Устройство, принцип работы и тюнинг впускного коллектора

Впускной коллектор двигателя обеспечивает оптимальную работу силового агрегата, распределяя воздушно-топливную смесь к цилиндрам. В статье рассмотрим устройство и принцип работы впускного коллектора, а также системы изменения геометрии для улучшения характеристик двигателя. Обсудим варианты тюнинга, которые повысят мощность и эффективность мотора. Эта информация будет полезна автолюбителям и профессиональным механикам, желающим освоить новые методы оптимизации впускной системы.

Турбулентность во впускном коллекторе

Этот раздел не касается двигателей с непосредственным впрыском. Топливо попадает во впускной коллектор в виде капель и смешивается с воздухом. Часть топлива может оседать на стенках коллектора из-за электростатических сил, что нежелательно, так как в цилиндры поступает меньше топлива, нарушая соотношение «воздух-топливо» в сторону увеличения доли воздуха.

Для борьбы с конденсацией топлива полезна турбулентность. Она способствует более эффективному распылению топлива и его полному сгоранию, что увеличивает мощность двигателя и снижает вероятность детонации. Чтобы создать турбулентность, внутреннюю поверхность впускного коллектора не полируют, а делают шершавой. Важно достичь оптимального уровня турбулентности, так как ее чрезмерное усиление может вызвать перепады давления внутри коллектора, что негативно скажется на мощности двигателя.

Эксперты в области автомобильной техники отмечают, что впускной коллектор играет ключевую роль в обеспечении оптимального воздушного потока к цилиндрам двигателя. Его основная задача заключается в равномерном распределении смеси воздуха и топлива, что напрямую влияет на мощность и эффективность работы мотора. Принцип работы коллектора основан на создании разрежения, которое способствует втягиванию смеси в цилиндры.

Тюнинг впускного коллектора позволяет значительно улучшить характеристики двигателя. Специалисты рекомендуют использовать коллекторы с увеличенной площадью и измененной геометрией, что способствует лучшему заполнению цилиндров и повышению крутящего момента. Однако важно учитывать, что не всегда увеличение производительности приводит к улучшению динамики автомобиля. Поэтому перед проведением модификаций необходимо тщательно анализировать характеристики конкретного двигателя и его предназначение.

Как работает впускной коллектор? (3D-анимация)

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.

Интересные факты

Вот несколько интересных фактов о впускном коллекторе, его устройстве, принципе работы и возможностях тюнинга:

1. Форма и длина коллектора: Впускные коллекторы могут иметь различные формы и длины, что напрямую влияет на характеристики двигателя. Короткие и широкие коллекторы способствуют лучшему заполнению цилиндров на высоких оборотах, в то время как длинные и узкие коллекторы обеспечивают лучший крутящий момент на низких оборотах. Это позволяет инженерам настраивать двигатель под конкретные условия эксплуатации.

2. Влияние на турбулентность: Впускной коллектор играет ключевую роль в создании турбулентного потока воздуха, что способствует лучшему смешиванию топлива и воздуха. Это, в свою очередь, увеличивает эффективность сгорания и мощность двигателя. Некоторые тюнингованные коллекторы имеют специальные конструкции, которые усиливают турбулентность, что может привести к значительному приросту мощности.

3. Тюнинг и материалы: При тюнинге впускного коллектора часто используются легкие и прочные материалы, такие как алюминий или углеродное волокно. Это не только уменьшает вес, но и улучшает теплоотвод, что помогает поддерживать оптимальную температуру впуска. Кроме того, некоторые тюнеры используют 3D-печать для создания индивидуальных коллекторов, что позволяет точно настроить их под специфические требования двигателя и условий эксплуатации.

Эти факты подчеркивают важность впускного коллектора в работе двигателя и его потенциал для улучшения производительности через тюнинг.

КАК РАБОТАЕТ СИСТЕМА ИЗМЕНЕНИЯ ГЕОМЕТРИИ ВПУСКНОГО КОЛЛЕКТОРА, ЧТО ЭТО ТАКОЕ. ПРИМЕР РАБОТЫ СИСТЕМЫ.

Системы изменения геометрии впускного коллектора

Фиксированная длина впускного коллектора эффективно заполняет цилиндры только в узком диапазоне оборотов коленчатого вала. Поэтому предпочтительнее использовать впускной коллектор с системой изменения геометрии, которая позволяет изменять длину и диаметр, либо оба параметра одновременно.

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:

1. BMW называют ее Differential Variable Air Intake (DIVA);
2. у Ford это Dual-Stage Intake (DSI);
3. в автомобилях Mazda система носит название Variable Inertia Charging System (VICS), в ряде случаев Variable Resonance Induction System (VRIS).

Впускной коллектор переменного сечения

Используется на любых типах двигателей, включая турбированные. Уменьшение поперечного сечения увеличивает скорость воздуха в коллекторе, что улучшает смешивание и сгорание рабочей смеси.

Система изменения геометрии впускного коллектора устроена так: впускной канал каждого цилиндра разделен на два, по одному для каждого клапана, внутри одного из которых установлена заслонка. Она управляется вакуумным регулятором или электродвигателем.

При низкой нагрузке заслонки закрыты, и воздух поступает по одному каналу, попадая в цилиндр только через один клапан. Это создает завихрения, улучшая смешивание и качество сгорания топлива. При увеличении нагрузки заслонки открываются, и воздух поступает через оба канала, что увеличивает мощность двигателя.

Существует множество вариантов таких систем. У Opel система называется Twin Port, у Ford — Intake Runner Control (IMRC) и Charge Motion Control Valve (CMCV), а 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 топливной смеси в коллекторе распределяется неравномерно из-за его конструкции. В несимметричном коллекторе наибольшее количество смеси поступает в первый цилиндр, а в последующие – меньше. Симметричный коллектор также имеет недостатки: максимальный объем воздуха попадает в средние цилиндры. Это приводит к различному качеству смеси в цилиндрах и снижению мощности двигателя.

Тюнинг в этом контексте означает замену стандартного впускного коллектора на систему многодроссельного впуска. В этой системе воздушные потоки в цилиндры независимы, так как каждый цилиндр имеет свою дроссельную заслонку.

«Внутренние» работы

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).

Впускной и выпускной коллектор – что это? Просто о сложном.

Материалы для изготовления впускного коллектора

Впускной коллектор является важной частью системы впуска двигателя, и его материалы играют ключевую роль в общей производительности и долговечности агрегата. При выборе материала для изготовления впускного коллектора необходимо учитывать такие факторы, как термостойкость, прочность, вес и стоимость.

Наиболее распространённые материалы для впускных коллекторов включают:

• Чугун: Этот материал обладает высокой прочностью и устойчивостью к коррозии. Чугунные коллекторы хорошо удерживают тепло, что может быть как плюсом, так и минусом. С одной стороны, это способствует лучшему распылению топлива, с другой — может привести к перегреву. Чугунные коллекторы чаще всего используются в старых автомобилях и в некоторых грузовиках.
• Алюминий: Алюминиевые коллекторы легкие и обладают хорошей теплопроводностью, что позволяет быстро достигать оптимальной температуры работы. Они также менее подвержены коррозии по сравнению с чугуном. Однако алюминий может быть менее прочным, особенно при высоких температурах, что требует тщательного проектирования и обработки.
• Пластик: Современные технологии позволяют использовать пластиковые композиты для изготовления впускных коллекторов. Они легкие, устойчивы к коррозии и имеют хорошую теплоизоляцию. Однако пластиковые коллекторы могут быть менее устойчивыми к высоким температурам и механическим повреждениям, что ограничивает их применение в высокопроизводительных двигателях.
• Нержавеющая сталь: Этот материал сочетает в себе прочность и устойчивость к коррозии, что делает его идеальным для высокопроизводительных автомобилей. Нержавеющая сталь может выдерживать высокие температуры и давления, но её вес и стоимость могут быть значительными недостатками.

При выборе материала для впускного коллектора также следует учитывать его влияние на динамику потока воздуха. Например, гладкие поверхности улучшают аэродинамику, что способствует более эффективному впуску воздуха в цилиндры. Кроме того, некоторые производители используют специальные покрытия для уменьшения трения и повышения устойчивости к коррозии.

В заключение, выбор материала для впускного коллектора зависит от множества факторов, включая тип двигателя, условия эксплуатации и желаемые характеристики производительности. Правильный выбор может значительно улучшить работу двигателя и его общую эффективность.

Вопрос-ответ

Каков принцип работы впускного коллектора?

Впускной коллектор работает по принципу вакуума: при каждом такте впуска поршень опускается и создаёт область с низким давлением в цилиндре. Это приводит к тому, что воздух смешивается с топливом и притягивается в цилиндр через впускной клапан и впускной коллектор.

Как работает впускной воздушный коллектор?

На такте впуска коллектор впускает воздух в камеру сгорания, который затем смешивается с топливом из форсунки. После чего цикл сгорания продолжается. Воздух попадает в коллектор через блок воздухоочистителя, содержащий воздушный фильтр автомобиля.

Как работает изменение геометрии впускного коллектора?

Изменение сечения впускного канала работает практически по тому же принципу: либо есть заслонка, которая стоит в канале и меняет его сечение, либо, если каналов два, то она может перекрывать один из них. Управление этими заслонками такое же, как и управление заслонками переменной длины – вакуумом или электроприводом.

Как работают заслонки впускного коллектора?

Вихревые заслонки работают на принципе изменения геометрии впускного канала. При низких оборотах двигателя заслонки частично закрыты, создавая вихрь, который улучшает смешивание воздуха с топливом и обеспечивает более полное сгорание.

Советы

СОВЕТ №1

Перед началом тюнинга впускного коллектора, обязательно изучите характеристики вашего двигателя и его совместимость с различными типами коллекторов. Это поможет избежать проблем с производительностью и надежностью.

СОВЕТ №2

Обратите внимание на материалы, из которых изготовлен впускной коллектор. Алюминий и композитные материалы могут обеспечить легкость и хорошую теплоотводимость, что положительно скажется на работе двигателя.

СОВЕТ №3

При установке нового коллектора, не забывайте о правильной настройке системы впуска и управления двигателем. Это может включать в себя перепрограммирование ЭБУ для оптимизации работы двигателя с новым оборудованием.

СОВЕТ №4

Регулярно проверяйте состояние впускного коллектора и его соединений. Утечки воздуха могут значительно снизить эффективность работы двигателя, поэтому важно следить за герметичностью всех соединений.