Предметы:
- Впускной коллектор
- Пульсации воздуха во впускном коллекторе
- резонатор Гельмгольца
- Впускной коллектор с вихревыми заслонками
- Впускной коллектор переменной длины
- клапан ДИСА
- Выхлопной коллектор
Впускной коллектор:
Впускной коллектор установлен между впускным патрубком воздушного фильтра и двигателем. Патрубки коллектора крепятся непосредственно на впускной части двигателя, прямо у впускных клапанов. В бензиновых двигателях с непрямым впрыском топливная форсунка также установлена во впускном коллекторе. Эта форсунка распыляет бензин непосредственно на впускной клапан.
Впускной коллектор – это не просто связка труб. Его форма и отделка должны оказывать как можно меньшее сопротивление поступающему воздуху. Во все цилиндры должно поступать одинаковое количество воздуха. Поэтому впускные трубы должны быть одинаковой длины для всех цилиндров. Впускной коллектор обычно изготавливают из пластика, поскольку он дешевле и менее подвержен нагреву из-за высоких температур, чем, например, металл. Воздух во впускном коллекторе должен оставаться максимально прохладным.
Пульсации воздуха во впускном коллекторе:
Когда впускной клапан открыт, воздух всасывается с высокой скоростью. Скорость потока воздуха во впускном коллекторе высокая. Когда впускной клапан закрывается, воздух, еще не поступивший в цилиндр, сталкивается с впускным клапаном и вызывает повышение давления. Это увеличение давления вызывает волновое движение во впускном коллекторе, которое движется против направления воздушного потока во впускном коллекторе. Когда впускной клапан открывается в момент возврата волны давления, происходит максимальное наполнение цилиндра; волна давления обеспечивает поступление дополнительного воздуха в камеру сгорания. Однако это почти никогда не бывает так, поскольку частота вращения двигателя меняется и поэтому впускной клапан почти никогда не открывается в оптимальный момент для волны давления. При более длинном впускном коллекторе волне давления потребуется меньше времени, чтобы вернуться к впускному клапану, чем при коротком впускном коллекторе. По этой причине полезно иметь возможность адаптировать длину впускного коллектора к условиям работы двигателя (см. параграф «Впускной коллектор переменной длины» или применение так называемого резонатора Гельмгольца.
Резонатор Гельмгольца:
Резонатор Гельмгольца — это резонансная камера, в которую принимаются волны давления, вызванные закрытием впускного клапана. Резонатор представляет собой не что иное, как закрытую воздушную камеру, соединенную с воздухозаборным шлангом между расходомером воздуха и дроссельной заслонкой. Пример резонатора Гельмгольца обозначен на рисунке красной стрелкой.
Волны давления, попадающие в резонатор, отражаются обратно во впускной клапан. Волны давления помогают движению воздуха внутрь, благодаря чему в конечном итоге достигается более высокий уровень наполнения. Резонатор также обеспечивает подавление шума впуска, делая двигатель тише. Таким образом, двигатель становится более мощным и тихим.
Впускной коллектор с вихревыми заслонками:
В дизельных двигателях иногда применяют впускные коллекторы с вихревыми клапанами. Эти клапаны обеспечивают завихрение поступающего воздуха. На малых оборотах скорость воздуха может быть настолько низкой (поскольку турбина еще не набрала обороты), что завихрение воздуха оказывается недостаточным для обеспечения хорошего смешивания с дизельным топливом. Давление впрыска не зависит от этого. Если бы клапаны не работали, смешивание с топливом, а значит и окончательное сгорание, не были бы оптимальными. Это означает, что двигатель потребляет больше топлива, производит меньше мощности и выделяет сажу.
Когда необходимо включить вихревые клапаны, вакуумная чашка активируется, позволяя стержню управления перемещаться слева направо. Сдвигая тягу управления, клапаны можно установить в нужное положение.
Впускной коллектор переменной длины:
При конструировании двигателя необходимо учитывать длину впускных каналов впускного коллектора. Длина впускных каналов определяет импульсы давления, возникающие при открытии и закрытии впускного клапана (см. параграф о воздушных импульсах). Если эти впускные каналы всегда длинные, двигатель имеет высокий крутящий момент на низких оборотах, но тяговая мощность становится все меньше и меньше на высоких оборотах. И наоборот, если они всегда слишком короткие, двигатель будет иметь достаточный крутящий момент и мощность только на более высоких оборотах. Благодаря использованию регулируемого впускного коллектора длина регулируется в зависимости от условий движения. Вот 2 ситуации:
- Длинная впускная трубка: перемещая воздух на большее расстояние и уменьшая диаметр трубки, воздух приобретает более высокую скорость. Это очень полезно на высокой скорости с низкой нагрузкой или на низкой скорости с высокой нагрузкой (больше крутящего момента).
- Короткая впускная труба: воздух теперь проходит меньшее расстояние и обеспечивает лучшее наполнение цилиндров на низкой скорости с низкой нагрузкой и на высокой скорости с высокой нагрузкой (большая мощность).
Клапан ДИСА:
Клапан DISA находится во впускных коллекторах BMW. DISA означает: Differenzierte SaugAnlage. Клапан DISA обеспечивает перекрытие потока воздуха в разных частях впускного коллектора при определенных оборотах двигателя. Это разделяет впускной коллектор на две части. Ниже приведено объяснение с тремя изображениями.
На низких или средних скоростях клапан DISA закрыт. Из корпуса дроссельной заслонки воздух поступает непосредственно в цилиндр 1. За счет направления всасываемого воздуха на впускной клапан через одну секцию коллектора создается более высокая скорость воздуха. Эта более высокая скорость воздуха приводит к его завихрению, что обеспечивает лучшее смешивание с впрыскиваемым топливом.
Когда впускные клапаны первого цилиндра закрываются, создается волна давления. Поскольку клапан закрыт, волне давления придется пройти длинный путь через резонансные трубки, чтобы достичь впускных клапанов цилиндра 1. Волна давления теперь не будет влиять на поток всасываемого воздуха через цилиндр 5.
При более высоких оборотах двигателя клапан DISA открывается. Поскольку длина впуска теперь увеличена, более высокая мощность достигается на более высоких скоростях.
Всасываемый воздух проходит через обе резонансные камеры. Отскок воздуха после закрытия впускного клапана цилиндра 1 обеспечивает движение воздуха, поступающего в цилиндр 5; Таким образом, уровень наполнения цилиндра 5 увеличивается.
Выхлопной коллектор:
Выпускной коллектор – это тоже не просто связка труб. Чем быстрее выхлопные газы смогут выйти наружу, тем лучше. Дело не только в сопротивлении потоку. Ведь необходимо учитывать и открытие и закрытие выпускных клапанов.
Пример: четырехцилиндровый двигатель имеет порядок зажигания 1-2-4-3. Когда выпускной клапан второго цилиндра открывается, выпускной клапан первого все еще открыт. Поскольку период выпуска из цилиндра 2 только начинается, газ выходит с большим давлением, чем в случае с 1.
Если коллектор не имеет правильной формы и диаметра, у выхлопных газов возникнут проблемы с помехами. Выхлопные газы из цилиндра 1 могут противодействовать выхлопным газам из цилиндра 2. Однако при правильной конструкции происходит обратное, и газы из цилиндра 1 помогают извлечь оставшиеся выхлопные газы из цилиндра 2. Особенно это касается так называемого коллектора спагетти (на изображении ниже).
Некоторые бензиновые и большинство дизельных двигателей имеют еще один турбина выхлопных газов установлен на коллекторе. Он устанавливается в коллектор как можно скорее после изгиба, чтобы как можно меньше замедлять выходящий воздух.
Адский шум двигателя без глушителей вызван тем, что выхлопные газы вытекают под большим давлением и скоростью, заставляя воздух вибрировать. А глушитель следует уменьшить это давление и скорость.
