Изменение геометрии впускного коллектора, принцип работы системы

Ошибка P2004 — Заслонка системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 1 – заклинивание в открытом положении  Определение кода ошибки P2004 Ошибка

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

Впускной 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

Впускной 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.

Как работает система изменения длины впускного коллектора

Впускной коллектор с системой изменения длины применяется как в бензиновых, так и в дизельных двигателях для обеспечения лучшего наполнения камеры сгорания воздухом на разных оборотах двигателя.

На низких оборотах 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.

На большинстве автомобилей эта система работает одинаково. Во впускном коллекторе установлена ось с заслонками, которые перекрывают, либо открывают путь воздушному потоку по одному из двух путей — короткому или длинному.

Состоит система изменения длины впускного коллектора обычно из таких элементов:

• ресивер с обратным клапаном
• электромагнитный клапан
• механизм изменения длины (пневмокамера)
• ось с заслонками
• соединительных вакуумных трубок
• проводки к электромагнитному клапану

Рассмотрим устройство и работу системы более детально на примере автомобиля Шевроле Лачетти.

На фото ниже я отметил:

• красной стрелкой — ресивер с обратным клапаном
• зелёной стрелкой — электромагнитный клапан
• синей стрелкой — проводка к электромагнитному клапану
• желтой стрелкой — механизм (пневмокамера) изменения длины
• цифрами — соединительные вакуумные трубки: 1 — от электромагнитного клапана к механизму (пневмокамере), 2 — от коллектора к ресиверу, 3 — от ресивера к клапану.

На заглушенном двигателе шток механизма (пневмокамеры) выдвинут полностью и система находится в состоянии короткого коллектора. Как только мы заводим двигатель, в коллекторе создаётся разрежение и давление падает до 30-33 кПа. На клапан подаётся напряжение и он открывается, тем самым пуская разрежение из коллектора через ресивер в рабочий механизм (пневмокамеру). Пневмокамера втягивает свой шток и, проворачивая ось заслонок, переводит систему на длинный коллектор, что обеспечивает приемистость на низких оборотах двигателя. В таком положении система будет, пока двигатель не достигнет оборотов, равных 4,5 тыс.об/м. После этого ЭБУ отключает подачу напряжения на клапан и он закрывается, перекрывая подачу вакуума на пневмокамеру. Шток пневмокамеры должен теперь полностью выдвинуться и провернуть ось заслонок снова в режим короткого коллектора. Но как он выйдет, если пневмокамера герметична и ей нужен доступ воздуха, чтобы пружина в пневмокамере смогла сдвинуть шток? Это как бутылку опустить в воду горлышком вниз. Вода в нее не попадёт, пока не проделать отверстие в донышке, чтобы вышел воздух.

Для этих целей электромагнитный клапан имеет ещё и третий штуцер, который закрыт колпачком (фильтром), который расположен внизу и на него как раз указывает зелёная стрелка. Это атмосферный штуцер. При отключении напряжения, электромагнитный клапан не только перекрывает разрежение от ресивера к пневмокамере, но и открывает переход от пневмокамеры к атмосферному штуцеру, позволяя пневмокамере набрать воздух и выдвинуть шток.

Теперь кратко рассмотрим устройство и проверку каждого узла отдельно.

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.

Строение обоих вариантов

Если утрировать то коллектора это 4 трубы, которые соединяются в одну. То есть своего рода «штаны», только на четыре «штанины». Нужно отметить, что бывают и на «две – три» или даже «шесть» труб. Такое устройство обусловлено количеством цилиндров в двигателе, как мы знаем на автомобиле «ОКА» было всего два цилиндра (две трубы), например на новых FORD есть варианты с тремя (трехтрубный), а на некоторых представительских авто – шесть цилиндров (шеститрубный). Причем это будут как впускной, так и выпускной коллектора.

Вот только верхняя точка, где один выход у них будут отличаться:

Впускной – подключается к системе подачи воздуха или топлива, поэтому в «верхней точке» будет стоять либо карбюратор, либо дроссельная заслонка.

Выпускной – подключается к глушителю, отводит отработанные газы. Сейчас зачастую подключается к катализатору.

Теперь подробнее о каждом из типов.

Определение кода ошибки P2004

Ошибка P2004 указывает на заклинивание заслонки системы изменения геометрии впускного коллектора (банк 1) в открытом положении.

Вместе с ошибкой P2004 могут также появляться следующие ошибки:

• Ошибка P2005 — Заслонка системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 2 – заклинивание в открытом положении
• Ошибка P2006 — Заслонка системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 1 – заклинивание в закрытом положении
• Ошибка P2007 — Заслонка системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 2 – заклинивание в закрытом положении
• Ошибка P2008 — Заслонка системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 1 – неисправность электрической цепи
• Ошибка P2009 — Заслонка системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 1 – низкое напряжение цепи
• Ошибка P2010 — Заслонка системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 1 – высокое напряжение цепи
• Ошибка P2011 — Заслонка системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 2 – неисправность электрической цепи
• Ошибка P2012 — Заслонка системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 2 – низкое напряжение цепи
• Ошибка P2013 — Заслонка системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 2 – высокое напряжение цепи
• Ошибка P2014 — Датчик/переключатель положения заслонки системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 1 – неисправность электрической цепи
• Ошибка P2015 — Датчик/переключатель положения заслонки системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 1 – диапазон/производительность
• Ошибка P2016 — Датчик/переключатель положения заслонки системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 1 – низкое напряжение цепи
• Ошибка P2017 — Датчик/переключатель положения заслонки системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 1 – высокое напряжение цепи
• Ошибка P2018 — Датчик/переключатель положения заслонки системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 1 – ненадежный контакт электрической цепи
• Ошибка P2019 — Датчик/переключатель положения заслонки системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 2 – неисправность электрической цепи
• Ошибка P2020 — Датчик/переключатель положения заслонки системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 2 – диапазон/производительность
• Ошибка P2021 — Датчик/переключатель положения заслонки системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 2 – низкое напряжение цепи
• Ошибка P2022 — Датчик/переключатель положения заслонки системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 2 – высокое напряжение цепи
• Ошибка P2023 — Датчик/переключатель положения заслонки системы изменения геометрии впускного коллектора, банк 2 – ненадежный контакт электрической цепи

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.

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.

(5 оценок, среднее: 4,20 из 5)
Загрузка…

Нужна ли технология?

Последовательное образование впускного тракта, который создают дроссель, фильтр, клапана, оказывает сильное влияние на процесс заполнения цилиндров горючим. Воздушная смесь, которая проходит по этому тракту, существенно колеблется. Вместе с другими деталями образуют ударную систему. Это приводит к зависимости процессов наполнения цилиндров от факторов колебательной конфигурации.  

Получение эффективности работы системы при требуемых параметрах и нужном диапазоне, представляется крайне сложной процедурой. Как следствие – идея изменения показателей колебательной системы во время эксплуатации. После проведения исследований, можно утверждать, что двигатель хорошо работает с высокими оборотами при коротком впускном коллекторе. Дело обстоит наоборот с низкими оборотами, эффективности можно достичь при длинном впускном тракте. 

Логично, что напрашивается вывод создать впускной тракт переменной длины. Это позволит им управлять, учитывая различные нагрузки и обороты. 

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.