Изменяемая геометрия впускного коллектора ваз

Впускной коллектор с изменяемой геометрией

Фактор наполнения цилиндров

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.

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.

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

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. 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.

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.

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

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

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.

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

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

Турбулентность во впускном коллекторе

Данный пункт не относится к моторам с непосредственным впрыском. Горючее попадает во впускной коллектор в мелкораспыленном виде, после чего смешивается с воздухом. Некоторая его часть может осесть на стенках впускного коллектора под воздействием электростатических сил. Это явление крайне нежелательно, поскольку в результате в цилиндры попадет намного меньше топлива, и рассчитанная электронным блоком управления пропорция «воздух-топливо» будет нарушена в сторону увеличения объемной доли воздуха.

Бороться с конденсацией горючего помогает турбулентность. Под ее воздействием горючее лучше распыляется, и происходит более полное его сгорание. Как следствие возрастает мощность мотора, и снижается риск детонации. Чтобы обеспечить появление турбулентности, внутреннюю поверхность впускного коллектора не полируют, а наоборот делают шершавой. Здесь важно добиться оптимального значения турбулентности, поскольку с ее усилением начинают возникать перепады давления внутри впускного коллектора, и мощность двигателя падает.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Общие проблемы впускного коллектора включают:

• утечки воздуха;
• утечки охлаждающей жидкости или масла;
• снижение потока из-за скопления углерода;
• Проблемы с впускным регулирующим дросселем.

В некоторых двигателях впускной коллектор может подвергнуться коррозии или сломаться, что приведет к утечке вакуума или охлаждающей жидкости. Треснувший коллектор необходимо заменить, если он не подлежит безопасному ремонту.

Утечки охлаждающей жидкости

У некоторых автомобилей есть каналы для охлаждающей жидкости во впускном коллекторе, которые могут протекать из-за плохих уплотнений или повреждений. Например, эта проблема была довольно распространена на старых двигателях GM V6.

Если коллектор не поврежден и сопрягаемые поверхности в хорошем состоянии, для устранения проблемы обычно достаточно замены прокладок или повторного закрытия коллектора. Если коллектор поврежден, его необходимо заменить.

Подсос воздуха

Изношенные прокладки впускного коллектора (на фото) часто вызывают утечки вакуума. Это может вызвать нестабильную работу на холостом ходу, заглохнуть двигатель и загореться индикатор Check Engine. Однако двигатель может нормально работать на более высоких оборотах.

Например, коды неисправности OBD-II P0171 и P0174 часто вызваны утечками во впускном коллекторе. Если утечка вызвана плохими прокладками, ремонт включает снятие впускного коллектора, проверку и очистку монтажных поверхностей, а также замену прокладок. Посмотрите видео замены прокладок впускного коллектора на Renault Megane, например:

Часто источником утечки воздуха может быть сломанная вакуумная линия или штуцер соединительной линии впускного коллектора. В этом случае замените поврежденный вакуумный шланг или соединение.

Иногда впускной коллектор может деформироваться, что приводит к неправильному уплотнению прокладки. Деформированный впускной коллектор подлежит замене. На некоторых автомобилях утечку вакуума можно определить по шипящему звуку из-под капота.

Отложения углерода

ВВ некоторых двигателях, таких как Volkswagen TDI Diesel, нагар во впускном коллекторе может вызвать недостаток мощности, пропуски зажигания, дым и повышенный расход топлива.

Проблемы с нагаром чаще встречаются в двигателях с турбонаддувом. Один из основных симптомов — отсутствие хватки. Забитый впускной коллектор может потребовать разборки и ручной очистки.

В некоторых случаях замена впускного коллектора может иметь больше смысла, чем его чистка. Внутри коллектора много скрытых мест, которые невозможно очистить.

Проблемы с заслонками изменения геометрии впуска

Регулирующие заслонки обычно приводятся в действие электрическими или вакуумными приводами. Часто резиновая диафрагма внутри вакуумного привода начинает протекать, и привод перестает работать.

Вакуумный привод можно легко проверить с помощью ручного вакуумного насоса. Если вакуумный цилиндр протекает, замените его. Вместо помпы можно использовать медицинский шприц.

Блок управления двигателем (ЭБУ) активирует вакуумные приводы, включая и выключая небольшие соленоиды контроля вакуума. Эти соленоиды также часто выходят из строя. Змеевики также можно легко проверить с помощью ручного вакуумного насоса.

Другой распространенной проблемой является заклинивание впускного клапана изменения геометрии из-за накопления нагара или деформации клапана. В этом случае необходимо заменить коллектор.

Например, проблемы с впускным коллектором (регулирующим клапаном) распространены на некоторых двигателях VW / Audi. Volkswagen продлил гарантию на впускной коллектор на некоторые автомобили Audi / Volkswagen модельного года 2008-2011 с двигателями 2.0 TFSI с кодами двигателей CBFA и CCTA.

Поврежденный клапан DISA, установленный во впускном коллекторе, также является распространенной проблемой для многих автомобилей BMW. Посмотрите это видео о проверке клапана DISA на BMW:

Впускной коллектор

Герметичность системы впуска очень важна для исправной работы двигателя.
Герметичность системы впуска очень важна для исправной работы двигателя.

Масляные следы на стыках коллектора видны невооруженным глазом, а подсос воздуха можно вычислить простым приемом. При работе мотора побрызгайте на подозрительные места очистителем элементов тормозной системы или карбюратора. Если через некоторое время обороты двигателя «поплывут» или он начнет вообще захлебываться, значит в этих местах есть существенный подсос. Очиститель, как горючее вещество, попадая на впуск, обогащает топливовоздушную смесь, что и вызывает плавание оборотов мотора.

Подсос дополнительного воздуха, не учтенного датчиками на стороне впуска, вызывает постоянное обеднение смеси. Система управления по выходным показаниям переднего лямбда-зонда пытается корректировать топливоподачу. В итоге имеем пресловутое подтраивание двигателя на холостых оборотах.

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.

Заключение

Итак, мы рассмотрели, что собой представляет впускной ресивер. Как видите, это весьма важная часть в двигателе автомобиля. От ее конструкции зависит качество смесеобразования и стабильность работы ДВС.

Ресивер,- слово иностранного поисхождения. В русский язык пришло из английского, в котором само изначально произошло от основного коренного глагола, («receiver», от английского же «receive»,- получать, принимать, набирать, собирать). Отсюда сам «receiver» соответственно – получатель, приниматель, собиратель и т.д..

В автомобилях ресивер это определённый узел, который собирает или скорее аккумулирует и сохраняет то, что в него поступает. Здесь же может присутствовать и возможность распределения. Всё зависит от того в какой системе установлен сам ресивер и какие конструкционные функции на него возложены.

В подавляющем большинстве случаев ресивер в автомобильном транспорте это достаточно толстостенные металлические резервуары, (баллоны), для аккумулирования и распределения сжатого воздуха. В основном это грузовые автомобили, автобусы и прочая крупнотоннажная автотехника, имеющая пневматические системы управления, контроля и работы некоторых агрегатов. Самое распространённое применение ресиверов здесь конечно тормозная система. Для правильной и эффективной работы пневматической тормозной системы необходимо наличие постоянного объёма сжатого воздуха, который собственно и нагнетается компрессором в эти самые ресиверы и уже из них распределяется по тормозной системе и по другим системам автомобиля, работающим на основе сжатого воздуха. Так например это пневмоподвеска автобусов, частичное участие пневматики в системах сцепления, трансмиссии и ряда других систем. Количество ресиверов и их объём определяется конструктивными особенностями автомобиля. Где-то может стоять всего два или три таких резервуара, а где-то даже более десятка. Чем больше у автомобиля систем, требующих сжатого воздуха, тем больше должен быть аккумулирован его объём, соответственно увеличивается количество ресиверов, или их размер.

Так же в некоторых других узлах и агрегатах автомобилей возможно применение различных ресиверов и совсем необязательно, что это будет пневматическая система. Ресивер может являться накопителем нагнетаемой или хранимой жидкости, какого-нибудь газа. Но здесь употребление самого термина уже не так часто, а каких-то случаях они и вовсе будут называться иначе.

Ссылки по теме:

Параметры впускного тракта оказывают ог­ромное влияние на характер изменения мощности и крутящего момента. за счет наибо­лее правильного опре­деления размера трубо­провода и настройки впуска можно добиться оптимального наполне­ния цилиндров, чем, к примеру, путем совер­шенствования изгибов трубопровода системы выпуска

Наверное, глупо было бы полно­стью модернизировать систему выпуска и напрочь забыть о впус­ке. Ведь установленный нами задолго до этого фильтр понижен­ного сопротивления полно­стью не решил эту проблему. Вывод один: поменяли выпускную систему – надо модернизировать впуск – установить спортивный ресивер, иначе нестыковочка получается. Автомобиль не дышит полной грудью, это ощущение обострилось после установки прямоточного выхлопа. Создается впечатление, что двигатель беспробудно болен хроническим гайморитом. Капли в нос не помогут, нужен качественный ингаля­тор. Спортивный ресивер был разработан и омологирован исключительно для спорта, а в дальнейшем стал применяться и на стан­дартных аппаратах. В отличие от стандарта «дудки» патрубков, примыкающих непосред­ственно к «банке», имеют короткие большие каналы, ощутимо расширяю­щиеся при входе в огромный полый «цилиндр» впускного коллектора. Ведь необходи­мым итогом данной имплантации является увеличение количества воздуха, подаваемо­го в цилиндры. После дросселя воздух поступает в ресивер, объем которого суще­ственно превышает серийный, и уже оттуда распределяется по цилиндрам через увеличенные впускные патрубки определенной длинны, которые в свою очередь изменяют направление потока воздуха на 90 градусов. Больший, чем у стандартного объем, позволяет сгладить пульсации воздуха (ведь каждый цилиндр лишь один раз их четырех находится на такте впуска), а также в такой геометрии длина впускного тракта гораздо короче, что позволяет получить дополнительный момент на средних и высоких оборотах. Спортивный ресивер существенно улучшает динамику разгона на средних и особенно высоких оборотах, с ним до 7000 оборотов в минуту двигатель раскручивается довольно быстро и с огромным удовольствием. Стандартный мотор с заводским ресивером после 5000 об/мин мотор буквально «умирает» от нехватки воздуха. Дави – не дави на педаль акселератора – результат нулевой. С установленным спортивным ресивером, он с готовностью откликается на утопленную в пол педаль газа, он «дышит». Ма­шина реально едет. Не зря все-таки врачи прописывают захворавшим пациентам ингаляции.

ВАЗ 2112. двигатель 1500 16V. Из нестандартной комплектации только:
1. Ресивер Спорт.
2. Воздушный фильтр нулевого сопротивления с торцевым забором воздуха JR.
3. Измененная программа ЭБУ (чип-тюнинг).

Максимальная мощность 114,3 л.с./84,1 kw. при 6490 об/мин.
Крутящий момент 134,5 Nm. при 5520 об/мин.

Обратите, пожалуйста внимание на ровную, горизонтальную характеристику крутящего момента с 3200 до 6200об/мин.