Где находится впускной коллектор

Для повышения мощностных характеристик, экономичности и снижения выбросов вредных веществ в конструкции современных двигателей применяется изменение геометрии впускного коллектора. Рассмотрим принцип работы впуска переменной длины и вихревых заслонок, поговорим о преимуществах и возможных неисправностях этих систем.

Из теории газообмена в ДВС

Из принципа работы 4-х тактного двигателя мы знаем, что при движении поршня к НМТ и открытом впускном клапане воздух из впускного коллектора направляется в цилиндр.

Если принять свободный объем камеры сгорания, который может быть заполнен воздухом за 1, то на практике, вследствие различного рода потерь, коэффициент наполнения цилиндров атмосферного двигателя составляет 0,7-0,8 (у турбированных двигателей этот параметр выше и зависит от производительности нагнетателя). Проблема питания двигателя воздухом является одной из главных в процессе создания двигателя, так как производительность современных форсунок позволяет вливать в цилиндры огромные дозы топлива. Но это топливо сгорит неэффективно либо и вовсе не воспламенится, если в камере сгорания не будет достаточного количества окислителя, то бишь воздуха.

Понятие резонансного наддува

Значительное влияние на объем воздуха, который способен войти в цилиндр на такте впуска, зависит от проходного сечения впускного канала и объема ресивера. Именно оптимизация движения воздушных потоков – главное предназначение изменяемой геометрии впуска.

Но на чем именно основан принцип работы? Поскольку воздух имеет массу, в процессе движения на такте впуска он набирает кинетическую энергию. В момент закрытия впускного клапана оставшийся в коллекторе воздух по инерции направляется к перекрытому каналу, ударяется в стенку и резонирует, возвращаясь к дроссельному узлу. Элементы дроссельной заслонки, конструкция ресивера и патрубков также создают противодействие воздушному потоку, что заставляется его снова возвратиться в направлении клапана. Если в этот момент открыть впускной клапан, то на такте впуска в цилиндр попадет максимально возможное в этой режимной точке работы двигателя количество воздуха. Подобное явление называется резонансным наддувом. Отчасти именно поэтому геометрией каждого двигателя определен конкретный диапазон оборотов, на которых наполняемость цилиндров наиболее оптимальна.

Преимущество изменяемой геометрии

Частота колебаний воздушных потоков в первую очередь зависит от количества оборотов двигателя, но также и от длины и сечения каналов впускного коллектора. Объясняется это тем, что на низких оборотах скорость движения поршня меньше, следовательно, и частота резонирования потоков воздуха уменьшается. Чем уже канал, тем большую скорость развивает движущийся поток воздуха. Для лучшего наполнения цилиндров узкий и длинный канал должен быть на низких оборотах двигателя. Тогда как на высоких оборотах небольшое сечение канала будет создавать сильные насосные потери, ведь в режиме пиковых нагрузок двигатель потребляет намного больше воздуха, нежели на низких оборотах.

Внедрение изменяемой геометрии впускного коллектора преследует 2 цели:

• возможность подстраивать резонанс потоков воздуха под обороты двигателя;
• регулировать скорость движения потока и массу поступающего воздуха. Проходя через более узкий канал, поток набирает гораздо большую скорость. Это повышает турбулентность в цилиндре и улучшает перемешивание топливно-воздушной смеси, что немаловажно для полноценного сгорания топлива. Канал меньшей длины и большего сечения позволяет полноценно питать двигатель воздухом на высоких оборотах.

Виды систем

Способы реализации технологии изменения геометрии впускного коллектора:

• регулировка длины впускного коллектора;
• регулировка поперечного сечения каналов впускного коллектора.

На некоторых моторах применяется симбиоз из двух видов систем. И в первом, и во втором случае регулировка осуществляется специальными заслонками. Разумеется, для достижения максимального эффекта длина и сечение впускных каналов должны были бы изменяться пропорционально увеличению оборотов двигателя, но данная технология слишком дорога для массового производства и используется только на автомобилях премиум-класса.

Переменная длина впуска

Названия системы, использующиеся некоторыми автопроизводителями:

• Форд —Dual-Stage Intake (DSI);
• БМВ – Differential Variable Air Intake (DIVA);
• Мазда –Variable Inertia Charging System (VICS), Variable Resonance Induction System, (VRIS).

Принцип работы системы достаточно прост. На низких оборотах заслонка большого канала закрыта, поэтому воздух поступает по длинному и более узкому пути. При повышении оборотов выше расчетной границы (обычно это 4000-4300 тыс. об/мин.) заслонка открывается, освобождая более короткий путь воздуху к цилиндру. Регулировка положения заслонки может осуществляться сервоприводом, управление которым лежит на плечах ЭБУ, либо с помощью вакуума. Вакуумный привод предполагает наличие вакуумного клапана, соединенного со впускным коллектором. При повышении оборотов разряжение на впуске увеличивается, что провоцирует втягивание мембраны и перемещение тяги заслонок.

Изменение поперечного сечения

• Форд –Intake Manifold Runner Control (IMRC), Charge Motion Control Valve (CMCV).
• Опель – Twin Port.
• Тойота – Variable Intake System (VIS).
• Вольво – Variable Induction System (VIS).

На рисунке представлено устройство системы Twin Port. Установленная во впускном коллекторе вихревая заслонка открывается только на высоких оборотах, увеличивая тем самым проходное сечение каналов. На рисунке слева вы можете увидеть, что когда заслонка закрыта, воздух поступает по одному из каналов, из-за чего в цилиндре создается большая турбулентность и топливо лучше перемешивается с воздухом. Также система изменения геометрии впускного коллектора на низких оборотах позволяет более эффективно задействовать систему рециркуляции отработавших газов. Как и в случае с изменением длины впуска, управляются заслонки вакуумом либо сервоприводом.

Проблемы и неисправности

Из особенностей эксплуатации двигателей с подобными системами можно выделить лишь появление люфтов приводов заслонок, из-за чего в работе двигателя появляется посторонний шум. Работа заслонок с подклиниванием приводит к потере мощности, увеличению расхода. В остальном поломки схожи с другими системами, в которых используются вакуумные регуляторы или сервоприводы.

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

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.

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:

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

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.

«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).
" alt="">

Подтеки масла через стыки впускного трубопровода не только портят вид подкапотного пространства, но и влияют на работу двигателя. Однако не стоит спешить и сразу менять прохудившийся элемент.

LADA > Kalina

Даже при исправной системе вентиляции картера во впускной коллектор — так эту систему принято именовать в обиходе — попадет определенное количество масла. В этом нет ничего криминального. Со временем герметичность его стыков нарушается и жидкость может просачиваться наружу. Кроме эстетического момента это отражается и на работе мотора. Через щели не только давит масло, но и идет подсос воздуха. Чаще всего это приводит к неровной работе двигателя (небольшому троению) на холостых оборотах.

Впускной коллектор

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.

Check Engine

Конструктив

Металлические впускные коллекторы отливают как единый узел или делают составными. В последнем случае соединения уплотняют герметиком или ставят прокладки. Соответственно, их всегда можно обновить, располовинив составной коллектор.

Пластиковые коллекторы всегда составные. Технологии производства не позволяют изготавливать подобные узлы монолитными. В большинстве случаев такие коллекторы фактически неразборные: стыки соединений пропаяны. Хотя все еще встречаются более продуманные конструкции с возможностью безболезненного разделения на части и замены резиновых прокладок.

Конструкцию конкретного коллектора и возможность замены прокладок или обновления герметика всегда можно увидеть на схемах, которые, к примеру, есть в каталогах запчастей на сайте известных интернет-магазинов.

План действий

Как правило, более капризны стыки пластиковых элементов. Если коллектор разборный, то его герметичность легко восстановить. Правда, в большинстве случаев узел приходится снимать с мотора. А в случае «монолитного» коллектора придется подумать насчет способов его герметизации.

Самый надежный вариант — пластиковая сварка. Это технология, по которой, к примеру, ремонтируют трещины и разрывы бамперов. Однако такой вариант может оказаться дорогим удовольствием, если речь идет о больших зонах восстановления. В этом случае иногда дешевле купить новый или б/у коллектор. Если же делать это своими силами, то придется потратиться на дорогостоящее оборудование: специальный строительный фен и дремель (прямошлифовальная или бормашина).

Вариант попроще — вооружиться паяльником и напаять на стык шов из пластика. Для этого подойдут, к примеру, отрезки из пластикового мерного ведерка для жидкостей. Здесь по большому счету нужно только терпение.

Быстрее и проще всего замазать стыки герметиком. Правда, этот способ наименее предпочтителен для наддувных моторов. У них давление воздуха на впуске в некоторых режимах работы существенно выше, чем у атмосферных двигателей. Поэтому любые герметики могут дать слабину, и для наддувного двигателя больше подойдет именно пайка.

Lada Kalina 2 из парка ЗР

Добровольцы есть?

Вооружившись теорией, отремонтируем систему впуска на редакционной Калине. Составной пластиковый тракт атмосферного бензинового мотора 1.6 (106 л.с.) подтекает по периметру колодцев для катушек зажигания. Видимо, это последствия частых тестов на гоночной трассе «Смоленское кольцо», в которых автомобиль и особенно его двигатель эксплуатировались на пределе своих возможностей.

Впускной коллектор

Новый коллектор стоит около 7000 рублей в интернет-магазинах. Такой высокий ценник на узел для отечественного автомобиля связан с его конструктивными особенностями. В него встроены заслонки системы изменяемой длины каналов. Да и сам коллектор 127-го мотора более объемный и массивный в сравнении, к примеру, с коллектором для 126-го двигателя Приоры. Покупать новый узел — не наш метод.

Увы, изучение схем огорчило. Этот коллектор неразборный. Эксперимент с насильственным располовиниванием показался слишком опасным из-за наличия заслонок. К тому же для этого пришлось бы снимать коллектор, а на 127-м моторе это довольно трудоемко. Поэтому проще отделаться локальным ремонтом.

Впускной коллектор

Впускной коллектор

Из-за большой площади стыков, требующих герметизации, сразу отметается вариант с пластиковой сваркой — слишком дорого. Можно озадачиться самостоятельным заделыванием щелей с помощью паяльника. Но, раз у нас малообъемный атмосферный мотор, то вполне достаточно пройтись герметиком по стыкам.

Перед проведением работ проверяем, подсасывает ли в проблемных местах воздух. Как оказалось, щели были настолько велики, что поливание очистителем тормозов заставляло мотор биться в конвульсиях!

силиконовый герметик

Впускной коллектор

Восстановительные работы заняли около часа. Для хорошего доступа к ремонтным местам потребовалось вынуть индивидуальные катушки зажигания. Герметик и баллон очистителя обошлись в 300 рублей. Повторный тест на подсос воздуха после подсыхания уплотнителя прошел успешно — обороты плавать перестали!

Источник: automotogid.ru