В двигателе автомобиля впускной коллектор равномерно распределяет воздушный поток между цилиндрами. В большинстве современных автомобилях впускной
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.
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.
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.
Как работает впускной коллектор
Часто впускной коллектор содержит дроссельную заслонку (клапан) и некоторые другие детали. Впускной коллектор состоит из ресивера (приточной камеры) и впускных труб (раннеров). В некоторых двигателях V6 и V8 впускной коллектор может быть выполнен из нескольких отдельных секций или частей.
Впускной воздух проходит через воздушный фильтр, впускной патрубок, затем через корпус дроссельной заслонки в камеру нагнетания — ресивер, затем через впускные трубы (раннеры) — в цилиндры.
Дроссельный клапан (заслонка) контролирует обороты двигателя, регулируя количество воздушного потока. В современных автомобилях обороты холостого хода также регулируются корпусом дроссельной заслонки — на холостом ходу заслонка открывается под очень небольшим углом.
Поскольку корпус дроссельной заслонки практически закрыт, когда двигатель работает на холостом ходу, во впускном коллекторе появляется вакуум. Если где-то в коллекторе будет утечка вакуума, двигатель будет работать неровно на холостом ходу. Многие проблемы впускного коллектора связаны с утечками вакуума.
Ошибка P2017 — определение
Ошибка P2017 указывает на слишком высокое (по сравнению со значением, указанным в технических условиях производителя) напряжение в цепи датчика или переключателя положения заслонки системы изменения геометрии впускного коллектора (банк 1).
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.
Впускной коллектор
Основная задача — подвести топливную смесь, либо воздух к цилиндрам двигателя. На данный момент есть две основные системы подачи топлива и в зависимости от их конструкции в нем либо происходит смешение бензина и воздуха, либо нет. Подробно в этой статье читаем.
Материал, из которого изготавливается зачастую высокотемпературный пластик, хотя раньше были только металлические варианты (сделанные из алюминия), пластик ставят в угоду экономии, а также для снижения веса автомобиля.
Крепится широкой частью (где 2 – 3 – 4 – 6 труб), обычно к головке блока цилиндров, подсоединяется в специальные каналы, где происходит засос топливной смеси или воздуха. Работает в «паре» с впускными клапанами — то есть клапана открываются, и из коллектора засасывается топливная смесь (или воздух) – далее клапана закрываются – смесь остается в цилиндрах.
Как вы понимаете, здесь зачастую нет высоких температур, поэтому и пластик в конструкции коллектора. Хотя он должен держать около 100 градусов Цельсия, все же головка блока разогревается от работы поршней и воспламенения топлива внутри.
Если взять систему распределенного впрыска топлива, то в коллектор, в конце, почти перед клапанами встроены инжектора, которые подают бензин, смешение с воздухом происходит здесь же. После этого клапана открываются, и происходит засос ТВС (топливно-воздушной смеси).
В системе с непосредственным впрыском топлива, в коллекторе присутствует только воздух, который подается дроссельной заслонкой, клапана открываются — происходит засос воздуха в цилиндры — смешение не происходит в коллекторе, оно смешивается внутри цилиндров.
В верхней точке, где 4 трубы соединяются в одну, сейчас стоит дроссельная заслонка, которая руководит подачей воздуха, раньше на старых системах впрыска, стояли карбюратор или моно-впрыск.
Как коллектор влияет на работу двигателя
Когда мотор работает на максимальных оборотах при полностью нажатой педали газа, то скорость воздуха в коллекторе приближается (а в спортивных автомобилях заметно превышает) скорость звука. На таких скоростях любой поворот и самый незначительный бугорок оказываются серьезным препятствием, которое многократно увеличивает сопротивление коллектора воздушному потоку. В результате в цилиндры поступает меньше воздуха, поэтому мощность мотора падает. В таком режиме карбюратор нередко выдает переобедненную смесь, скорость горения которой в десятки раз быстрей, чем нормальной. Поэтому топливовоздушная смесь взрывается, это приводит к повреждению клапанов, поршней и других элементов мотора.
Не менее важно и качественное соединение коллектора с карбюратором или воздушным фильтром. Если уплотнительные элементы изношены или плохо затянуты гайки крепления, то в месте контакта происходит подсос воздуха, в результате – переобеднение смеси и взрывы в камере сгорания.
Почему может понадобиться ремонт впускного коллектора?
По своей сути впускной коллектор имеет достаточно сложную конструкцию. Исходя из этих соображений значительно возрастает вероятность поломки или неисправности определенного отдельного элемента всего устройства. Зачастую выходят из строя заслонки (в основном на немецких марках автомобилей).
В данном случае автомобиль очень сильно слабнет и существенно теряет мощность. В тоже время значительно увеличивается расход топлива, а тяга и работа двигателя в целом ухудшаются. Выходят заслонки коллектора по нескольким причинам: низкокачественный материал изготовления этих заслонок, чересчур высокая температура, присутствие масляного конденсата.
Помимо этого может также выйти из строя и клапан управления этими заслонками впускного коллектора. Признаком того, что во впускной коллектор попала консистенция масла, является его увеличенный расход, который может превышать 1 литр на 1 тысячу км.
В деталях, которые изготовлены из пластика, очень часто можно встретить проблему, которая заключается в отсоединении трубки от завихрителя. Это, в свою очередь, порождает возникновение определенного характерного звука во время непосредственного движения: шум и треск в автомобиле. Данная поломка вполне решаема даже собственными руками.
Помимо этого, может возникать подсос воздуха в самом впускном коллекторе. Эта поломка может отражаться на мощности автомобиля. Но самое главное, что будет присутствовать серьезный шум, который напоминает подсасывание или выдувание.
В автомобильной природе существует специальный датчик, который используется для того, чтобы измерять абсолютное давление во впускном коллектора. Данный датчик, помимо вышеуказанной функции, отвечает за оптимизацию процессов сгорания и образования смеси воздуха и топлива. Если же данный датчик выйдет из строя, то, скорее всего, электронный блок управления начнет свою работу в аварийном режиме.
Иногда бывает так, что запуск двигателя вообще невозможен. Устройство современного датчика, располагающегося во впускном коллекторе, довольно надежное. И все же, неисправности в нем возможны.
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.
Конструкция и материалы для производства впускных коллекторов
Конструктивно впускной коллектор представляет собой закрытый резервуар сложной формы с общей камерой (ресивером) и отводящими патрубками (по числу цилиндров двигателя). В течение долгого времени на двигатели устанавливали коллекторы из алюминия или чугуна, но примерно с начала 2000-х годов приобретают все большую популярность композитные материалы. Из пластика сделан коллектор двигателей Ford Zetec 2.0, Duratec 2.0 и 2.3 и многих других современных агрегатов.