Предмети:
- Впускний колектор
- Повітря пульсує у впускному колекторі
- Резонатор Гельмгольца
- Впускний колектор із вихровими заслінками
- Впускний колектор змінної довжини
- Клапан DISA
- Вихлопний колектор
Впускний колектор:
Впускний колектор встановлений між впускною трубою повітряного фільтра та двигуном. Труби колектора встановлені безпосередньо на впускній секції двигуна, прямо біля впускних клапанів. У бензинових двигунах з непрямим уприскуванням паливна форсунка також встановлена у впускному колекторі. Цей інжектор розпилює бензин безпосередньо на впускний клапан.
Впускний колектор - це не просто набір труб. Його форма та оздоблення повинні створювати якомога менший опір вхідному повітрю. У всі циліндри повинна надходити однакова кількість повітря. Тому впускні труби повинні мати однакову довжину для всіх циліндрів. Впускний колектор зазвичай виготовляють із пластику, оскільки він дешевший і менш схильний до нагрівання через високі температури, ніж, наприклад, метал. Повітря у впускному колекторі має бути максимально прохолодним.
Імпульси повітря у впускному колекторі:
Коли впускний клапан відкритий, повітря всмоктується з великою швидкістю. Швидкість потоку повітря у впускному колекторі висока. Коли впускний клапан закривається, повітря, яке ще не надійшло в циліндр, стикається з впускним клапаном і викликає підвищення тиску. Це збільшення тиску викликає рух хвилі у впускному колекторі, який рухається проти напрямку потоку повітря у впускному колекторі. Коли впускний клапан відкривається в момент повернення хвилі тиску, відбувається максимальне наповнення циліндра; хвиля тиску забезпечує надходження додаткового повітря в камеру згоряння. Однак це майже ніколи не відбувається, тому що швидкість двигуна змінюється, і тому впускний клапан майже ніколи не відкривається в оптимальний момент для хвилі тиску. З довшим впускним колектором знадобиться менше часу, щоб хвиля тиску повернулася до впускного клапана, ніж з коротким впускним колектором. З цієї причини корисно мати можливість адаптувати довжину впускного колектора до умов роботи двигуна (див. параграф «впускний колектор зі змінною довжиною» або використання так званого резонатора Гельмгольца.
Резонатор Гельмгольца:
Резонатор Гельмгольца - це резонансна камера, яка сприймає хвилі тиску, викликані закриттям впускного клапана. Резонатор - це не що інше, як закрита повітряна камера, з'єднана з повітрозабірним шлангом між масоміром повітря і дросельною заслінкою. Приклад резонатора Гельмгольца на малюнку позначено червоною стрілкою.
Хвилі тиску, які надходять у резонатор, відбиваються назад до впускного клапана. Хвилі тиску сприяють руху повітря всередину, завдяки чому досягається вищий рівень наповнення. Резонатор також забезпечує поглинання шуму всмоктування, роблячи двигун тихішим. Тому двигун стає потужнішим і тихішим.
Впускний колектор із заслінками:
У дизельних двигунах іноді використовують впускні колектори з завихровими клапанами. Ці клапани забезпечують завихрення повітря, що поступає. На низьких швидкостях швидкість повітря може бути настільки низькою (оскільки турбіна ще не досягла швидкості), що завихрення повітря недостатньо для забезпечення хорошого змішування з дизельним паливом. Тиск упорскування є окремим. Якби клапани не працювали, змішування з паливом і, отже, остаточне згоряння не було б оптимальним. Це означає, що двигун споживає додаткове паливо, виробляє менше енергії та виділяє сажу.
Коли необхідно ввімкнути вихрові клапани, активується вакуумний стакан, що дозволяє штоку керування рухатися зліва направо. Пересуваючи шток управління, клапани можна встановити в потрібне положення.
Впускний колектор змінної довжини:
При конструюванні двигуна необхідно враховувати довжину впускних каналів впускного колектора. Довжина вхідних каналів визначає імпульси тиску, які виникають при відкритті і закритті впускного клапана (див. параграф про імпульси повітря). Якщо ці впускні канали завжди довгі, двигун має високий крутний момент на низьких швидкостях, але тягова сила стає все меншою на високих швидкостях. І навпаки, якщо вони завжди занадто короткі, двигун матиме достатній крутний момент і потужність лише на вищій швидкості. Використовуючи змінний впускний колектор, довжина регулюється залежно від умов водіння. Ось 2 ситуації:
- Довга впускна трубка: переміщуючи повітря на більшу відстань і зменшуючи діаметр трубки, повітря отримує вищу швидкість. Це дуже корисно на високій швидкості з низьким навантаженням або на низькій швидкості з високим навантаженням (більший крутний момент).
- Коротка впускна труба: тепер повітря проходить коротшу відстань і забезпечує краще наповнення циліндра на низькій швидкості з малим навантаженням і на високій швидкості з високим навантаженням (більша потужність).
Клапан DISA:
Клапан DISA є у впускних колекторах BMW. DISA означає: Differenzierte SaugAnlage. Клапан DISA забезпечує блокування повітряного потоку в різних частинах впускного колектора на певних обертах двигуна. Це розділяє впускний колектор на дві частини. Нижче наведено пояснення з трьома зображеннями.
На низькій або середній швидкості клапан DISA закритий. Від дросельної заслінки повітря надходить безпосередньо до циліндра 1. Направляючи всмоктуване повітря до впускного клапана через одну секцію колектора, створюється більша швидкість повітря. Така вища швидкість повітря спричиняє завихрення повітря, що забезпечує краще змішування з уприскованим паливом.
Коли впускні клапани циліндра 1 закриваються, створюється хвиля тиску. Оскільки клапан закритий, хвиля тиску повинна буде пройти довгий шлях через резонансні труби, щоб протікати до впускних клапанів циліндра 5. Тепер хвиля тиску не матиме впливу на потік повітря, що всмоктується через циліндр 5.
На вищих обертах двигуна відкривається клапан DISA. Оскільки довжина впускного отвору тепер збільшена, більша потужність досягається на вищих швидкостях.
Всмоктуване повітря проходить через обидві резонансні камери. Відскок повітря після закриття впускного клапана циліндра 1 забезпечує підштовхування повітря, що надходить до циліндра 5; таким чином підвищується рівень наповнення циліндра 5.
Вихлопний колектор:
Випускний колектор - це теж не просто згусток труб. Чим швидше вихлопні гази можуть витікати, тим краще. Це не лише питання опору потоку. Адже відкривання і закривання випускних клапанів теж треба враховувати.
Приклад: чотирициліндровий двигун має порядок запалювання 1-2-4-3. Коли відкривається випускний клапан другого циліндра, перший залишається відкритим. Оскільки період вихлопу циліндра 2 тільки починається, газ витікає з більшим тиском, ніж у випадку з 1.
Якщо колектор не має правильної форми та діаметра, вихлопні гази будуть мати проблеми з перешкодами. Вихлопні гази з циліндра 1 можуть протидіяти вихлопним газам з циліндра 2. Однак при правильній конструкції відбувається навпаки, і гази з циліндра 1 допомагають видаляти решту вихлопних газів з циліндра 2. Особливо це стосується так званого колектора спагетті (на зображенні нижче).
Деякі бензинові та більшість дизельних двигунів мають інший вихлопні гази турбо встановлений на колекторі. Його встановлюють у колектор якнайшвидше після вигину, щоб якомога менше сповільнювати вихід повітря.
Пекельний шум двигуна без глушників викликаний тим, що вихлопні гази витікають під великим тиском і швидкістю, викликаючи вібрацію повітря. А глушник слід зменшити цей тиск і швидкість.
