Система изменения геометрии впускного коллектора


Система изменения геометрии впускного коллектора

Главная  »  Впускная система » Система изменения геометрии впускного коллектора

Система изменения геометрии впускного коллектора является одной из востребованных технологий повышения мощности двигателя, экономии топлива, снижения токсичности отработавших газов.

Изменение геометрии впускного коллектора может быть реализовано двумя способами:

  1. изменением длины впускного коллектора;
  2. изменение поперечного сечения впускного коллектора.

В ряде случаев изменение геометрии впускного коллектора на одном двигателя осуществляется одновременно двумя способами.

Впускной коллектор переменной длины

Впускной коллектор переменной длины применяется в атмосферных бензиновых и дизельных двигателях для обеспечения лучшего наполнения камеры сгорания воздухом на всем диапазоне оборотов двигателя.

На низких оборотах двигателя требуется достижение максимального крутящего момента как можно быстрее, для чего используется длинный впускной коллектор. Высокие обороты выводят двигатель на максимальную мощность при коротком впускном коллекторе.

Впускной коллектор переменной длины используют в конструкции двигателей многие производители, некоторые дали системе собственные названия:

  • Dual-Stage Intake, DSI от Ford;
  • Differential Variable Air Intake, DIVA от BMW;
  • Variable Inertia Charging System, VICS, Variable Resonance Induction System, VRIS от Mazda.

Регулирование длины впускного коллектора (переключение с одной длины на другую) производится с помощью клапана, входящего в состав системы управления двигателем.

Работа впускного коллектора переменной длины осуществляется следующим образом. При закрытии впускных клапанов во впускном коллекторе остается часть воздуха, которая совершает колебания с частотой пропорциональной длине коллектора и оборотам двигателя. В определенный момент колебания воздуха входят в резонанс, чем достигается эффект нагнетания – т.н. резонансный наддув. При открытии впускных клапанов воздушная смесь в камеры сгорания нагнетается с большим давлением.

В надувных двигателях впускной коллектор переменной длины не используется, т.к. необходимый объем воздуха в камере сгорания обеспечивается механическим и (или) турбокомпрессором. Впускной коллектор в таких двигателях очень короткий, что сокращает размеры двигателя и его стоимость.

Впускной коллектор переменного сечения

Впускной коллектор переменного сечения применяется как на бензиновых, так и на дизельных двигателях, в т.ч. оборудованных наддувом. При уменьшении поперечного сечения каналов впускного коллектора достигается увеличение скорости воздушного потока, лучшее смесеобразование и соответственно обеспечивается полное сгорание топливно-воздушной смеси, снижение токсичности отработавших газов.

Известными системами впуска переменного сечения являются:

  • Intake Manifold Runner Control, IMRC, Charge Motion Control Valve, CMCV от Ford;
  • Twin Port от Opel;
  • Variable Intake System, VIS от Toyota;
  • Variable Induction System, VIS от Volvo.

В системе впускной канал к каждому цилиндру разделен на два канала (отдельный канал на каждый впускной клапан), один из которых перекрыт заслонкой. Привод заслонки осуществляет вакуумный регулятор или электродвигатель, являющийся исполнительным устройством системы управления двигателем.

При частичной нагрузке заслонки закрыты, топливно-воздушная смесь (двигатели с распределенным впрыском) или воздух (двигатели с непосредственным впрыском) поступает в камеру сгорания каждого из цилиндров по одному каналу. При этом создаются завихрения, которые обеспечивают лучшее смесеобразование. При уменьшении сечения впускного коллектора раньше вступает в работу система рециркуляции отработавших газов, тем самым повышается топливная экономичность двигателя.

При полной нагрузке заслонки впускного коллектора открываются, увеличивается подача воздуха (топливно-воздушной смеси) в камеры сгорания и соответственно повышается мощность двигателя.

 

 

Система изменения длины впускного коллектора

Андрей 106 комментариев двигатель, Диагностика неисправностей, Лачетти, Неисправности Лачетти, Расход топлива, Ремонт двигателя, Шевроле, Электрооборудование

Содержание

⏰Время чтения: 7 мин.

Рассмотрим такой узел, как система изменения длины впускного коллектора, а также явные и скрытые неприятности, которые может преподнести данная система.

Мало кто из владельцев инжекторных автомобилей уделяет должное внимание системе изменения длины (геометрии) впускного коллектора. А зря! Данный узел требует периодической диагностики, так как его неисправность обычно не приводит к явным проблемам, а заключается в постепенной потере мощности, нестабильной работе двигателя, не совсем адекватной реакции педали акселератора и, конечно же, перерасходе топлива.

Но не только автовладельцы не уделяют этой системе должное внимание, а и поставщики автозапчастей. Часто поиск деталей данной системы превращается в настоящий квест с непреодолимыми препятствиями.

Мало того, что некоторые продавцы понятия не имеют о чём идёт речь и, дабы совсем не падать в глазах клиента, начинают читать мне каталоги с номерами запчастей и доказывать, что зелёное не зелёное, а круглое

Всё дело в том, что большинство продавцов-«консультантов» никогда в глаза не видели то, о чём консультируют. А в каталогах, которыми они руководствуются, тоже бывают ошибки на ошибке. Но для них это святая книга правды.

Вот пример кодов запчастей системы изменения длины впускного коллектора Лачетти, Нубира, Джентра и т.д.

  • Электромагнитный клапан системы изменения длины впускного коллектора — 25183354 (GM), 96333470 (Корея). В каталогах он обозначается как клапан электромагнитный рециркуляции выхлопных газов Lanos, Leganza, Matiz, Nubira, Lacetti, Aveo, Vida, Tac. Какие выхлопные газы???
  • Рабочий механизм (пневмокамера) — 96408135. Тут, вообще, цирк! Он у нас и клапан ЕГР, и датчик отработавших газов!!!, и датчик давления, и КЛАПАН заслонок…
  • Ресивер с обратным клапаном (бачок вакуумный) — 96334828 —  Бачок вакуумный системы впрыска топлива Дэу Ланос, Нубира, Шевроле Такума, Лачетти. Бачок отработавших газов

Как работает система изменения длины впускного коллектора

Впускной коллектор с системой изменения длины применяется как в бензиновых, так и в дизельных двигателях для обеспечения лучшего наполнения камеры сгорания воздухом на разных оборотах двигателя.

На низких оборотах требуется достижение максимального крутящего момента как можно быстрее, для чего используется длинный впускной коллектор. Высокие обороты выводят двигатель на максимальную мощность при коротком впускном коллекторе.

На большинстве автомобилей эта система работает одинаково. Во впускном коллекторе установлена ось с заслонками, которые перекрывают, либо открывают путь воздушному потоку по одному из двух путей — короткому или длинному.

Состоит система изменения длины впускного коллектора обычно из таких элементов:

  • ресивер с обратным клапаном
  • электромагнитный клапан
  • механизм изменения длины (пневмокамера)
  • ось с заслонками
  • соединительных вакуумных трубок
  • проводки к электромагнитному клапану

Рассмотрим устройство и работу системы более детально на примере автомобиля Шевроле Лачетти.

На фото ниже я отметил:

  • красной стрелкой — ресивер с обратным клапаном
  • зелёной стрелкой — электромагнитный клапан
  • синей стрелкой — проводка к электромагнитному клапану
  • желтой стрелкой — механизм (пневмокамера) изменения длины
  • цифрами — соединительные вакуумные трубки: 1 — от электромагнитного клапана к механизму (пневмокамере), 2 — от коллектора к ресиверу, 3 — от ресивера к клапану.

На остановленном двигателе шток механизма (пневмокамеры) выдвинут полностью и система находится в состоянии короткого коллектора. Как только мы запускаем двигатель, в коллекторе создаётся разрежение и давление падает до 30-33 кПа. На клапан подаётся напряжение и он открывается, тем самым пуская разрежение из коллектора через ресивер в рабочий механизм (пневмокамеру). Пневмокамера втягивает свой шток и, проворачивая ось заслонок, переводит систему на длинный коллектор, что обеспечивает приемистость на низких оборотах двигателя. В таком положении система будет, пока двигатель не достигнет оборотов, равных 4,7 тыс.об/м. После этого ЭБУ отключает подачу напряжения на клапан и он закрывается, перекрывая подачу разрежения на пневмокамеру. Шток пневмокамеры должен теперь полностью выдвинуться и провернуть ось заслонок снова в режим короткого коллектора. Но как он выйдет, если пневмокамера герметична и ей нужен доступ воздуха, чтобы пружина в пневмокамере смогла сдвинуть шток? Это как бутылку опустить в воду горлышком вниз. Вода в нее не попадёт, пока не проделать отверстие в донышке, чтобы вышел воздух.

Для этих целей электромагнитный клапан имеет ещё и третий штуцер, который закрыт колпачком (фильтром), который расположен внизу и на него как раз указывает зелёная стрелка. Это атмосферный штуцер. При отключении напряжения, электромагнитный клапан не только перекрывает разрежение от ресивера к пневмокамере, но и открывает переход от пневмокамеры к атмосферному штуцеру, позволяя пневмокамере набрать воздух и выдвинуть шток.

Теперь кратко рассмотрим устройство и проверку каждого узла отдельно.

Электромагнитный клапан системы изменения длины впускного коллектора

Клапан состоит из корпуса, запорного механизма, трёх штуцеров и электромагнитной катушки. Чтобы демонтировать клапан с автомобиля достаточно со стороны ресивера отогнуть фиксатор-защёлку и сдвинуть клапан вниз

Клапан имеет три штуцера. Один из них (атмосферный) закрыт крышечкой. Её необходимо снять для проверки и удаления грязи

Для проверки запирающих свойств клапана достаточно подуть в боковой штуцер. При этом воздух должен выходить в нижний (атмосферный) штуцер, а в верхний не должен. Если подать на клапан напряжение, то всё должно быть наоборот.

Для проверки обмотки клапана достаточно нажать на фиксатор колодки проводов и снять её

На клапане будут видны два контакта. К ним необходимо подключить омметр и замерить сопротивление, которое должно составлять несколько Ом. Если сопротивление в норме, а клапан не работает, тогда необходимо проверить приходящее напряжение на колодке, которое должно составлять около 14 В при работающем двигателе.

Ресивер (вакуумный бачок) системы изменения длины впускного коллектора

Это цилиндрическая ёмкость с обратным клапаном внутри. Проверка очень проста и состоит из двух пунктов:

  • проверить целостность, чтобы не было утечки разрежения
  • отключить трубку, идущую к электромагнитному клапану, а вторую трубку отключить от коллектора (трубка №2). Подуть в эту трубку — воздух не должен проходить. Но при всасывании в себя — воздух должен проходить!

Рабочий механизм (пневмокамера) системы изменения длины впускного коллектора

Это самое слабое звено в этой цепи.

Пневмокамера состоит из корпуса (металлического или пластикового), штока, диафрагмы и пружины.

Чаще всего система изменения геометрии впускного коллектора выходит из строя именно из-за изношенной диафрагмы пневмокамеры.

Чтобы проверить целостность пружины и диафрагмы, достаточно отсоединить вакуумную трубку  и вдавить шток. Шток должен войти без заеданий, а при отпускании — должен резко выдвинуться. Значит пружина цела и ось заслонок не заедает.

Теперь вдавливаем шток и закрываем штуцер пальцем. Шток не должен выходить из пневмокамеры полностью. Если выходит — значит диафрагма порвана.

Примечание. В металлической пневмокамере при такой проверке шток практически выходить не должен. А в пластиковой пневмокамере шток может выйти почти до половины. Это нормально.

Вот видео работы рабочего механизма с немного износившейся диафрагмой. Смотрите внимательно

Диафрагма ещё кое-как работает. Шток на холостом ходу втягивается, но стоит немного нажать педаль газа, как шток немного выходит. Это происходит, потому что при открытии дроссельной заслонки в коллекторе кратковременно возрастает давление и уменьшается разрежение. И этого разрежения уже не хватает для удержания порванной диафрагмы. Хотя целую диафрагму оно удержало бы без проблем.

По достижении оборотов 4,7 тыс.об/м, шток выдвигается полностью, как должно и быть. Значит вся система работает исправно, кроме диафрагмы.

Но главная проблема даже не в том, что теперь коллектор некорректно переводится в длинный/короткий. Вернее, это тоже проблема, но есть и ещё более серьёзная.

Дело в том, что до 4,7 тыс.об/м электромагнитный клапан открыт и, естественно, пускает разрежение в пневмокамеру с порванной диафрагмой, что приводит к подсосу воздуха во впускной коллектор.

Поэтому пневмокамеру в обязательном порядке необходимо заменить.

Если Вы заметили, что диафрагма испорчена, а до дома ещё очень далеко и нет возможности купить новую пневмокамеру, тогда можно поступить следующим образом:

  1. Отсоединить вакуумную трубку от коллектора, а штуцер на коллекторе заглушить. Внимание!!! Только заглушку нужно искать, которая наденется НА штуцер (например, шланг загнуть и закрепить проволокой, резиновую часть от медицинской пипетки и т.п.), а НЕ в штуцер (спички, зубочистки и т.п.). Нужно именно так для того, чтобы Вашу заглушку не засосало в коллектор! Я использовал загнутый и обжатый проволокой кусочек вакуумного шланга 
  2. Утопить шток пневмокамеры и зафиксировать его в этом положении проволокой, хомутом или чем-то подобным.

Так можно спокойно ехать, куда глаза глядят. Но помнить, что на высоких оборотах двигателя динамика будет чуть хуже.

Замена пневмокамеры системы изменения длины впускного коллектора

Для замены пневмокамеры необходимо открутить два шурупа битой torx, либо подходящей отвёрткой

и отцепить шток

Если новой пневмокамеры пока нет или будете ремонтировать старую, а ездить необходимо, тогда закручиваем шурупы на своё место и привязываем к одному из них ось заслонок, чтобы коллектор всегда был в положении «длинный». Это позволит сохранить динамику на оборотах до 4.7 тыс. Так как на этих оборотах мы передвигаемся гораздо чаще, чем на оборотах выше 4700

А вот теперь самое интересное. После того, как пневмокамера уже была демонтирована, оказалось, что дело было не в порванной диафрагме. Когда её перевернули, увидели вот такое

Вот поближе

Через такую щель сосало воздух во впускной коллектор!

Так как новую пневмокамеру найти не просто и цена у неё, как у комплекта хороших свечей, было принято решение попробовать её отремонтировать и заменить свечи

Паять не представлялось возможным, так как этот металл не лудится. От сварки также отказался.

Спасение нашлось в средстве для ремонта бамперов и прочих элементов кузова.

Как им пользоваться изложено в статье Как заклеить бампер

Красота там не нужна, а надёжность важна, так как в эту отрывающуюся часть внутри давит пружина. Поэтому кроме герметичности необходима и механическая прочность. Получилось, в общем, вот так

Пневмокамера стала работать лучше новой

В комментариях возникло много вопросов по проверке пневмокамеры, поэтому решил добавить видео проверки исправной пневмокамеры

А вот полное видео о системе изменения длины впускного коллектора

А Вы давно обращали внимание на систему изменения длины впускного коллектора в своём авто? Советую посмотреть

Всем Мира и ровных дорог!!!

Международный журнал научных и технологических исследований

0,2

2019CiteScore

10-й процентиль

Powered by  

Охват Scopus:
с ноября 2018 г. по май 2020 г.



Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

ДОБРО ПОЖАЛОВАТЬ В IJSTR (ISSN 2277-8616)  - 

International Journal of Scientific & Technology Research — это международный журнал с открытым доступом, посвященный различным областям науки, техники и технологий, в котором особое внимание уделяется новым исследованиям, разработкам и их применению.

Приветствуются статьи, сообщающие об оригинальных исследованиях или расширенных версиях уже опубликованных статей для конференций/журналов. Статьи для публикации отбираются на основе рецензирования, чтобы гарантировать оригинальность, актуальность и удобочитаемость.

IJSTR обеспечивает широкую политику индексации, чтобы сделать опубликованные статьи заметными для научного сообщества.

IJSTR является частью экологически чистого сообщества и предпочитает режим электронной публикации как онлайновый «ЗЕЛЕНЫЙ журнал».

 

ТРЕБУЮТ ДОКУМЕНТОВ

Приглашаем вас представить высококачественные статьи для рецензирования и возможной публикации во всех областях техники, науки и техники. Все авторы должны согласовать содержание рукописи и ее представление для публикации в этом журнале, прежде чем она будет передана нам. Рукописи должны быть представлены через онлайн-подачу


ЗВОНИТЕ ДЛЯ РЕЦЕНСЕРОВ

IJSTR приветствует ученых, которые заинтересованы в работе в качестве рецензентов-добровольцев. Рецензенты должны проявить интерес, отправив нам свои полные биографические данные. Рецензенты определяют качество материалов. Поскольку ожидается, что они будут экспертами в своих областях, они должны прокомментировать значимость рецензируемой рукописи и то, способствует ли исследование знаниям и продвижению как теории, так и практики в этой области. Заинтересованным рецензентам предлагается отправить свое резюме и краткое изложение конкретных знаний и интересов по адресу [email protected]


ИЗДАТЕЛЬСКАЯ ПОЛИТИКА ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ СТАТЬИ

IJSTR публикует статьи, посвященные исследованиям, разработкам и применению в области техники, науки и технологий. Все рукописи предварительно рецензируются редакционной комиссией. Вклады должны быть оригинальными, ранее или одновременно не публиковавшимися в других местах, и подвергаться критическому анализу перед публикацией. Статьи, которые должны быть написаны на английском языке, должны иметь правильную грамматику и правильную терминологию.


ПУБЛИКАЦИЯ IJSTR ЦЕЛЬ И СФЕРА ПРИМЕНЕНИЯ

IJSTR — международный рецензируемый электронный онлайн-журнал, публикуемый ежемесячно. Цель и сфера деятельности журнала - предоставить академическую среду и важную ссылку для продвижения и распространения результатов исследований, которые поддерживают обучение на высоком уровне, преподавание и исследования в области инженерии, науки и технологий. Приветствуются оригинальные теоретические работы и прикладные исследования, которые способствуют лучшему пониманию инженерных, научных и технологических задач.

Впускной коллектор с изменяемой геометрией | Nishkal Kashyap

Design and development of a variable geometry intake manifold

  • Introduction
  • Specifications
  • Working overview
  • Mechanism
  • Manufacturing
  • Assembly
  • Validation
  • Result

Introduction

Впускной коллектор — это просто механический компонент, прикрепленный к головке блока цилиндров двигателя, который позволяет воздушно-топливной смеси поступать в камеру сгорания двигателя. Впускной коллектор состоит из следующих частей:

Что такое впускной коллектор с изменяемой геометрией?

Короткий ответ, для достижения большей объемной эффективности. Как следствие большей объемной эффективности мы можем достичь большего крутящего момента, мощности и теплового КПД при том же размере двигателя при тех же оборотах.

Что такое Объемный КПД?

Объемный КПД в двигателе внутреннего сгорания определяется как отношение массовой плотности топливно-воздушной смеси, всасываемой в цилиндр при атмосферном давлении (во время такта впуска), к массовой плотности того же объема воздуха в впускной коллектор.

Впускной коллектор с изменяемой геометрией:

Конструкция состоит из следующих компонентов, расположенных по направлению против потока воздуха:

  1. Конструкция : Конструкция состоит из следующих компонентов, расположенных по направлению потока воздуха:

    1. Корпус дроссельной заслонки : Содержит датчик положения дроссельной заслонки и соединяет дроссельную заслонку с тросом управления дроссельной заслонкой.
    2. Вентури (или ограничитель воздуха в случае FSAE) : Наименьший путь во впускном коллекторе.
    3. Трос привода : соединяет подвижный плунжер с сервоприводом.
    4. Крышка верхней камеры : представляет собой верхнюю часть камеры и содержит крепления для троса управления и датчика давления. Он соединяется с нагнетательным барабаном с помощью винтовой резьбы.
    5. Напорный барабан : Соединяет верхнюю и нижнюю нагнетательную камеру.
    6. Подвижный поршень : Перемещается внутри барабана нагнетательного воздуха для управления объемом нагнетательного пространства и длиной направляющей.
    7. Крышка нижней камеры : образует нижнюю часть камеры и содержит крепления для троса управления и датчика давления. Он соединяется с нагнетательным барабаном с помощью винтовой резьбы.
    8. Датчик давления : Используется для измерения давления в различных частях впуска.
    9. Система подачи топлива : Состоит из топливной форсунки и линий подачи топлива из топливного бака.

Specifications

  • Throttle body size : 28mm
  • Venturi Diameter : 20mm (FSAE rule restricted)
  • Plenum Volume : Variable(1200cc to 2800cc)
  • Runner Length : Переменный (от 230 мм до 330 мм)
  • Диаметр рабочего колеса : 40 мм

Рабочий обзор

К сожалению, я потерял все видео и изображения установки из-за повреждения карты памяти. Все, что осталось, это любительское видео установки ниже:

Механизм

На изображениях ниже показано движение подвижного плунжера и соответствующее изменение геометрии коллектора

  1. По мере движения плунжера к верхней камере крышка, объем камеры уменьшен, а длина бегунка увеличена. Оба эти изменения улучшают характеристики двигателя на низких оборотах.

  1. По мере того, как поршень движется к нижней крышке камеры, объем камеры увеличивается, а длина направляющей уменьшается. Оба эти изменения повышают производительность двигателя на высоких оборотах.

Производство

  • Коллектор был изготовлен в основном на токарном станке с ЧПУ и вертикально-фрезерном станке с ЧПУ.
  • В качестве материала был выбран алюминий из-за легкости, коррозионной стойкости и хорошей свариваемости.
  • Ниже представлено изображение обработанных компонентов.

Почему бы не 3D-печать?

Некоторые могут возразить в пользу 3D-печати коллектора вместо обработки на станке с ЧПУ. И в какой-то степени их аргумент может быть действительным и законным. Но причина, по которой я выбрал последнее, заключается в моем предыдущем опыте работы с впускными коллекторами, напечатанными на 3D-принтере. Проблема с коллекторами, напечатанными на 3D-принтере, заключается в том, что конструкция слишком жесткая. Под этим я подразумеваю, что внесение изменений в уже изготовленный коллектор практически невозможно. Например, если позже вы захотите добавить в коллектор дополнительный датчик давления или датчик температуры, вам нужно будет сделать какое-то крепление на напечатанной на 3D-принтере детали. И чтобы сделать крепление, вам нужно будет его обработать, что очень ограничено для большинства 3D-печатных материалов.

С другой стороны, использование алюминия обеспечивает большую гибкость дизайна. То есть на более поздних этапах, если вы хотите внести некоторые дополнения в дизайн, алюминий допускает несколько процессов обработки, таких как сварка, нарезание резьбы, накатка и т. д., которые не существуют в 3D-печати.

Сборка

Окончательно собранный коллектор выглядит следующим образом:

Валидация

  • Используя систему сбора данных, которую мы сделали ранее, значения давления были записаны во впускном коллекторе при различных процентах дроссельной заслонки.
  • Затем эти данные были нанесены на график в MATLAB и проанализированы. Пример данных и результатов выборки показан ниже:

  • Процентное увеличение объемной эффективности в точке конструктивного пересечения:

Где

Pc= мгновенное давление в этой точке

Pm этот цикл

  • Аналогично, Процент снижения объемной эффективности в точке разрушающей интерференции:

  • В перспективе двигатель с фиксированным впускным коллектором, производящий в среднем 40 Нм крутящего момента при, скажем, 8500 об/мин, может производить 45 Нм, просто заменив фиксированный впускной коллектор на регулируемый.

Примечание

Однако следует отметить, что изменение объемного КПД в нашем случае сильно завышено. Это связано с ограничителем воздухозаборника в студенческих автомобилях Формулы, который создает еще более сильные волны давления, особенно при более высоких оборотах двигателя.


Learn more