Przedmioty:
- Kolektor dolotowy
- Impulsy powietrza w kolektorze dolotowym
- rezonator Helmholtza
- Kolektor dolotowy z klapami wirowymi
- Kolektor dolotowy o zmiennej długości
- Zawór DISA
- Kolektor wydechowy
Śródlądowy Pruitstuk:
Kolektor dolotowy montowany jest pomiędzy rurą dolotową filtra powietrza a silnikiem. Rury kolektora montuje się bezpośrednio na odcinku dolotowym silnika, tuż przy zaworach dolotowych. W silnikach benzynowych z wtryskiem pośrednim wtryskiwacz paliwa montowany jest także w kolektorze dolotowym. Wtryskiwacz ten wtryskuje benzynę bezpośrednio na zawór wlotowy.
Kolektor dolotowy to nie tylko wiązka rur. Jego kształt i wykończenie muszą stawiać jak najmniejszy opór napływającemu powietrzu. Do wszystkich cylindrów musi docierać taka sama ilość powietrza. Dlatego rury wlotowe powinny mieć tę samą długość dla wszystkich cylindrów. Kolektor dolotowy najczęściej wykonany jest z tworzywa sztucznego, gdyż jest ono tańsze i mniej podatne na nagrzewanie pod wpływem wysokich temperatur niż np. metal. Powietrze w kolektorze dolotowym musi pozostać możliwie chłodne.
Impulsy powietrza w kolektorze dolotowym:
Gdy zawór wlotowy jest otwarty, powietrze jest zasysane z dużą prędkością. Natężenie przepływu powietrza w kolektorze dolotowym jest wysokie. Kiedy zawór wlotowy zamyka się, powietrze, które nie zostało jeszcze wpuszczone do cylindra, zderza się z zaworem wlotowym i powoduje wzrost ciśnienia. Wzrost ciśnienia powoduje ruch falowy w kolektorze dolotowym, który przemieszcza się w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu powietrza w kolektorze dolotowym. Gdy zawór dolotowy otwiera się w momencie powrotu fali ciśnienia, następuje maksymalne napełnienie cylindra; fala ciśnienia zapewnia dopływ dodatkowego powietrza do komory spalania. Jednak prawie nigdy tak się nie dzieje, ponieważ prędkość obrotowa silnika jest zmienna i dlatego zawór dolotowy prawie nigdy nie otwiera się w optymalnym momencie fali ciśnienia. W przypadku dłuższego kolektora dolotowego powrót fali ciśnienia do zaworu dolotowego zajmie mniej czasu niż w przypadku krótkiego kolektora dolotowego. Z tego powodu przydatna jest możliwość dostosowania długości kolektora dolotowego do warunków pracy silnika (patrz rozdział „Kolektor dolotowy o zmiennej długości” lub zastosowanie tzw. rezonatora Helmholtza.
Rezonator Helmholtza:
Rezonator Helmholtza to komora rezonansowa, w której odbierane są fale ciśnienia powstałe w wyniku zamknięcia zaworu wlotowego. Rezonator to nic innego jak zamknięta komora powietrzna podłączona do przewodu dolotowego powietrza pomiędzy miernikiem masy powietrza a przepustnicą. Przykład rezonatora Helmholtza jest oznaczony czerwoną strzałką na rysunku.
Fale ciśnienia docierające do rezonatora są odbijane z powrotem do zaworu wlotowego. Fale ciśnienia wspomagają ruch powietrza do wewnątrz, dzięki czemu ostatecznie osiąga się wyższy poziom napełnienia. Rezonator zapewnia również tłumienie hałasu dolotowego, dzięki czemu silnik jest cichszy. Dzięki temu silnik staje się mocniejszy i cichszy.
Kolektor dolotowy z klapami wirowymi:
W silnikach wysokoprężnych czasami stosuje się kolektory dolotowe z zaworami wirowymi. Zawory te zapewniają zawirowanie napływającego powietrza. Przy niskich prędkościach prędkość powietrza może być tak niska (ponieważ turbosprężarka nie osiągnęła jeszcze prędkości), że zawirowanie powietrza jest niewystarczające, aby zapewnić dobre wymieszanie z olejem napędowym. Ciśnienie wtrysku jest od tego niezależne. Gdyby zawory nie działały, mieszanie z paliwem, a co za tym idzie i końcowe spalanie, nie byłoby optymalne. Oznacza to, że silnik zużywa więcej paliwa, wytwarza mniej mocy i emituje sadzę.
Kiedy zachodzi potrzeba włączenia zaworów wirowych, przyssawka zostaje aktywowana, umożliwiając ruch drążka sterującego od lewej do prawej. Przesuwając drążek sterujący, zawory można ustawić w żądanym położeniu.
Kolektor dolotowy o zmiennej długości:
Konstruując silnik, należy wziąć pod uwagę długość kanałów dolotowych kolektora dolotowego. Długość kanałów wlotowych określa impulsy ciśnienia powstające podczas otwierania i zamykania zaworu wlotowego (patrz akapit dotyczący impulsów powietrza). Jeśli te kanały dolotowe są zawsze długie, silnik ma wysoki moment obrotowy przy niskich prędkościach, ale siła uciągu staje się coraz mniejsza przy dużych prędkościach. I odwrotnie, jeśli są one zawsze za krótkie, silnik będzie miał wystarczający moment obrotowy i moc dopiero przy wyższych obrotach. Dzięki zastosowaniu regulowanego kolektora dolotowego długość jest dostosowywana w zależności od warunków jazdy. Oto 2 sytuacje:
- Długa rura wlotowa: Przesuwając powietrze na większą odległość i zmniejszając średnicę rury, powietrze uzyskuje większą prędkość. Jest to bardzo korzystne przy dużej prędkości przy niskim obciążeniu lub przy niskiej prędkości przy dużym obciążeniu (większy moment obrotowy).
- Krótka rura dolotowa: Powietrze pokonuje teraz krótszą drogę i zapewnia lepsze napełnienie cylindra przy niskiej prędkości przy niskim obciążeniu i przy dużej prędkości przy dużym obciążeniu (większa moc).
Zawór DISA:
Zawór DISA znajduje się w kolektorach dolotowych BMW. DISA oznacza: Differenzierte SaugAnlage. Zawór DISA zapewnia zablokowanie przepływu powietrza w różnych częściach kolektora dolotowego przy określonych prędkościach obrotowych silnika. Dzieli to kolektor dolotowy na dwie części. Poniżej znajduje się wyjaśnienie z trzema obrazami.
Przy niskich i średnich prędkościach zawór DISA jest zamknięty. Z korpusu przepustnicy powietrze przepływa bezpośrednio do cylindra 1. Kierując powietrze dolotowe do zaworu dolotowego przez jedną sekcję kolektora, uzyskuje się większą prędkość powietrza. Ta większa prędkość powietrza powoduje wirowanie powietrza i możliwe jest lepsze wymieszanie się z wtryskiwanym paliwem.
Kiedy zawory wlotowe cylindra 1 zamykają się, powstaje fala ciśnienia. Ponieważ zawór jest zamknięty, fala ciśnienia będzie musiała pokonać długą drogę przez rury rezonansowe, aby dotrzeć do zaworów wlotowych cylindra 5. Fala ciśnienia nie będzie już miała wpływu na przepływ zasysanego powietrza przez cylinder 5.
Przy wyższych obrotach silnika otwiera się zawór DISA. Ponieważ długość wlotu jest teraz wydłużona, wyższą moc osiąga się przy wyższych prędkościach.
Zasysane powietrze przepływa przez obie komory rezonansowe. Odbicie powietrza po zamknięciu zaworu dolotowego cylindra 1 zapewnia napęd powietrza napływającego do cylindra 5; w ten sposób zwiększa się poziom napełnienia cylindra 5.
Kolektor wydechowy:
Kolektor wydechowy to także nie tylko wiązka rur. Im szybciej spaliny mogą wypływać, tym lepiej. Nie chodzi tylko o opór przepływu. W końcu należy wziąć pod uwagę otwieranie i zamykanie zaworów wydechowych.
Przykład: czterocylindrowy silnik ma kolejność zapłonu 1-2-4-3. Kiedy zawór wydechowy drugiego cylindra otwiera się, zawór wydechowy pierwszego cylindra jest nadal otwarty. Ponieważ okres wydechu cylindra 2 dopiero się rozpoczyna, gaz wypływa pod większym ciśnieniem niż ma to miejsce w przypadku cylindra 1.
Jeśli kolektor nie będzie miał prawidłowego kształtu i średnicy, w spalinach wystąpią problemy z zakłóceniami. Gazy spalinowe z cylindra 1 mogą przeciwdziałać spalinom z cylindra 2. Jednak przy odpowiedniej konstrukcji dzieje się odwrotnie i gazy z pierwszego cylindra pomagają w odciągnięciu pozostałych gazów spalinowych z cylindra 1. Dzieje się tak zwłaszcza w przypadku tzw. kolektora Spaghetti (na obrazku poniżej).
Niektóre silniki benzynowe i większość silników wysokoprężnych mają inny turbosprężarka spalinowa zamontowany na kolektorze. Montuje się go w kolektorze możliwie jak najszybciej po zakręcie, aby jak najmniej spowalniać wypływające powietrze.
Piekielny hałas silnika bez tłumików wynika z tego, że spaliny wypływające pod dużym ciśnieniem i z dużą prędkością powodują wibrację powietrza. A tłumik powinien zmniejszyć to ciśnienie i prędkość.
