так что поводов о нём беспокоиться не так уж много.

При небольших неисправностях, ремонт может сделать сам автовладелец, имеющий навык ремонта автомобиля и нужные инструменты. Но если нет уверенности в своих силах и знаниях, лучше обращаться к профессионалам.

Источник: https://VazNeTaz.ru/vpusknoj-kollektor

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector