Впускной коллектор или впускной коллектор (в американском английском ) — это часть двигателя внутреннего сгорания , которая подает топливно - воздушную смесь в цилиндры . [1] Слово «коллектор» происходит от древнеанглийского слова manigfeald (от англосаксонского manig [много] и feald [многократно]) и обозначает умножение одного (трубы) на много. [2]
Напротив, выпускной коллектор собирает выхлопные газы из нескольких цилиндров в меньшее количество труб — часто в одну трубу.
Основная функция впускного коллектора — равномерное распределение смеси сгорания (или просто воздуха в двигателе с прямым впрыском) по каждому впускному отверстию в головке(ах) цилиндра. Равномерное распределение важно для оптимизации эффективности и производительности двигателя. Он также может служить креплением для карбюратора, корпуса дроссельной заслонки, топливных форсунок и других компонентов двигателя.
Из-за движения поршней вниз и ограничения, вызванного дроссельной заслонкой, в поршневом двигателе с возвратно-поступательным искровым зажиганием во впускном коллекторе существует частичный вакуум (ниже атмосферного давления ). Этот вакуум в коллекторе может быть значительным и может использоваться в качестве источника вспомогательной мощности автомобиля для привода вспомогательных систем: усилителя тормозов , устройств контроля выбросов, круиз-контроля , опережения зажигания , стеклоочистителей , электрических стеклоподъемников , клапанов системы вентиляции и т. д.
Этот вакуум также может быть использован для отвода любых поршневых газов из картера двигателя . Это известно как система принудительной вентиляции картера , в которой газы сжигаются вместе с топливно-воздушной смесью.
Впускной коллектор традиционно изготавливался из алюминия или чугуна, но все большую популярность набирает использование композитных пластиковых материалов (например, большинство 4-цилиндровых двигателей Chrysler, Ford Zetec 2.0, Duratec 2.0 и 2.3, а также серия Ecotec компании GM ).
Карбюратор или топливные инжекторы распыляют капли топлива в воздух в коллекторе. Из-за электростатических сил и конденсации из пограничного слоя часть топлива будет образовывать лужицы вдоль стенок коллектора, а из-за поверхностного натяжения топлива мелкие капли могут объединяться в более крупные капли в воздушном потоке. Оба действия нежелательны, поскольку они создают несоответствия в соотношении воздух-топливо . Турбулентность во впуске помогает разбить капли топлива, улучшая степень распыления. Лучшее распыление обеспечивает более полное сгорание всего топлива и помогает уменьшить детонацию двигателя за счет увеличения фронта пламени. Для достижения этой турбулентности общепринятой практикой является оставлять поверхности впускных и впускных каналов в головке цилиндров шероховатыми и неполированными.
Только определенная степень турбулентности полезна на впуске. После того, как топливо достаточно распылено, дополнительная турбулентность вызывает ненужные перепады давления и падение производительности двигателя.
Конструкция и ориентация впускного коллектора являются основными факторами объемной эффективности двигателя. Резкие изменения контура вызывают падение давления, что приводит к меньшему количеству воздуха (и/или топлива), поступающего в камеру сгорания; высокопроизводительные коллекторы имеют плавные контуры и постепенные переходы между соседними сегментами.
Современные впускные коллекторы обычно используют бегунки , отдельные трубки, простирающиеся к каждому впускному отверстию на головке цилиндра, которые исходят из центрального объема или «пленума» под карбюратором. Цель бегунка — использовать резонансное свойство Гельмгольца воздуха. Воздух течет со значительной скоростью через открытый клапан. Когда клапан закрывается, воздух, который еще не попал в клапан, все еще имеет большой импульс и сжимается против клапана, создавая карман высокого давления. Этот воздух высокого давления начинает выравниваться с воздухом более низкого давления в коллекторе. Из-за инерции воздуха выравнивание будет иметь тенденцию к колебаниям: сначала воздух в бегуне будет иметь более низкое давление, чем коллектор. Затем воздух в коллекторе пытается выровняться обратно в бегун, и колебания повторяются. Этот процесс происходит со скоростью звука и в большинстве коллекторов перемещается вверх и вниз по бегуну много раз, прежде чем клапан снова откроется.
Чем меньше площадь поперечного сечения рабочего колеса, тем выше изменения давления при резонансе для данного воздушного потока. Этот аспект резонанса Гельмгольца воспроизводит один из результатов эффекта Вентури . Когда поршень ускоряется вниз, давление на выходе впускного рабочего колеса уменьшается. Этот импульс низкого давления бежит к входному концу, где он преобразуется в импульс избыточного давления. Этот импульс проходит обратно через рабочее колесо и проталкивает воздух через клапан. Затем клапан закрывается.
Чтобы использовать всю мощь эффекта резонанса Гельмгольца, открытие впускного клапана должно быть правильно рассчитано по времени, в противном случае импульс может иметь отрицательный эффект. Это создает очень сложную проблему для двигателей, поскольку синхронизация клапанов является динамической и основана на частоте вращения двигателя, тогда как синхронизация импульсов является статической и зависит от длины впускного желоба и скорости звука. Традиционным решением была настройка длины впускного желоба для определенной частоты вращения двигателя, при которой требуется максимальная производительность. Однако современные технологии привели к появлению ряда решений, включающих электронное управление фазами газораспределения (например, Valvetronic ) и динамическую геометрию впуска (см. ниже).
В результате «резонансной настройки» некоторые системы впуска без наддува работают с объемной эффективностью выше 100%: давление воздуха в камере сгорания перед тактом сжатия больше атмосферного давления. В сочетании с этой особенностью конструкции впускного коллектора конструкция выпускного коллектора, а также время открытия выпускного клапана могут быть откалиброваны таким образом, чтобы достичь большего вакуумирования цилиндра. Выпускные коллекторы достигают вакуума в цилиндре непосредственно перед тем, как поршень достигает верхней мертвой точки. [ требуется цитата ] Открывающийся впускной клапан затем может — при типичных степенях сжатия — заполнить 10% цилиндра перед началом движения вниз. [ требуется цитата ] Вместо достижения более высокого давления в цилиндре впускной клапан может оставаться открытым после того, как поршень достигает нижней мертвой точки, в то время как воздух все еще поступает. [ требуется цитата ] [ неопределенно ]
В некоторых двигателях впускные каналы прямые для минимального сопротивления. Однако в большинстве двигателей каналы имеют изгибы, некоторые очень извилистые, для достижения желаемой длины канала. Эти повороты позволяют получить более компактный коллектор с более плотной упаковкой всего двигателя в результате. Кроме того, эти «змеевидные» каналы необходимы для некоторых конструкций с переменной длиной/разделенными каналами и позволяют уменьшить размер камеры . В двигателе с не менее чем шестью цилиндрами усредненный поток впуска почти постоянен, а объем камеры может быть меньше. Чтобы избежать стоячих волн внутри камеры, она делается максимально компактной. Каждый впускной канал использует меньшую часть поверхности камеры, чем впуск, который подает воздух в камеру, по аэродинамическим причинам. Каждый канал размещается так, чтобы иметь почти одинаковое расстояние до главного впуска. Каналы, цилиндры которых срабатывают близко друг к другу, не размещаются как соседи.
В 180-градусных впускных коллекторах , изначально разработанных для карбюраторных двигателей V8, двухплоскостной, разделенный впускной коллектор разделяет впускные импульсы, которые коллектор испытывает на 180 градусов в порядке зажигания. Это минимизирует помехи волн давления одного цилиндра с волнами другого, обеспечивая лучший крутящий момент от плавного потока в среднем диапазоне. Такие коллекторы, возможно, изначально были разработаны для двух- или четырехкамерных карбюраторов, но теперь используются как с дроссельной заслонкой, так и с многоточечным впрыском топлива . Примером последнего является двигатель Honda J , который преобразуется в одноплоскостной коллектор около 3500 об/мин для большего пикового потока и мощности.
Старые коллекторы подогревателя с «мокрыми бегунами» для карбюраторных двигателей использовали отвод выхлопных газов через впускной коллектор для обеспечения испаряющегося тепла. Количество отводимого потока выхлопных газов контролировалось клапаном подогревателя в выпускном коллекторе и использовало биметаллическую пружину , которая изменяла натяжение в зависимости от тепла в коллекторе. Современные двигатели с впрыском топлива не требуют таких устройств.
Впускной коллектор переменной длины ( VLIM ) — это технология коллектора двигателя внутреннего сгорания . Существует четыре распространенных варианта реализации. Во-первых, используются два отдельных впускных канала разной длины, а дроссельный клапан может перекрывать короткий путь. Во-вторых, впускные каналы могут быть согнуты вокруг общего коллектора, а скользящий клапан отделяет их от коллектора с переменной длиной. Прямые высокоскоростные каналы могут получать заглушки, которые содержат небольшие удлинения длинных каналов. Коллектор 6- или 8-цилиндрового двигателя может быть разделен на половины, с цилиндрами четного сгорания в одной половине и цилиндрами нечетного сгорания в другой части. Оба подколлектора и воздухозаборник соединены с Y (своего рода главный коллектор). Воздух колеблется между обоими подколлекторами, с большим колебанием давления там, но постоянным давлением в главном коллекторе. Каждый канал от подколлектора до главного коллектора может быть изменен по длине. Для двигателей с V-образным расположением цилиндров это можно реализовать путем разделения одного большого коллектора на высоких оборотах двигателя с помощью скользящих клапанов, вставляемых в него при снижении оборотов.
Как следует из названия, VLIM может изменять длину впускного тракта для оптимизации мощности и крутящего момента , а также для обеспечения лучшей топливной экономичности .
Существует два основных эффекта изменяемой геометрии впуска:
Многие производители автомобилей используют похожую технологию под разными названиями. Другой распространенный термин для этой технологии — система индукции переменного резонанса ( VRIS ).
