Впускной коллектор ваз тюнинг
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?
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:
- Подает нужное количество воздуха для приготовления стехиометрической топливной смеси (то есть с оптимальным соотношением топлива с воздухом);
- Равномерно распределяет воздушный поток между цилиндрами двигателя;
- 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.
- Создает резонансный воздушный поток, чтобы увеличить скорость его движения без дополнительного оборудования.
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.
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:
- 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;
- 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:
- На фазе всасывания поршень мотора опускается вниз, создавая зону разрежения, и через открывшийся клапан в камеру сгорания на большой скорости заходит воздух;
- Однако объем раннера намного больше, чем объем цилиндра, поэтому весь воздух, который “взял разгон” в коллекторе, в камеру сгорания не попадает;
- Перед закрывшимся впускным клапаном создается зона повышенного давления, когда воздух по инерции продолжает движение вперед;
- 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.
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.
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.
- 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.
- 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.
в стандарте 133 л.с.
с доработанным выпуском 150 л.с.
По всем показателям нами же построенные тюнинговые поршневики превосходят по мощности роторный мотор. Не порядок! Статус КВО надо восстановить. Этим мы и занялись. Тем более, что делов Чих-Пых, Раз-Два
Выше я не описался, замена штатной системы выпуска на прямоточную дает ротору прибавку в 15 сил (+-). У ротора изначально лежит зажатый потенциал мощности, облегченный выпуск помогает раскрыть этот потенциал… (не подумайте, что Ваша 100 сильная 12ка с 16клап. мотором после установки выпуска прибавит такое количество лошадей.)
Загнать побольше воздуха в камеру сгорания, оптимально добавить нужную порцию бензина, вовремя зажечь – простые вещи .. и если Вы этого достигли, то Вас ждет радужный вариант.
Загадка нашему читателю:
Скажем 8кл. распредВАЛ с подъемом 11.2(нуждин) или коленВАЛ 75,6мм вместо 71мм… цена обоих запчастей одинаковая.
Скажем 8кл. распредВАЛ с подьемом 11.2(СТИ) или коленВАЛ 78мм вместо 71мм..
Цена обоих запчастей одинаковая.
У ротора нет распредвала и коленвала большеходного не встречал. Но загнать побольше воздуха хочется! Впуск у ротора зажат изначально, как и выпуск… это статья Вас в этом убедит.
Наш подопытный
Ну сколько можно было ждать новому мотору своего часа…. Пакет который готовился для установки, был абсолютно новым. Дабы убедиться в этом мы его вскрывали, проверяли точность всех зазоров и комплектующих. Фирма которая предоставила нам пакет, оказалась честной (пакет был новый). Попутно окна впуска у торцовых крышек подверглись доработке.
Отступление и пояснение
В чем отличие рпд с торцовым впуском и радиальным впуском? 415й автомобильный ротор имеет подачу топливной смеси через чугунные уплотнительные крышки. В 416 ом, 426 ом роторных моторах подача идет через статора. Два последних использовались в АВТОспорте и легкой авиации
(слева 415 статора, справа 416е)
(вид статора изнутри, на заднем плане
радиальный)
(слева 415й статор, справа 415й переделанный в радиальный)
(оба мотора радиальные, подача топлива через статор)
(вид изнутри переделанной торцовой крышки под радиал. Заглушено окно)
(торцовый пакет, подача через крышки)
(по схеме все понятно, что и как)
Переделка торцового мотора в радиальный требует значительных (хоть и простых) вмешательств. Это можно сказать не тюнинг, а форсировка мощности двигателя! На сайте достаточно статей посвященных радиальному роторному мотору.
Впуск всему голова
Тюнинг наш прост. Снять штатный солекс и установить 2 спаренных карбюратора ВЕБЕР 40мм. Не думаю, что это мега задача. Сделать фланец к мотору, фланец к карбюраторам и соединить первый со вторым.
(стальной фланец к мотору)
(алюминиевая версия коллектора)
(на заднем плане штатный коллектор)
(тексталит, чтоб идиально совместить карбюратор и коллектор)
(знакомая резьба, для поиска оптимальной длины впускного тракта)
Я задумал сделать такой впускной коллектор для торцового ротора. Пришел к токарю, обсудили и решили как лучше. Переход с круглого отверстия в овал – вот основная задача. Ее просто реализовать из 2х отдельных частей. Изготовил формы для отливки нужного размера чушек (покупать готовые чушки очень дорого, кругляк нужного диаметра не дешевле). Отлили мне в формы 2 нужных мне части. Донес обе отлитые чушки до токаря. В определенный час забрал готовое изделие!
Знакомтесь, токарь Володя! Практически все коллектора и фланцы делает нам он.
Номерная крышка и маслобак переставляются на новый пакет. Новый мотор установился со штатным коллектором. Он будет обкатываться примерно 5-6 т.км. Затем простым откручиванием 5ти крепежных болтов произведется замена коллекторов. И уже на обкатанном моторе будут настраиваться карбюраторы.
(сначала штатный коллектор и обкатка на газу)
(5 болтов крепления коллектора)
(из мелочей, шкив генератора переделан)
Отстройка
Как Вы поняли, обкатка закончилась. Меняем коллектора. Делаем синхронизацию карбюраторов, путем подключения 2х вакуумметров. Устанавливаем выпускную систему, максимально свободную (но правильнее сказать для меня просто бюджетную времянку)
Для меня это коммерческий проект. Поэтому ставить на постоянку шумный и красивый выхлоп нецелесообразно. Впускной коллектор не позволил сразу подсоединить шланги печки, (нужно их удлинять) перебьюсь несколько дней без печки, лето на дворе. Бензонасос низкого давления Facet заменил штатный Пекар. Лубрикатор глушится, а в бензин добавляем двухтактное масло Motul. Вот и все переделки, доделки, поехали.
Часик вечернего катания с альфаметром позволяет найти оптимальные жиклеры топлива и воздуха. Есть засада, мембрана ускорительного насоса у одного из карбюраторов нагло течет. Брррр. Заказываем ремонтный комплект на Weber 40 idf через Влада Фокина, а пока посылочка идет, за 50р покупаем мембранку от Волги (один в один подходит).
(пришлось повозиться и снять карбюратор для замены мембраны)
С жиклерами определился легко, даже эмульсионную трубку не пришлось подбирать. А вот отстройка ХХ требует дополнительного внимания, замена диффузоров улучшила картину, но требуется обогащение смеси. Времени на вытачивание жиклера ХХ нету, придется довольствоваться 1500-1600 оборотами на холостом. Вытачиваются пограничные жиклеры от уже найденных, чтоб более точно определиться уже на стенде мощности.
Стенд
Перед заездом ставим новые 15 дюймовые колеса с дисками СЛИК (187я модель) и покрышками Барум. Беседуем с оператором замера.
-На какой передаче осуществляем замер?
-Какие обороты ожидаются?
- Какая ориентировочная мощность?
- Счас подсчитаем…. Ваша резина не подходит для замера на 4й передаче. Резина рассчитана на скорость до 180км/ч.
(бампер пришлось снять)
(Диски СЛИК, спорт серия)
(один замер пришлось сделать без фильтра)
(лучший на мой взгляд показатель)
220 л.с. мы не достигли, манек не дотянули. А крутящий момент меня порадовал. Очень неплохо…. 232 НМ и 213 л.с.
Итоги
Коллектор с карбюраторами предлагается для продажи (пишите в почту). В его стоимость будут включены затраты по его построению и расходы по отстройке и цена замеров на стенде. Вариант можно сказать проверенный. Снимаете штатный солекс с коллектором и прикручиваете продемонстрированный вариант. Прибавка в 60 л.с.
На данный момент мотор снят и предлагается для продажи, либо новый обкатанный пакет с доработанными окнами впуска (пишите в почту).
Коллектор отправлен для испытаний в драге, за символическую плату в российскую глубинку. Будем следить за его историей и болеть за роторные 1,3 литра. Следите за новостями.
Если Вы решили заняться увеличением мощности своего двигателя не фильтрами-нулевиками и им подобными ухищрениями, а серьезно, то одно из первых на что советуем обратить внимание это доработка головки блока цилиндров (ГБЦ) и впускного коллектора. Этот метод известен практически с самого начала автомобилестроения. Если отполировать шероховатые каналы и этим хоть частично убрать сопротивление на впуске, то можно добиться феноменальных результатов. Даже простая полировка каналов может прибавить до 10 л.с., а если еще и расточить – можно увеличить мощность еще более существенно.
На разных моторах сама процедура, вид коллекторов и конструкция ГБЦ могут отличаться. Мы же рассматриваем процедуру доработки вцелом. В качестве исходного материала у нас мотор с ВАЗовской классики.
Метод действительно действенный. Жаль, что в силу высокой трудоемкости операции этого не делают на заводе.
Для начала требуется снять головку с машины и разобрать ее. Как это сделать описывать не будем – скорее всего и сами знаете, а нет так в Интернете есть достаточно книг и прочей литературы.
После разборки ГБЦ не лишним будет ее помыть. Тут уже все на Ваш вкус. Можете химией, а можете по-старинке – керосин, бензин, растворитель… Потом можно еще можно щеткой на дрели пройтись, чтоб все совсем красиво было.
Для выполнения процедур из инстумента нам понадобится следующее:
- дрель с возможностью регулировать обороты
- сверло
- гибкая штанга
- шарошки
- шкурки от грубой до самой мелкой
- тряпки, ветошь
- штангенциркуль
- выпускной клапан и набор шайб - если Вы растачиваете свыше 32мм
- графитная смазка
- тески
Проточка каналов
Сначала стоит определиться с тем в каком порядке будем все делать. Рекомендуем начинать с коллектора т.к. при его совмещении с ГБЦ проще снять чуть в последней, чем покупать в итоге новый коллектор.
Собираем рабочий инструмент: наматываем на сверло тряпку, а сверну на неё шкурку, причём наматываем внахлёст и побольше. Для удобства выполнения операции рекомендуем зажать коллектор в тиски.
Теперь вставляем сверло с наждаком в дрель и приступаем к пропиливанию. Самым трудным будет преодолеть первые 5см. Как только их прошли меряем выпускным клапаном
Двигаемся дальше! Коллектор имеет изгиб поэтому нужно соорудить такой-же инструмент и на штанге. Толкать сильно не стоит т.к. шкурка может сползти. Оно и само должно неплохо продвигаться.
Как видите ничего сложного в этой процедуре нет.
Коллектор до обработки:
Коллектор после обработки:
Не лишним будет отполировать коллектор и в районе установке карбюратора. Это удобно делать щёткой на дрели.
Вот, что получилось (извините за качество фото):
С впускным коллектором мы разобрались. Теперь переходим к самой головке.
Для того чтобы потоку топливно-водушной смеси было максимально легко поступать в цилиндры нужно убрать выступающий переход на стыке впускного коллектора и ГБЦ. В случае с моторами классики этот переход может иметь ступеньку (выступ) до 3мм. Для начала нам нудно идентифицировать где именно стачивать. Для этого вкручиваем в ГБЦ все шпильки для крепления коллектора, берем смазку, намазываем ею на поверхность вокруг канала и одеваем на шпильки впускной коллектор.
Этот способ позволяет наглядно увидеть где нужно стачивать. Можно попытаться пощупать пальцем со стороны седла, но у многих может не хватить длины пальцев.
Сначала также чуть проходим чтобы влез клапан. После чего продвигаемся вглубь. Как только доходим до направляющих втулок сматываем чуть шкурку и спиливаем её. Должно получиться примерно как на фото ниже. Слева обработанный канал, справа заводской
Разница буквально бросается в глаза.
После того как мы прошли все каналы и спилили в них втулки – нужно отполировать канал и со стороны седла. Делать это нужно предельно аккуратно чтобы не повредить сёдла. Для этого можно надеть на дрель шарошку. Необходимо также сделать так, чтобы перед седлом канал был чуть-чуть шире, чем его остальная часть
Должно получиться примерно так, разница очевидна
Таким образом мы получили каналы, через которые свободно можно просунуть клапан
С выпуском операции те же. С той лишь разницей, что при стандартных клапанах нужно точить не более 31мм.
Начинаем с коллектора. В отличие от впуска здесь перепад между ГБЦ и коллектором должна быть: коллектор должен быть большего диаметра, чем канал на ГБЦ.
Многие ограничиваются расточкой и полировкой впускного коллектора, а выпускной не трогают т.к. он чугунный и поэтому его трудно точить. Трудно но возможно.
Если средства позволяют, что можно купить паук 4-1, стоит примерно 150 долларов.
Выпускной канал в ГБЦ идёт под иным углом нежели впуск поэтому тут сложнее стачивать втулки. Не стоит пугаться если тяжело идет.
Полученный результат: слева проточенный канал, справа нет. Хотя это и так видно :)
В идеале желательно сточить втулки на конус. Если их не трогать то они вот так выступают в канал:
Воздух или топливно-воздушная смесь, в зависимости от типа двигателя (дизельный, инжекторный или карбюраторный) попадает в цилиндры через впускной коллектор. Основное предназначение впускного коллектора заключается в том, чтобы обеспечить равномерное распределение воздуха или рабочей смеси между цилиндрами. От этого напрямую зависит эффективность мотора. Помимо этого, на коллекторе могут крепиться другие узлы, например, карбюратор или дроссельная заслонка.
Принцип его работы довольно прост: воздух или его смесь с горючим, попадая внутрь через впускное отверстие, делится на несколько потоков, по числу цилиндров двигателя. Поршни, двигаясь вниз, создают в коллекторе разрежение, которое может достигать больших значений. Этот частичный вакуум используется также для нейтрализации картерных газов. Они через систему вентиляции картера двигателя попадают во впускной коллектор, смешиваются с топливно-воздушной смесью или воздухом и сжигаются в цилиндрах.
До недавнего времени основным материалом для изготовления впускного коллектора были алюминий, железо и чугун. Это создавало определенные сложности. Дело в том, что сам коллектор во время работы мотора сильно нагревается и нагревает воздух, который в данный момент находится внутри него. Воздух, в свою очередь, расширяется и поступает в цилиндры в меньшем объеме, вследствие чего повышается расход горючего и ухудшаются эксплуатационные характеристики двигателя.
В качестве альтернативы металлу, с конца 90-х годов, теперь уже прошлого века, на многих автомобилях применяются композитные материалы на основе пластика. Из-за низкой теплопроводности, такой впускной коллектор нагревается не так сильно, в результате цилиндры лучше наполняются воздухом, и повышается мощность мотора в пересчете на единицу топлива.
Турбулентность во впускном коллекторе
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.
Форма и объемная эффективность
Одним из важнейших параметров впускного коллектора, определяющим эффективность, является его форма. Основное правило, которого придерживаются все инженеры, гласит, что впускной коллектор не должен иметь никаких угловатых форм, так как это спровоцирует перепады давления и, как следствие, худшее наполнение цилиндров воздухом или рабочей смесью. Поэтому, все коллекторы имеют сглаженные переходы между сегментами и округлые формы.
В подавляющем большинстве нынешних коллекторов применяют раннеры. Представляют они из себя отдельные трубы, расходящиеся от центрального входа коллектора на все имеющиеся впускные каналы в головке блока цилиндров. Их задача состоит в том, чтобы использовать такое явление, как резонанс Гельмгольца. Принцип работы конструкции выглядит следующим образом.
В момент, когда происходит всасывание, воздух проходит на весьма высокой скорости через открытый впускной клапан. Когда клапан закрывается, воздух, не успевший попасть в цилиндр, сохраняет большой импульс, а значит давит на клапан, в результате чего образуется зона высокого давления. Затем происходит выравнивание давления, с более низким давлением в коллекторе. Из-за влияния сил инерции, выравнивание происходит с колебаниями: вначале воздух попадает в раннер под давлением более низким, чем в коллекторе, затем под более высоким. Происходит сей процесс со скоростью звука, и до того, как впускной клапан откроется в очередной раз, колебания могут совершаться многократно.
Изменение давления вследствие резонансных колебаний воздуха тем больше, чем меньше диаметр раннера. Когда поршень движется вниз, давление на выходе раннера уменьшается. Затем этот низкий импульс давления доходит до входа коллектора, где превращается в импульс высокого давления, который проходит в обратном направлении через раннер и клапан, после чего клапан закрывается.
Для достижения максимального эффекта от резонанса, впускной клапан должен открываться в строго определенный момент, иначе результат будет обратный. Добиться этого довольно сложно. Газораспределительный механизм является динамическим узлом, и режим его работы находится в самой прямой зависимости от частоты вращения коленвала. Импульсы синхронизируются статично, синхронизация зависит от длины раннеров. Частично проблема решается тем, что длина подбирается под определенный диапазон оборотов, на которых достигается наибольший крутящий момент. Другой вариант — применение систем изменения геометрии впускного коллектора и электронного управления ГРМ.
Системы изменения геометрии впускного коллектора
Поскольку, фиксированная длина впускного коллектора, обеспечивает качественное наполнение цилиндров только в ограниченных диапазонах частот вращений коленчатого вала, более предпочтительным считается впускной коллектор, имеющий систему изменения геометрии. Изменяться может либо его длина, либо диаметр, либо оба параметра.
Впускной коллектор переменной длины
Применяется на безнаддувных силовых агрегатах, как бензиновых, так и дизельных. Когда мотор работает на низких оборотах, длина коллектора должна быть большой для достижения высокого крутящего момента и приемистости, на высоких – маленькой, чтобы силовой агрегат мог развить максимальную мощность. Для изменения геометрии применяется клапан, входящий в систему управления двигателем. Он переключает коллектор с одной длины на другую.
Работает впускной коллектор переменной длины следующим образом. Когда закрывается впускной клапан, воздух, оставшийся в коллекторе, начинает совершать колебания, частота которых пропорциональна длине самого коллектора и оборотам двигателя. Когда возникает резонанс, появляется эффект нагнетания (резонансный наддув). В результате, воздух подается в открывающиеся впускные клапаны под увеличенным давлением.
В моторах, оснащенных системами наддува, подобный впускной коллектор с изменяемой геометрией не применяется, поскольку нагнетание воздуха в цилиндры происходит принудительно. В таких силовых агрегатах применяются максимально короткие коллекторы, благодаря чему уменьшаются габариты и стоимость производства двигателей.
Система изменения геометрии впускного коллектора, у разных производителей называется по-разному:
- BMW называют ее Differential Variable Air Intake (DIVA);
- у Ford это Dual-Stage Intake (DSI);
- в автомобилях Mazda система носит название Variable Inertia Charging System (VICS), в ряде случаев Variable Resonance Induction System (VRIS).
Впускной коллектор переменного сечения
Применяется на любых моторах, в том числе оснащенных наддувом. С уменьшением поперечного сечения возрастает скорость воздуха, проходящего через коллектор, следовательно, улучшается смесеобразование и более полно сгорает рабочая смесь.
Система изменения геометрии впускного коллектора имеет следующее устройство. Впускной канал каждого цилиндра делится на два – по одному на каждый впускной клапан, внутри одного из которых находится заслонка. Заслонка открывается и закрывается посредством вакуумного регулятора или электродвигателя.
Когда мотор работает под небольшой нагрузкой, заслонки закрыты, воздух подается по одному каналу и попадает в цилиндр только через один клапан. В цилиндре при этом возникают завихрения, благодаря которым улучшается смесеобразование и качество сгорания топлива. Под нагрузкой заслонки открываются, и воздух подается через оба канала, мощность двигателя при этом возрастает.
Существует много вариаций подобных систем, например, у Opel система изменения геометрии впускного коллектора носит название Twin Port, у Ford есть два типа — Intake Runner Control (IMRC), Charge Motion Control Valve (CMCV), у Toyota и Volvo – Variable Induction System или Intake System (VIS).
Тюнинг коллектора
Тюнинг двигателя – это целый комплекс работ по доработке отдельных его узлов и деталей. Впускной коллектор также можно доработать, чтобы улучшить эксплуатационные характеристики мотора.
Тюнинг данной детали имеет два направления:
- на преодоление негативного влияния его формы;
- на доработку внутренней поверхности.
При чем здесь форма?
Поток воздуха или рабочей смеси в коллекторе неравномерен в силу его формы. Если коллектор несимметричный, то наибольшее количество воздуха или топливно-воздушной смеси будет попадать в первый цилиндр, а в каждый следующий все меньше. У симметричного также есть недостаток: там наибольшее количество воздуха попадает в средние цилиндры. В обоих случаях цилиндры работают неравномерно на смеси различного качества. Как следствие – падает мощность двигателя.
Тюнинг, в данном случае, подразумевает замену штатного впускного коллектора системой многодроссельного впуска. Ее устройство таково, что воздушные потоки, подающегося в цилиндры, не зависят друг от друга, поскольку каждый из цилиндров оснащается собственной дроссельной заслонкой.
При недостатке денежных средств, тюнинг можно провести и более дешево, почти даром. Внутри коллекторов практически всегда находится большое число неровностей и приливов, а поверхность шероховатая. Все вместе это вызывает ненужные завихрения, мешающие качественному наполнению цилиндров. При размеренной езде это явление практически незаметно, но если хочется добиться от мотора большей эффективности, с этими недостатками нужно бороться.
Тюнинг штатного впускного коллектора заключается в шлифовке его внутренней поверхности, с целью удаления приливов и шероховатостей. Шлифовать нужно не до появления зеркала, а только до достижения однородного состояния всей поверхности. Если переусердствовать, то капли горючего будут конденсироваться на стенках и тюнинг даст совершенно противоположный результат.
Напоследок, чтобы тюнинг был максимально полным, нужно обратить внимание на место сопряжения коллектора с головкой блока цилиндров. Нередко в этом месте остается ступенька, мешающая нормальному ходу воздушного потока, которую необходимо устранить (с этого начинается тюнинг ГБЦ).
Читайте также: