Пристрій, принцип роботи і тюнінг впускного колектора - клуб справжніх Галантов!
Повітря або паливно-повітряна суміш, в залежності від типу двигуна (дизельний, інжекторний або карбюраторний) потрапляє в циліндри через впускний колектор. Основне призначення впускного колектора полягає в тому, щоб забезпечити рівномірний розподіл повітря або робочої суміші між циліндрами. Від цього безпосередньо залежить ефективність мотора. Крім цього, на колекторі можуть кріпитися інші вузли, наприклад, карбюратор або дросельна заслінка.
Принцип його роботи досить простий: повітря або його суміш з пальним, потрапляючи всередину через впускний отвір, ділиться на кілька потоків, по числу циліндрів двигуна. Поршні, рухаючись вниз, створюють в колекторі розрідження, яке може досягати великих значень. Цей частковий вакуум використовується також для нейтралізації картерних газів. Вони через систему вентиляції картера двигуна потрапляють у впускний колектор, змішуються з паливно-повітряною сумішшю або повітрям і спалюються в циліндрах.
Впускний колектор двигуна
До недавнього часу основним матеріалом для виготовлення впускного колектора були алюміній, залізо і чавун. Це створювало певні складнощі. Справа в тому, що сам колектор під час роботи мотора сильно нагрівається і нагріває повітря, який в даний момент знаходиться всередині нього. Повітря, в свою чергу, розширюється і надходить в циліндри в меншому обсязі, внаслідок чого підвищується витрата пального і погіршуються експлуатаційні характеристики двигуна.
В якості альтернативи металу, з кінця 90-х років, тепер уже минулого століття, на багатьох автомобілях застосовуються композитні матеріали на основі пластику. Через низьку теплопровідність, такий впускний колектор нагрівається не так сильно, в результаті циліндри краще наповнюються повітрям, і підвищується потужність мотора в перерахунку на одиницю палива.
Турбулентність у впускному колекторі
Даний пункт не відноситься до моторів з безпосереднім уприскуванням. Пальне потрапляє у впускний колектор в мелкораспиленном вигляді, після чого змішується з повітрям. Деяка його частина може осісти на стінках впускного колектора під впливом електростатичних сил. Це явище вкрай небажано, оскільки в результаті в циліндри потрапить набагато менше палива, і розрахована електронним блоком управління пропорція «повітря-паливо» буде порушена в бік збільшення об'ємної частки повітря.
Боротися з конденсацією пального допомагає турбулентність. Під її впливом пальне краще розпорошується, і відбувається більш повне його згорання. Як наслідок зростає потужність мотора, і знижується ризик детонації. Щоб забезпечити появу турбулентності, внутрішню поверхню впускного колектора не полірують, а навпаки роблять шорсткою. Тут важливо домогтися оптимального значення турбулентності, оскільки з її посиленням починають виникати перепади тиску всередині впускного колектора, і потужність двигуна падає.
Форма і об'ємна ефективність
Одним з найважливіших параметрів впускного колектора, що визначає ефективність, є його форма. Основне правило, якого дотримуються всі інженери, говорить, що впускний колектор не повинен мати ніяких незграбних форм, так як це спровокує перепади тиску і, як наслідок, найгірше наповнення циліндрів повітрям або робочої сумішшю. Тому, все колектори мають згладжені переходи між сегментами і округлі форми.
У переважній більшості нинішніх колекторів застосовують раннери. Представляють вони з себе окремі труби, що розходяться від центрального входу колектора на всі наявні впускні канали в головці блоку циліндрів. Їх завдання полягає в тому, щоб використовувати таке явище, як резонанс Гельмгольца. Принцип роботи конструкції виглядає наступним чином.
У момент, коли відбувається всмоктування, повітря проходить на досить високій швидкості через відкритий впускний клапан. Коли клапан закривається, повітря, яке встигло потрапити в циліндр, зберігає великий імпульс, а значить тисне на клапан, в результаті чого утворюється зона високого тиску. Потім відбувається вирівнювання тиску, з більш низьким тиском в колекторі. Через вплив сил інерції, вирівнювання відбувається з коливаннями: спочатку повітря потрапляє в Раннер під тиском нижчим, ніж в колекторі, потім під більш високим. Відбувається цей процес зі швидкістю звуку, і до того, як впускний клапан відкриється в черговий раз, коливання можуть відбуватися багато разів.
Зміна тиску внаслідок резонансних коливань повітря тим більше, чим менше діаметр Раннера. Коли поршень рухається вниз, тиск на виході Раннера зменшується. Потім цей низький імпульс тиску доходить до входу колектора, де перетворюється в імпульс високого тиску, який проходить в зворотному напрямку через Раннер і клапан, після чого клапан закривається.
Для досягнення максимального ефекту від резонансу, впускний клапан має відкриватися в строго певний момент, інакше результат буде зворотний. Домогтися цього досить складно. Газорозподільний механізм є динамічним вузлом, і режим його роботи знаходиться в самій прямій залежності від частоти обертання коленвала. Імпульси синхронізуються статично, синхронізація залежить від довжини РАННЕР. Частково проблема вирішується тим, що довжина підбирається під певний діапазон оборотів, на яких досягається найбільший крутний момент. Інший варіант - застосування систем зміни геометрії впускного колектора і електронного управління ГРМ.
Системи зміни геометрії впускного колектора
Оскільки, фіксована довжина впускного колектора, забезпечує якісне наповнення циліндрів тільки в обмежених діапазонах частот обертань колінчастого вала, кращим вважається впускний колектор, який має систему зміни геометрії. Змінюватися може або його довжина, або діаметр, або обидва параметри.
Впускний колектор змінної довжини
Застосовується на безнаддувних силових агрегатах, як бензинових, так і дизельних. Коли мотор працює на низьких оборотах, довжина колектора повинна бути великою для досягнення високого крутного моменту і прийомистості, на високих - маленької, щоб силовий агрегат міг розвинути максимальну потужність. Для зміни геометрії застосовується клапан, що входить в систему управління двигуном. Він перемикає колектор з однієї довжини на іншу.
Працює впускний колектор змінної довжини наступним чином. Коли закривається впускний клапан, повітря, що залишилося в колекторі, починає здійснювати коливання, частота яких пропорційна довжині самого колектора і оборотам двигуна. Коли виникає резонанс, з'являється ефект нагнітання (резонансний наддув). В результаті, повітря подається в відкриваються впускні клапани під збільшеним тиском.
Впускний колектор змінної довжини
У моторах, оснащених системами наддуву, подібний впускний колектор із змінною геометрією не застосовується, оскільки нагнітання повітря в циліндри відбувається примусово. У таких силових агрегатах застосовуються максимально короткі колектори, завдяки чому зменшуються габарити і вартість виробництва двигунів.
Система зміни геометрії впускного колектора, у різних виробників називається по-різному:
BMW називають її Differential Variable Air Intake (DIVA);
у Ford це Dual-Stage Intake (DSI);
в автомобілях Mazda система носить назву Variable Inertia Charging System (VICS), в ряді випадків Variable Resonance Induction System (VRIS).
Впускний колектор змінного перерізу
Застосовується на будь-яких моторах, в тому числі оснащених наддувом. Зі зменшенням поперечного перерізу зростає швидкість повітря, що проходить через колектор, отже, поліпшується смесеобразование і більш повно згорає робоча суміш.
Система зміни геометрії впускного колектора має наступний пристрій. Впускний канал кожного циліндра ділиться на два - по одному на кожен впускний клапан, всередині одного з яких знаходиться заслінка. Заслінка відкривається і закривається за допомогою вакуумного регулятора або електродвигуна.
Впускний колектор змінного перерізу
Коли мотор працює під невеликим навантаженням, заслінки закриті, повітря подається по одному каналу і потрапляє в циліндр тільки через один клапан. У циліндрі при цьому виникають завихрення, завдяки яким поліпшується смесеобразование і якість згоряння палива. Під навантаженням заслінки відкриваються, і повітря подається через обидва канали, потужність двигуна при цьому зростає.
Існує багато варіацій подібних систем, наприклад, у Opel система зміни геометрії впускного колектора носить назву Twin Port, у Ford є два типи - Intake Runner Control (IMRC), Charge Motion Control Valve (CMCV), у Toyota і Volvo - Variable Induction System або Intake System (VIS).
Тюнінг колектора
Тюнінг двигуна - це цілий комплекс робіт з доопрацювання окремих його вузлів і деталей. Впускний колектор також можна доопрацювати, щоб поліпшити експлуатаційні характеристики двигуна.
Тюнінг даної деталі має два напрямки:
на подолання негативного впливу його форми;
на доопрацювання внутрішньої поверхні.
При чому тут форма?
Потік повітря або робочої суміші в колекторі нерівномірний в силу його форми. Якщо колектор несиметричний, то найбільшу кількість повітря або паливно-повітряної суміші буде потрапляти в перший циліндр, а в кожен наступний все менше. У симетричного також є недолік: там найбільша кількість повітря потрапляє в середні циліндри. В обох випадках циліндри працюють нерівномірно на суміші різної якості. Як наслідок - падає потужність двигуна.
Тюнінг, в даному випадку, має на увазі заміну штатного впускного колектора системою багатодросельним впуску. Її пристрій таке, що повітряні потоки, що подається в циліндри, не залежать одне від одного, оскільки кожен з циліндрів оснащується власної дросельною заслінкою.
При нестачі коштів, тюнінг можна провести і більш дешево, майже даром. Усередині колекторів практично завжди знаходиться велике число нерівностей і припливів, а поверхня шорстка. Всі разом це викликає непотрібні завихрення, що заважають якісному наповненню циліндрів. При спокійній їзді це явище практично непомітно, але якщо хочеться домогтися від мотора більшої ефективності, з цими недоліками потрібно боротися.
Тюнінг штатного впускного колектора полягає в шліфовці його внутрішньої поверхні, з метою видалення припливів і шорсткостей. Шліфувати треба не до появи дзеркала, а тільки до досягнення однорідного стану всієї поверхні. Якщо перестаратися, то краплі пального будуть конденсуватися на стінках і тюнінг дасть абсолютно протилежний результат.
Наостанок, щоб тюнінг був максимально повним, потрібно звернути увагу на місце сполучення колектора з головкою блоку циліндрів. Нерідко в цьому місці залишається сходинка, яка заважає нормальному ходу повітряного потоку, яку необхідно усунути (з цього починається тюнінг ГБЦ).