Впускной коллектор — узел двигателя внутреннего сгорания, отвечающий за подачу топливовоздушной смеси в цилиндры. Подобные узлы есть на всех типах ДВС.
Впускной коллектор — это не просто трубы, по которым подается топливовоздушная смесь, он имеет особую форму, сечение, длину, объем. Все дело в том, что смесь топлива и воздуха должна равномерно поступать во все цилиндры двигателя во всех режимах его работы.
Современные впускные коллекторы — это высокотехнологичные изделия, которые обеспечивают стабильную работу двигателей, повышая его характеристики. От исполнения впускного коллектора зависит конечная мощность и динамика вашего автомобиля.
Принцип работы впускного коллектора
Во время движения поршней вниз образуется эффект разряжения: поток смеси в коллекторе упирается в закрытый впускной клапан в такт двигателю. С ростом оборотов смесь во впускном коллекторе отражается от препятствий и начинает совершать «колебательные движения». После образования таких движений, поток смеси движется на большей скорости. В определенных условиях такие колебания становятся резонансными, в результате чего смесь поступает в цилиндры с большим давлением (процесс называется резонансный наддув).
Правильно спроектированный коллектор обеспечивает лучшую вентиляцию цилиндров. Это происходит благодаря разности давлений во впускном и выпускном тракте. Клапаны на впуск и выброс газов имеют определенный шаг опережения такта двигателя. Необходимо, чтобы клапан был максимально открыт или закрыт в оптимальный момент, то есть за один цикл работы цилиндра на долю секунды оба клапана приоткрыты. Давление на впуске становится немного выше, чем на выпуске (где уже произошел выброс газов). Таким образом достигается более эффективная продувка камеры сгорания.
Требования к составу топливо-воздушной смеси
Совместная работа дроссельной и впускных заслонок современного инжекторного двигателя с системой непосредственного впрыска обеспечивает несколько видов смесеобразования. Разный состав смеси необходим для функционирования двигателя в разных режимах.
Послойное смесеобразование нужно для работы двигателя на небольших оборотах. В этом случае, дроссельная заслонка находится в полностью открытом состоянии большую часть времени, а впускные — в закрытом.
Гомогенное (однородное) смесеобразование используется для высоких оборотов двигателя. При этом степень открытия дроссельной заслонки напрямую зависит от необходимого крутящего момента двигателя. Впускные же заслонки находятся в открытом положении.
Существует и такое смесеобразование (бедное гомогенное), при котором двигатель работает на средних оборотах. Открытие заслонки происходит при этом также в зависимости от крутящего момента, а впускные заслонки закрыты.
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.
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.
Для чего нужна
Итак, как видно, без качественной впускной системы, состоящей из разного количества датчиков и исполнительных механизмов, невозможно создать экономичный, но вместе с тем достаточно динамичный и экологичный автомобиль.
Единственный недостаток современных систем впуска заключается в дороговизне и сложности обслуживания. Если карбюраторный мотор можно диагностировать и отремонтировать усилиями бывалого автомеханика, то электроника проверяется только на специальном оборудовании. Для ее ремонта нужно посетить специализированный сервисный центр.
В качестве дополнения предлагаем посмотреть видеолекцию о впускной системе автомобиля:
Теория ДВС: Системы Впуска
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.
Как увеличить подачу воздуха в двигатель: доступные способы
Как видно, от количества и качества поступающего в цилиндры воздуха напрямую будет зависеть и мощность силового агрегата. В целях получения улучшенной отдачи от ДВС многие автолюбители стремятся увеличить подачу воздуха в агрегат. Как правило, такая необходимость возникает в процессе тюнинга двигателя, после проведения каких-либо доработок и т.д.
Далее мы рассмотрим несколько возможных способов, которые при этом не предполагают кардинальных переделок (например, доработка каналов ГБЦ, замена турбины на более производительную и т.п.)
- Самым простым и бюджетным решением является установка фильтра нулевого сопротивления (нулевика). Хотя общий прирост мощности от такого решения небольшой, но на спортивных и специально подготовленных авто установка нулевика в комплексе с другими усовершенствованиями волне оправдана.
Однако этого не скажешь о гражданских авто со «стоковым» ДВС. В этом случае получается скорее вред, чем польза, так как фильтры нулевого сопротивления быстрее загрязняются и хуже очищают воздух, что может сказаться на ресурсе мотора. При этом никакого прироста мощности фактически не наблюдается.
- Еще одним способом подать в мотор больше воздуха является доработка элементов заводской системы. Речь идет о воздухозаборнике, патрубках, верхней крышке корпуса воздушного фильтра.
В самом начале необходимо измерить сопротивление воздуха на входе и после выхода из корпуса фильтра, после чего проводятся работы в целях уменьшения такого сопротивления.
- Также следует отметить, что иногда на профильных форумах встречается информация об электрическом вентиляторе во впуск (динамический вентилятор, завихритель воздуха, система динамического наддува, электрический турбонагнетатель и т.п.). В свое время на рынке выделялись производители Кamann, Simota и ряд других.
Если коротко, так называемая электротурбина на впуске позволяет добиться подачи охлажденного воздуха во впускной коллектор без каких-либо существенных доработок, что особенно актуально для атмомоторов. В результате в двигатель начинает поступать охлажденный, а не теплый воздух, увеличивается объем воздуха и т.д.
Устройство представляет собой патрубок, в котором устанавливается крыльчатка. Во время работы крыльчатка вращается, создавая спиралеподобные завихрения воздуха. По заверениям производителей такой воздух более холодный и лучше проникает в камеры сгорания.
В результате улучшается общий процесс смесеобразования, мощность двигателя растет, повышается эластичность во время работы ДВС на разных режимах, автомобиль демонстрирует улучшенные динамические характеристики.
Однако как показывает практика, особой пользы после установки таких решений нет. Более того, высокая стоимость на отметке около 300-400 у.е. и вовсе ставит целесообразность подобных экспериментов под большое сомнение.
- Еще в списке возможных решений для увеличения подачи воздуха можно отметить так называемый «холодный впуск». Подобное решение фактически предполагает вынос воздухозаборника из подкапотного пространства наружу, что позволяет снизить температуру поступающего воздуха и повысить его плотность.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое турбокомпрессор. Из этой статьи вы узнаете о конструкции турбины, приципах работы турбонаддува, а также об особенностях данной системы, преимуществах и недостатках данного решения и т.д.
В продаже встречаются готовые комплекты как для определенных моделей авто, так и универсальные. К преимуществам холодного впуска можно отнести увеличение мощности двигателя, снижение риска возникновения детонации, улучшение реакций на нажатие педали газа, незначительное уменьшение расхода топлива.
При этом существенно повышается вероятность попадания воды во впуск и гидроудара, а также намного быстрее загрязняется воздушный фильтр. Дело в том, что воздухозаборник ставится в «окна», которые отдельно делаются в бампере, в передней фаре и т.д.
Ремонт и обслуживание впускных коллекторов
Современный впускной коллектор — деталь сложная. Случаются с ней и поломки. Рассмотрим типичные.
Нарушения герметичности
Это первое, чем «болеют» системы впуска, впрочем как и многие другие узлы автомобиля. Вибрации, перепады влажности, давления и температур сказываются на резиновых (паранитовых и др.) уплотнениях, которых в сложных системах впуска достаточно много. Возможно дополнительное попадание воздуха в смесь, так называемый «подсос».
Дополнительные порции кислорода обедняют смесь, двигатель теряет тягу, появляются проблемы с холостыми оборотами. Возможны ошибки ЭБУ двигателя. Все эти симптомы говорят о проблемах герметичности впускного тракта.
Подсос воздуха во впускном коллекторе может значительно повлиять на динамические показатели двигателя в целом. После восстановления герметичности работа двигателя нормализуется.
Прокладки впускного и выпускного коллекторов ВАЗ 2106
Загрязнение впускного коллектора
Впускной тракт время от времени необходимо проверять на предмет налета на стенках. Подобная проблема может довольно сильно повлиять на динамику автомобиля. Особенно часто засоряется коллектор на двигателях с системой рециркуляции выхлопных газов. В таких случаях необходимо произвести разборку и чистку устройства специальным составом.
Отложения на стенках элементов впускных коллекторов
Деформации и механические повреждения корпуса
Для производства коллекторов широко используют пластик и алюминий, а эти материалы, как известно, могут деформироваться из-за воздействия высоких температур. Пластик со временем трескается и рассыхается. Алюминиевые коллекторы вследствие вибраций могут лопнуть. Элементы с сильно нарушенной геометрией подлежат замене. Алюминиевые детали можно заварить аргонодуговой сваркой.
Повышенная температура воздуха в впускном коллекторе
Причинами подобной проблемы могут быть:
- длительная работа на холостом ходу в условиях высокой температуры воздуха (например в пробках);
- неполадки системы охлаждения и повышение общей температуры двигателя;
- нарушение вентиляции моторного отсека вследствие засорения радиатора;
- ошибочное показание датчика температуры во впускном коллекторе;
- ошибки в прошивке блока управления.
Решением является проверка узлов системы охлаждения и диагностика электронных систем.
Конструкция
В устройство системы впуска входят следующие элементы:
- Воздухозаборник. У каждой модели авто этот элемент имеет свою конструкцию. Ключевой элемент в этом узле – воздушный фильтр. Он помещен в корпус (часто это герметично закрытый со всех сторон лоток, но встречаются и открытые фильтры, установленные непосредственно на воздухозаборник), который с одной стороны имеет открытый патрубок. Через это отверстие воздух попадает на фильтрующий элемент, очищается и поступает в трубу впускной системы. Подробно о воздушных фильтрах рассказывается здесь.
- Дроссель. В современном исполнении это клапан с электроприводом, который устанавливается на трубу, идущую от воздухозаборника до коллектора. В зависимости от потребностей и нагрузок мотора электронный блок управления подает соответствующую команду на открытие/закрытие заслонки. Благодаря этому контролируется внутренний поток воздуха.
- Ресивер (или коллектор). Между дросселем и головкой блока цилиндров устанавливается впускной коллектор. Это труба сложной конструкции. С одной стороны она имеет один, а с другой – несколько патрубков (их количество зависит от числа цилиндров в блоке). Назначение этой детали в том, чтобы распределять внутренний поток воздуха по цилиндрам. Если топливная система распределенного типа, то на каждом патрубке будет сделано отверстие, в котором будет закреплена топливная форсунка. В таком случае впускная система принимает непосредственное участие в образовании воздушно-топливной смеси. Если мотор имеет непосредственный впрыск (форсунки стоят возле свечей зажигания или свечей накала у дизельных моторов), тогда впуск просто регулирует подачу воздуха.
- Впускные заслонки. Это дополнительные клапаны, которые устанавливаются внутри патрубков коллектора, чтобы регулировать тип смесеобразования. Данные элементы используются в ДВС с непосредственным впрыском.
- Датчики воздуха. Они фиксируют силу потока воздуха перед заслонкой и за ней, а также его температуру. Сигналы от этих сенсоров поступают на блок управления.
За синхронную работу всех исполнительных механизмов впускной системы отвечает ЭБУ. На основании сигналов, полученных от педали газа, датчика массового расхода и других сенсоров, которыми оснащен транспорт, электроника активирует конкретный алгоритм. В соответствии с программой «мозгов» все устройства одновременно получают соответствующие сигналы.
Местное вентилирование помещений
Местная вытяжка ликвидирует отработанный воздух в местах, где происходит его загрязнение. В комплект производственных вытяжек входят вентиляторы вытяжные, трубопроводы, вентиляционные решетки.
Местную вентиляцию, предназначенную для удаления от оборудования веществ, относящихся к 1 и 2 классам опасности, устраивают так, чтобы при отключенной вентиляционной системе запуск оборудования становился невозможным.
В некоторых случаях предусматривают резервные вентиляторы и снабжают местные отсосы автоматикой. Делят такую вентиляцию на 2 вида — приточную и вытяжную. Приточный вид вентилирования выполняют в виде тепловых завес, воздушных душей.
Тепловые завесы из воздуха
Проемы, которые остаются открытыми длительное время (более 40 м за смену) или открываются довольно часто (более 5 раз), способствуют переохлаждению людей, находящихся в помещении. К негативным последствиям приводит и работа сушильных установок, выделяющих загрязнения.
В этих случаях устраивают воздушные завесы. Они выступают в качестве барьера на пути холодного или очень перегретого воздуха.
Воздушные и воздушно-тепловые ширмы проектируют так, чтобы в холодное время при открытии проемов температура в цехах не опускалась ниже отметки:
- 14°С — во время выполнения работы, не требующей больших физических усилий;
- 12°С — когда работа классифицируется, как средней тяжести;
- 8°С — при выполнении тяжелой работы.
Если рабочие места находятся недалеко от ворот и технологических проемов устанавливают экраны или перегородки. Воздушно-тепловая завеса возле дверей, выходящих наружу, должна состоять из воздуха с максимальной температурой 50°С, а у ворот — не более 70°С.
Местная вытяжка с использованием специальных отсосов
Местная система вытяжки при помощи специальных отсосов сначала захватывает, а затем отводит вредные для здоровья примеси в виде газов, дыма и пыли.
Это своеобразный воздушный душ, задача которого заключается в нагнетании свежего воздуха на фиксированном месте и понижении температуры в зоне притока. Применяют его на производстве, где на работников воздействуют высокие температуры и лучистая энергия интенсивностью более 300 ккал/м²в час, излучаемая нагревательными и плавильными печами.
Бывают такие установки как стационарными, так и передвижными. Они должны обеспечивать скорость обдува от 1 до 3,5 м/с.
Применение воздушного душа — один из способов установления теплового баланса между человеком и средой, в которой он вынужден находиться
Существует и такое понятие, как воздушный оазис, являющий собой то же самое устройство, включенное в систему местной вентиляции. Оно создает в определенной части производственного помещения микроклимат с заданными параметрами.
Очищенный воздух, подаваемый в заданную отчужденную зону, обычно подвергается специальной тепловлажностной обработке.
Воздушный оазис создает улучшенные условия на рабочем месте и нейтрализует воздействие вредных веществ. Часто это отдельные кабины, но когда их установка невозможна, на рабочие места направляют струю воздуха
Если местное отсасывающее устройство приблизить непосредственно к месту выделения веществ, загрязняющих пространство, удастся удалить воздух, содержащий более высокий их процент, чем при вентиляции общеобменного типа. Местная вентиляция позволяет значительно снизить воздухообмен.
Расчет воздухообмена
Если в результате производственной деятельности не выделяются вредные вещества, то количество воздуха, необходимого для вентиляции рассчитывают по формуле:
L = N х Lн, где
N — это число людей, обычно находящихся в помещении, Lн — объем воздуха, необходимого для 1 человека, измеряемый в мᶾ/ч. По норме это от 20 до 60 мᶾ/ч.
С использованием такого параметра, как кратность воздухообмена, расчет выполняют по формуле:
L = n х S х H, где
n — кратность воздухообмена в помещении (для производственного помещения n=2), S — площадь помещения в м², а H — его высота в м.
