Воздух или топливно-воздушная смесь, в зависимости от типа двигателя (дизельный, инжекторный или карбюраторный) попадает в цилиндры через впускной коллектор. Основное предназначение впускного коллектора заключается в том, чтобы обеспечить равномерное распределение воздуха или рабочей смеси между цилиндрами. От этого напрямую зависит эффективность мотора. Помимо этого, на коллекторе могут крепиться другие узлы, например, карбюратор или дроссельная заслонка.
Принцип его работы довольно прост: воздух или его смесь с горючим, попадая внутрь через впускное отверстие, делится на несколько потоков, по числу цилиндров двигателя. Поршни, двигаясь вниз, создают в коллекторе разрежение, которое может достигать больших значений. Этот частичный вакуум используется также для нейтрализации картерных газов. Они через систему вентиляции картера двигателя попадают во впускной коллектор, смешиваются с топливно-воздушной смесью или воздухом и сжигаются в цилиндрах.
До недавнего времени основным материалом для изготовления впускного коллектора были алюминий, железо и чугун. Это создавало определенные сложности. Дело в том, что сам коллектор во время работы мотора сильно нагревается и нагревает воздух, который в данный момент находится внутри него. Воздух, в свою очередь, расширяется и поступает в цилиндры в меньшем объеме, вследствие чего повышается расход горючего и ухудшаются эксплуатационные характеристики двигателя.
В качестве альтернативы металлу, с конца 90-х годов, теперь уже прошлого века, на многих автомобилях применяются композитные материалы на основе пластика. Из-за низкой теплопроводности, такой впускной коллектор нагревается не так сильно, в результате цилиндры лучше наполняются воздухом, и повышается мощность мотора в пересчете на единицу топлива.
Назначение впускного коллектора
Данная деталь предназначена для обеспечения подачи воздуха и ВТС в цилиндры мотора ,пока он работает. В современных силовых агрегатах на этой части устанавливаются дополнительные элементы:
- Дроссельная заслонка (воздушный клапан);
- Датчик воздуха;
- Карбюратор (в карбюраторных модификациях);
- Форсунки (в инжекторных ДВС);
- Турбонагнетатель, крыльчатка которого работает от выпускного коллектора.
Предлагаем небольшое видео об особенностях данного элемента:
Впускной коллектор: частые вопросы
Строение обоих вариантов
Если утрировать то коллектора это 4 трубы, которые соединяются в одну. То есть своего рода «штаны», только на четыре «штанины». Нужно отметить, что бывают и на «две – три» или даже «шесть» труб. Такое устройство обусловлено количеством цилиндров в двигателе, как мы знаем на автомобиле «ОКА» было всего два цилиндра (две трубы), например на новых FORD есть варианты с тремя (трехтрубный), а на некоторых представительских авто – шесть цилиндров (шеститрубный). Причем это будут как впускной, так и выпускной коллектора.
Вот только верхняя точка, где один выход у них будут отличаться:
Впускной – подключается к системе подачи воздуха или топлива, поэтому в «верхней точке» будет стоять либо карбюратор, либо дроссельная заслонка.
Выпускной – подключается к глушителю, отводит отработанные газы. Сейчас зачастую подключается к катализатору.
Теперь подробнее о каждом из типов.
Устройство и конструкция впускного коллектора
Один из важнейших факторов, влияющих на эффективность мотора,– это форма коллектора. Он представлен в виде ряда труб, соединенных в один патрубок. На конце патрубка устанавливается воздушный фильтр.
Количество отводов на другом конце зависит от числа цилиндров в моторе. Впускной коллектор подсоединяется к газораспределительному механизму в районе впускных клапанов. Одним из недостатков ВК является конденсация топлива на его стенках. Для предотвращения такого эффекта электростатической реакции инженерами разработана такая форма труб, которая образует турбулентность внутри магистрали. По этой причине внутренняя часть труб специально оставляется шероховатой.
Форма патрубков коллектора должна иметь конкретные параметры. Во-первых, тракт не должен иметь острых углов. Из-за этого топливо будет оставаться на поверхности труб, что приведет к засорению полости и изменит параметры подачи воздуха.
Во-вторых, самой распространенной проблемой впускного тракта, с которой продолжают бороться инженеры, является эффект Гельмгольца. Когда открывается впускной клапан, воздух устремляется к цилиндру. После его закрытия поток по инерции продолжает движение, а затем резко возвращается. Из-за этого создается давление сопротивления, которое мешает движению очередной порции во втором патрубке.
Эти две причины заставляют автомобильных производителей разрабатывать улучшенные коллекторы, которые обеспечивали бы плавную работу системы впуска.
О тюнинге вместо эпилога
Вспоминая о выпускном коллекторе, нельзя обойти тему тюнинга, ведь эта деталь довольно часто оказывается в списке тех, подлежащих доработкам.
Как правило, на рынке можно найти разные конфигурации этого элемента под определённую модель.
Выпускные коллекторы позволяют достичь, к примеру, хорошей отдачи на низких оборотах или в среднем диапазоне – на любой вкус и цвет.
А в автоспорте зачастую и вовсе отказываются от коллекторов на выходе, напрямую подсоединяя выхлопные трубы к каждому цилиндру.
Принцип работы
Всасывающий коллектор функционирует по очень простой схеме. Когда мотор заводится, воздушный клапан открывается. В процессе перемещения поршня к нижней мертвой точки на такте всасывания в полости создается разрежение. Как только впускной клапан открывается, порция воздуха с большой скоростью движется в освободившуюся полость.
На этапе всасывания происходят разные процессы в зависимости от типа топливной системы:
- Моновпрыск – от фильтра поступает очередная порция воздуха. Она проходит через карбюратор или полость, в которой установлена топливная форсунка (если мотор оснащен инжекторной ТС). В этой полости воздух перемешивается с топливом. Благодаря разряжению в цилиндре эта порция всасывается через поднятый клапан системы впуска;
- Многоточечный впрыск – в каждой трубе коллектора размещены индивидуальные топливные форсунки. Когда открывается соответствующий клапан, воздух подается по подходящей к нему трубе. Одновременно происходит распыление топлива.
- Прямой впрыск – всасывается исключительно воздух. Клапан опускается, поршень сжимает воздух в цилиндре. В конце такта сжатия через форсунку топливо под давлением подается в сжатую среду. В дизельных ДВС происходит идентичный процесс, только воздух сжимается сильнее.
Все современные двигатели оснащаются электронной системой, которая управляет подачей воздуха и топлива. Благодаря этому мотор работает более стабильно. Размеры патрубков подбираются под параметры мотора еще на стадии изготовления силового агрегата.
Форма и объемная эффективность
Одним из важнейших параметров впускного коллектора, определяющим эффективность, является его форма. Основное правило, которого придерживаются все инженеры, гласит, что впускной коллектор не должен иметь никаких угловатых форм, так как это спровоцирует перепады давления и, как следствие, худшее наполнение цилиндров воздухом или рабочей смесью. Поэтому, все коллекторы имеют сглаженные переходы между сегментами и округлые формы.
В подавляющем большинстве нынешних коллекторов применяют раннеры. Представляют они из себя отдельные трубы, расходящиеся от центрального входа коллектора на все имеющиеся впускные каналы в головке блока цилиндров. Их задача состоит в том, чтобы использовать такое явление, как резонанс Гельмгольца. Принцип работы конструкции выглядит следующим образом.
В момент, когда происходит всасывание, воздух проходит на весьма высокой скорости через открытый впускной клапан. Когда клапан закрывается, воздух, не успевший попасть в цилиндр, сохраняет большой импульс, а значит давит на клапан, в результате чего образуется зона высокого давления. Затем происходит выравнивание давления, с более низким давлением в коллекторе. Из-за влияния сил инерции, выравнивание происходит с колебаниями: вначале воздух попадает в раннер под давлением более низким, чем в коллекторе, затем под более высоким. Происходит сей процесс со скоростью звука, и до того, как впускной клапан откроется в очередной раз, колебания могут совершаться многократно.
Изменение давления вследствие резонансных колебаний воздуха тем больше, чем меньше диаметр раннера. Когда поршень движется вниз, давление на выходе раннера уменьшается. Затем этот низкий импульс давления доходит до входа коллектора, где превращается в импульс высокого давления, который проходит в обратном направлении через раннер и клапан, после чего клапан закрывается.
Для достижения максимального эффекта от резонанса, впускной клапан должен открываться в строго определенный момент, иначе результат будет обратный. Добиться этого довольно сложно. Газораспределительный механизм является динамическим узлом, и режим его работы находится в самой прямой зависимости от частоты вращения коленвала. Импульсы синхронизируются статично, синхронизация зависит от длины раннеров. Частично проблема решается тем, что длина подбирается под определенный диапазон оборотов, на которых достигается наибольший крутящий момент. Другой вариант — применение систем изменения геометрии впускного коллектора и электронного управления ГРМ.
Форма патрубков коллектора
Это очень важный фактор, которому уделяется ключевое значение при проектировании впускной системы отдельной модификации моторов. У патрубков должно быть конкретное сечение, длина и форма. Не допускается наличие острых углов, а также сложные искривления.
