Впускная система каналы и коллекторы

Впускная система каналы и коллекторы

Улучшение наполнения цилиндров определяется снижением сопротивления впускной и выпускной системы, выбором настроенных систем газообмена (длина и диаметр каналов, фазы газораспределения, сопротивление системы газообмена), оптимизацией фаз газораспределения и режима подогрева смеси.

Наибольший эффект достигается при применении настроенных систем газообмена в двигателях с распределенным или непосредственным впрыскиванием бензина. Впускная система имеет ресивер, от которого к каждому цилиндру идут каналы одинаковой длины, чем достигается равномерное распределение смеси по цилиндрам, повышение наполнения за счет применения инерционного наддува, исключения подогрева воздуха. При правильной настройке системы газообмена удастся добиться увеличения коэффициента наполнения на 8. 15%, причем величина наполнения за счет дозарядки цилиндра превышает единицу. Соответственно повышается и крутящий момент при высокой частоте вращения, но при низких частотах вращения он может снижаться. Это приводит к ухудшению динамики автомобиля и ездовых качеств.

С целью частичной ликвидации этого недостатка ряд фирм (Volvo, Audi и др.) уже давно выпускают двигатели с двухступенчатым впускным трубопроводом. В зоне высоких частот вращения (свыше 4000 об/мин) заслонки открыты и воздух идет по короткому каналу длиной 450-480 мм. При переходе на средние и низкие частоты вращения коленчатого вала впуск воздуха производится подлинному каналу (длиной от ресивера до клапана до 650 мм и выше). В результате крутящий момент увеличивается на 8-12%. Созданы модификации двигателей с двухступенчатыми каналами и для автомобилей ВАЗ.

Наибольшего эффекта удается достичь при использовании впускной системы с бесступенчатой регулировкой длины каналов и изменением фаз газораспределения. При работе на полной нагрузке бесступенчатое регулирование длины впускных каналов и момента запаздывания закрытия впускного клапана увеличивает наполнение цилиндров на всем рабочем диапазоне скоростных режимов. Такая система реализована на двигателях BMW серии 7. Регулирование длины впускного канала ла от 231 до 673 мм осуществляется поворотом цилиндрических золотников. Внутри ресивера проходят две оси для отдельных золотников (для золотников каждого ряда цилиндров своя ось). Максимальный угол поворота золотников 236 градусов. Полный поворот осуществляется менее чем за одну секунду. При низких частотах вращения (до 3500 об./мип) воздух поступает по длинному каналу. При этом за счет инерции потока смеси предотвращается обратный выброс смеси при движении поршня после НМТ. При переходе на высокие частоты вращения золотники поворачиваются и смесь подается по короткому каналу. Это уменьшает аэродинамическое сопротивление смеси и увеличивает наполнение цилиндров, а следовательно, и мощность двигателя. Фирма BMW, создавая новые 4-х и 8-ми цилиндровые двигатели, пошла путем регулирования не только фаз газораспределения и длины впускных каналов, но и высоты подъема впускных клапанов, создав оригинальный механизм их привода

Что такое впускной канал двигателя

Вихревые заслонки (Inlet manifold swirl flaps)

Теория

Для того чтобы разобраться для чего нужны вихревые заслонки надо понять на какие характеристики двигателя они влияют

Основная характеристика двигателя — это его крутящий момент, который позволяет автомобилю преодолевать различные силы, противодействующие движению автомобиля и вызванные в основном: инерцией, лобовым сопротивлением, трением качения и т.п.

Если посмотреть графики замеров с мощностных стендов, то для каждого двигателя мы увидим изменяющийся крутящий момент, пики которого приходятся на определенный диапазон оборотов коленчатого вала. К примеру, для большинства бензиновых атмосферных моторов этот диапазон будет лежать в районе 3000-4500 об/мин. Если бы было возможно расширить этот диапазон и выровнять его, то мы бы не знали горя при обгонах, подъёмах и трогании с места

На величину крутящего момента можно повлиять несколькими способами:

-увеличить рабочий объём двигателя

-увеличить размер шатунов

-улучшить качество приготовления топливной смеси и улучшить процесс горения с целью полного сжигания топлива

В данном случае мы не будем рассматривать физически доработки двигателя

Что такое вихревые заслонки

Для бензиновых и дизельных моторов существуют разные инженерные решения, но преследующие одну и ту же цель — улучшить качество топливной смеси, чтобы топливо сгорало как можно в большем объёме из того, что впрыскивается в цилиндры

Для малых оборотов двигателя (бензиновые двигатели в диапазоне до 3000 об/мин, дизельные — до 2300-2700 об/мин) наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью и, соответственно, сгорание топлива происходит не оптимальным образом. Чтобы улучшить топливную смесь инженеры разработали такую систему как заслонки впускных каналов, которая либо за счёт изменения длины и геометрии впускного тракта, либо сталкивания воздушных потоков позволяет создавать вихревые потоки воздуха и тем самым улучшать топливную смесь.

На больших диапазонах оборотов (бензиновые — свыше 3000 и дизельные свыше 2700 об/мин) требуется максимальное сечение впуска для прохождения большего объёма воздуха и максимально простое движение потока

Вихревые заслонки на дизельном двигателе

Рассмотрим пример дизельного мотора 3.0 TDI концерна Volkswagen, устанавливаемые на линейку моделей Audi, VW и Porsche

V-образная компоновка 6-ти цилиндрового мотора подразумевает 2 впускных коллектора (ниже на фото под номером 1) на каждые 3 «горшка» каждого из рядов. В отличии от двигателей OM642 от мерседес, инженеры VAG выбрали схему с двумя электромеханическими бесступенчатыми моторчиками (номер 3 на фото) для управления залонками (на фото номер 2) коллекторов

Согласно математической модели электронных блоков управления двигателем EDC16 и EDC17, для обеспечения приготовления топливной смеси близкой к идеальной вихревые заслонки имеют 3 режима:

1. полностью закрытое состояние. Обеспечивается на режимах холостого хода и до достижения показания ДПКВ вплоть до 1250 об/мин

2. бесступенчатое открытие в диапазоне от 1250-2750 об/мин

3. полностью открытое положение. Режимы работы: пуск двигателя, аварийные режимы двигателя (с ограниченной мощностью) и после 2750 об/мин

Работая в связке с спиралевидным и тангециальными впускными каналами, вихревые заслонки обеспечивают оптимальное смесеобразование

Моторчики управляют заслонками с помощью шатунного толкателя. Положение вихревых заслонок контролируется интегрированным датчиком

Проблемы и их решения

Среди самых распространенных проблемам в работе этой системы можно отметить следующие:

-датчик(и) положения заслонок выдают некорректные данные. (самые частое -слетают тяги или в процессе эксплуатации образуется большой нарост на самих заслонках). На фото ниже показана заслонка с большим количеством нагара на примере 3х литрового дизельного мотора от BMW

-заслонки из-за большого нагара обламываются и падают в коллектор (занавес, переборка двигателя)

Как всегда есть простое и дешевое решение, а есть дорогой ремонт:

-восстановление системы. Для 100% гарантии необходимо менять впускной коллектор с грязными и изношенными вихрями

-отключение системы. Для этого в программе отключается диагностика и снимается управление с этой системы. При этом заслонки навсегда замирают. Для различных типов двигателей либо в закрытом, либо в открытом положении.

Наша компания предупреждает, что в любом случае при отключении данной системы топливная смесь готовится не оптимальным образом, что приводит к некоторой потери крутящего момента на малых оборотах. Конечно, данная потеря не ведёт к существенным изменениям и не ощущается большинством клиентов. Но такой эффект имеет место быть.

Эту потерю можно с лихвой компенсировать с помощью программного увеличения мощности — чип-тюнингом, поэтому мы рекомендуем воспользоваться этой услугой совместно с отключением вихрей

Впускной винтовой канал для двигателя внутреннего сгорания

1. ВРУСКНОЙ ВИНТОВОЙ КАНАЛ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, В Ш-ОЗЯ (; . — — р — к i — — : 4 1 1 .Х. р ил«:Я i ЕИБЛЕОТЕ.содержащий подводящую часть участок сопряжения и надклапанную камеру с выходным отверстием, центр которого смещен -относительно оси цилиндра , а площадь проходного сечения надклапанной камеры уменьшается по углу поворота в направлении движения газов, о тлича.ющийся .тем, что, с целью снижения аэродинамического сопротивления, площадь лроход . ного сечения надклапанной камеры в секторе протяженностью 140-180 в плане выполнена постоянной причем Начальное сечение сектора располо .жено на угле от плоскости, проходящей через центр выходного отверстия канала и ось цилиндра и (Л размещенной внутри сектора 140-180, Од Со § со

РЕСПУБЛИК (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

l10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3687617/25-06 (22) 11. 11.83 (46) 23.06 ° 85. Бюл. 9 23 (72) Ю.З.Бунзульян, Я.В.Горячий, Л.Я.Литвин, В.А.Митрофанов, Л.И.Вахошии и В.И.Сонкин (71) Ордена Октябрьской Революции и ордена. Трудового Красного Знаме- . ни автомобильный завод им. Ленин-. ского комсомола и.Центральный научно-исследовательский автомобиль- ный и автомоторный институт (53) 621.436-225(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

)) 503033, кл. F 02 F 1/42,,1973. (54)(57) 1. ВПУСКНОЙ ВИНТОВОЙ КАНАЛ

ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ .

4(51) F 02 F 42 F 02 В 3 00 содержащий подводящую часть участок сопряжения и надклапанную камеру с выходным отверстием, центр кото« рого смещен -относительно оси цилиндра, а пнощадь проходного сечения надклапанной камеры уменьшается по углу поворота, в направлении движения газов, о т л и ч а,ю шийся ..тем, что, с целью снижения аэродинамического сопротивления, площадь проходного сечения надклапа)(ной камеры в секторе протяженностью 140-.180 в плане выполнена постоянцой, причем начальное сечение сектора располо4 о жено на угле 25-50 от плоскости ° проходящей через центр выходного отверстия канала и ось цилиндра и размещенной внутри сектора 140-180,»

2. Канал по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что максимальное сечение надклапанной камеры в плосЭ кости параллельной выходному отверстию канала, ограничено конхоидой, Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, в частности к впускным винтовым каналам двигателя внутреннего сгорания.

* Известен впускной винтовой канал для двигателя внутреннего сгорания, содержащий подводящую часть, участок сопряжения и надклапанную камеру с выходным отверстием, центр 16 которого смещен относительно оси цилиндра, а площадь проходного сечения камеры уменьшается по углу поворота в направлении движения газов СЯ

Площадь проходного сечения над- 15 клапанной камеры известного канала по углу развертки камеры уменьшается по линейному закону. Этим аэроди.намическое сопротивление канала в известной мере уменьшается, но оста- 39 . ется повышенным, что не позволяет получить высокие удельные мощностные показатели двигателя.

Целью изобретения является уменьшение аэродинамического сопротивлеУ ния.

Поставленная цель достигается .тем, что во впускном винтовом канале для двигателя внутреннего сгорания, содержащем подводящую часть, ЗЕ участок сопряжения и надклапанную камеру с выходным отверстием, центр которого смещен относительно оси. цилиндра, а площадь проходного сечения надклапаиной камеры уменьшает-.. 35 ся по углу поворота в направлении движения газов, площадь проходного сечения надклапанной камеры в секторе протяженностью 140-180 в плане выполнена постоянной, причем начальное сечение сектора расположено на угле 25-50 от плоскости, проходящей через центр выходного отверстия какала и ось цилиндра и размещенной внутри сектора 140-180 . направляющая окружность которой соосна с выходным отверстием, а полюс расположен в точке, максимально удаленной от оси цилинд-. ра .

Кроме того, максимальное сечение надклапанной камеры в плоскости, параллельной выходному отверстию канала, ограничено конхоидой, направляющая окружность которой соосна выходному отверстию, а полюс расположен в точке, максимально удаленной от оси цилиндра.

На фиг.1 показан впускной канал, вертикальное сечение»,на фиг.2— сечение А-А на фиг.1, на фиг.З— график зависимости площади проходного сечения от угла развертки надклапанной камеры, на фиг.4 — схема истечения заряда из клапанной щели винтового впускного канала.

Винтовой впускной канал имеет подводящую часть 1, участок 2 сопряжения и надклапанную камеру 3. Подводящая часть канала начинается от входного сечения и заканчивается сечением с наименьшей проходной площадью (в плоскости P). Участок сопряжения-ограничивается с одной стороны по движению заряда плоскостью Р, а с другой — полуплоскостью М, начинающейся от оси клапана О и являющейся полуплоскостью начального сечения надклапанной камеры. Угловое положение полуплоскости М определяется тем, что лежащие в ней прямые, перпендикулярные оси клапана, параллельны плоскости Р, Остальная часть канала, ограничиваемая со стороны камеры сгорания двигателя выходным отверстием, представляет собой надклапанную камеру. Зависимость площади проходных сечений надклапанной камеры от угла развертки показана сплошной линией на фиг,З.

Сечение надклапанной камеры в секторе 140-180 в плане выполнено постоянным, причем начальное сечение этого сектора расположено на углу о

25-50 от плоскости, проходящей через

3 1163 центр О выходного отверстия канала,и ось 0 цилиндра причем эта плосУ о. кость лежит внутри сектора 140-180.

При этом максимальное сечение нщклапанной Камеры в плоскости, параллель- ной проходному отверстию канала, ограничено конхоидой, направляющая окружность которой соосна выходному отверстию, а,полюс расположен в точке, максимально удаленной от оси ци- 10 линдра..

При работе двигателя заряд, разогнанный в подвод*щей части канала и приобретший момент количества движения относительно оси клапана, по- 1$ ступает в надклапанную камеру, а оттуда через клапанную щель — в цилиндр двигателя. Поступивший в ци- . линдр заряд сохраняет (за вычетом разного рода потерь) момент количеет- ) ва движения, приобретенный в винтовом впускном канале.

Однако, при несовпадениях оси цилиндра О с осью клапана О не вся энергия, затраченная во впускном 25 канале на создание тангенциальной составляющей скорости заряда на выходе из клапанной щели, увеличивает суммарный момент количества движения заряда в цилиндре. Так, поскольку ЗО линии векторов скоростей, и (фиг.4) элементарных струек заряда, начинающихся в точках А и В клапанной щели, проходят через ось цилиндра, эти элементарные струйки в созда, 35 нии вращательного движения заряда в цилиндре не участвуют.

Кроме того, из фиг.4 видно, что моменты количества движения относи« тельно оси цилиндра, создаваемые частями заряда, истекающими через секторы АГВ и АБВ соответственно, имеют разные знаки (см. например положение векторов V> и Чц скоростей элементарных струек заряда, истекающих из точек В и Г соответст — венно, относйтельно оси цилиндра 01)

Поэтому результирующая величина мо-а мента количества движения заряда в цилиндре является разностью между моментами, создаваемыми цастями заряда, истекающими через эти два сектора клапанной щели. Т.е. энергия, затраченная на придание тангенциальной составляющей скорости заряду, истекающему через сектор АБВ, и приводящая к соответствующему уменьшению коэффициента наполнения, не только не увеличивает, но даже уменьшает

-суммарный момент количества движения заряда в цилиндре.

Пс ользуеман в предлагаемом винтовом впускном канале упоминавшаяся зависимость площади проходного сечения надклапанной камеры от угла развертки последней обеспечивает (по сравнению с каналом, у которого площадь проходного сечения надклапанной камеры уменьшается при увеличении по линейному закону — пунктирная ли-, ния на фиг.3) уменьшение доли заряда, проходящего через сектор АБВ клапанной шели, как непосредственно из-за снижения радиальной скорости заряда в этом секторе (радиальная скорость в первом приближении пропорциональна крутизне уменьшения площади проходного сечения камеры по углу ее развертки), так .и вследствие уменьшения угловой величины этого сектора, связанного с увеличением в этой зоне отношения тангенциальной скорости и радиальной. Этим самым уменьшается доля заряда, у которой энергия, затраченная на создание тангенциальной скорости, приводит не к увеличению, а к снижению момента количества вращения заряда в цилиндре. Отсюда появляется возможность при сохранении заданной интенсивности вихревого движения заряда в цилиндре уменьшить тангенциальную составляющую скорости на выходе из клапанной щели и, тем самым, уменьшить аэродинамическое сопротивление канала.

Редактор В.Данко Техред- Л.Иартяшова Корректор.И.Максимишинец

Заказ 40S7j33 Тирам 538 Подписное

ВНИИИИ Государствениогв комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж- 35 . Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП «Патент», г. У огород, ул. Проектная, 4

Почистил впуск. И от отложений, и от шагрени 🙂

Всем привет!
Продолжаю выкладывать отчёты о мероприятиях с машиной, которые ещё прошлым летом проводил.

Наверняка многие уже встречали в сети описание подобных работ, поскольку чистка впускного коллектора и впускных каналов ГБЦ на атмосферных моторах с непосредственным впрыском — жизненно необходимая периодическая процедура.

Дело в том, что двигатели всех производителей в настоящее время имеют закрытую систему вентиляции картера — т.е. все газы, прорывающиеся в картер при работе мотора сквозь мельчайшие неплотности между поршневыми кольцами и их канавками, а также кольцами и стенками цилиндров, отправляются на повторное сжигание во впуск. Газы естественно подхватывают с собой и уносят из картера масляную пыль — мельчайшие капельки масла, которые летают внутри двигателя. Сперва это всё попадает в маслоотделитель — в зависимости от конструкции мотора он может представлять из себя как внешнюю закрытую камеру с дренажом, расположенную перед впускным коллектором (на RS4 именно так):

так и камеру над клапанной крышкой (4-хцилиндровые Audi):

или непосредственно под ней (фактически все моторы Honda):

По-хорошему масло должно в отделителе и остаться, но против физики не попрёшь — на высоких оборотах поток через маслоотделитель настолько интенсивен, что он попросту не справляется с задачей, в каком бы разумном размере не был исполнен. Даже красивые и объёмные тюнинговые варианты хоть и могут несколько лучше работать, но вряд ли окажутся панацеей. В общем поток газов, пройдя маслоотделитель и оставив часть масла в нём, устремляется во впуск — а впуск-то горячий! Греется и впускной коллектор, даже будучи изготовленным из пластика, греются и впускные каналы ГБЦ, а уж впускные клапана-то какие горячие — они имеют непосредственный контакт с горящей смесью в цилиндрах. Масло на этих поверхностях пригорает, образуются углеродистые отложения:

Если двигатель с нагнетателем, то для него это не столь большая проблема — какие-то ощутимые потери в динамической характеристике мотора будут только до момента перехода давления в коллекторе в положительную величину. Т.е. немного может увеличиться «турбояма». А вот для атмосферного мотора проходимость впускных каналов ГБЦ и каналов впускного коллектора является крайне важной — давления выше атмосферного во впуске такого двигателя не бывает принципиально и наполнение цилиндров свежим воздухом целиком и полностью зависит от газодинамики впускной системы. Чем больше отложений во впуске, тем меньше его пропускная способность, тем меньше свежего воздуха попадёт в цилиндры и тем меньше можно будет сжечь в них бензина и получить мощности.

Интенсивность образования углеродистых отложений во впуске по сути впрямую не зависит от качества используемого масла или от периодичности его замены. Есть зависимость лишь от общего состояния двигателя (чем оно хуже, тем больше картерных газов с маслом) и от режима использования — на высоких оборотах газов в картер проникает несоизмеримо больше. Т.е. владелец автомобиля сколько-нибудь значимо повлиять на появление грязи во впуске не может — ну не отказываться же ради этого от динамичной езды на RS4!

Надо отметить, что проблема эта характерна для моторов любых производителей, но только с непосредственным впрыском. Это раньше, когда впрыск на двигателях был распределённый, форсунки брызгали бензином непосредственно в каналы впускного коллектора и ГБЦ и смывали все отложения — в те времена даже самые убитые моторы, которые масло вёдрами ели и картерными газами которых можно было отравить целый город, имели чистые каналы на впуске. Фото ГБЦ из клуба Honda Capa в качестве иллюстрации — выпускные каналы забиты сажей от чудовищного расхода масла, впускные фактически чистые:

Должен откровенно сказать, что очень трудно заметить постепенную и не очень большую потерю производительности достаточно мощного мотора, если только специально не производить замеры. Ну правда — пойди почувствуй как 420 л.с. превратились в 400 или 380 за двухгодовалую эксплуатацию. Если бы сегодня было 420, а завтра стало 400, то конечно было бы очень заметно — так и бывает, когда например с одного бензина на другой переходишь. В общем я созрел для чистки впуска на RS4, когда пробег стал подбираться к 100000 км потому, что осознавал наличие этой проблемы, обусловленное конструкцией, а не из-за ощущения потери мощности.

Вот такие детали я заготовил для процедуры:

Маслоотделитель можно было и старый почистить, но я купил новый — останется про запас, возможно в будущем препарирую один для обеспечения установки более эффективного тюнингового варианта.

Обязательно перед процедурой надо качественно помыть под капотом и продуть все уголки от мельчайших песчинок сжатым воздухом:

После демонтажа коллектора ведь открывается прямой доступ в камеры сгорания и если туда попадёт какой-то мусор, то он точно пользы не принесёт.

Химию для чистки выбирал осознанно:

Всегда использую карбклинер Abro для подобных вещей. Он беспощаден к углеродистым отложениям, но при этом краску на клапанных крышках, герметизирующий слой на металлических прокладках или на дроссельных заслонках он не смывает и не разъедает.

Снятие коллектора в общем-то посильная процедура для практически любого вдумчивого мастера, но есть пара хомутов которые без специальных щипцов не снять. Вот такая картина открывается:

Подробное фото того, что непосредственно в впускных каналах ГБЦ творится выложено выше (в коллекторе при этом всё гораздо лучше).

У 8-мицилиндрового мотора при любом положении коленвала впускные клапана 6-ти цилиндров закрыты, а 2-х открыты. Основываясь на этом моменте я и производил чистку — сперва 6 закрытых цилиндров почистил, повернул коленвал, чтобы закрылись открытые два, и почистил их. Считаю это наиболее правильным методом — через закрытые клапана никакая химия или соринки не попадает в цилиндры. Можно сделать «ванночку» — т.е. заполнить канал химией до верха и поставить отмокать хоть на сутки, хоть на двое. Если же чистить 8 цилиндров одновременно, то, во-первых, сразу после чистки придётся сменить масло, а во-вторых, возможны очень негативные последствия. Есть такая химия, которая если протечёт в цилиндры (а оттуда в поддон), то способна «зашубить» краску с внутренней стороны поддона при продолжительном воздействии. При сливе масла эта «шуба» не выльется, не сойдёт. А вот при работе двигателя легко отслоится и начнёт забивать маслоприёмник.

А вот коллектор чистить я не стал… Положил на полку…
Потому, что подготовил другой! Ещё в декабре 2014-го прикупил на ebay б/у коллектор для RS4 c целью убрать с его наиболее важных внутренних поверхностей шагрень. Коллектор отлит из алюминия, а отливка таких деталей в автомобилях никогда не отличается идеальным качеством поверхностей. У RS4 B8 кстати коллектор пластиковый, там такая шагрень отсутствует принципиально и этот момент является одной из составляющих, которые обеспечили 30-тисильную прибавку мощности.
И зимой, и весной когда было свободное время, я шлифовальными кругами из наждачной бумаги и дрелью осуществлял задуманное. Для труднодоступных мест купил Dremel 4000 с гибким валом:

По сути модель 4000 самая мощная в этой категории, но всё равно мало производительности, реально только труднодоступные места обрабатывать — в процессе ротор сгорел от нагрузок, пришлось менять и далее быть более осторожным.

Вот что в итоге у меня получилось — обработанные поверхности хорошо видны: