Впускной тракт двигателя что это
Что такое впускной тракт двигателя
Проверяем подсос воздуха во впускном коллекторе: симптомы и признаки
Любой двигатель внутреннего сгорания обязан работать на смеси воздуха и топлива, которые жёстко регулируются электроникой, если это двигатель инжекторный, или механикой, если мотор карбюраторный. Любой дисбаланс в пропорции воздуха и топлива приводит к некорректной работе двигателя, падению мощности, увеличению расхода топлива. Подсос воздуха во впускном коллекторе может крепко повлиять на стабильность работы мотора. Как проверить и определить неисправность, выявить основные симптомы подсоса, разберёмся прямо сейчас.
Почему нужна очистка впуска: дизель и частые проблемы из-за сажи
Владельцы авто с дизельным двигателем хорошо знают, что любые сбои и отклонения в работе данного типа ДВС требуют немедленной диагностики и устранения. Дело в том, что даже непродолжительная эксплуатация дизеля, который начал троить, дымить и т.д., может в скором времени привести к намного более серьезным последствиям.
Однако даже если вдруг стали заметны определенные сбои (пропала тяга, появились скачки оборотов, при перегазовках идет черный густой дым и т.д.), такие признаки не всегда указывают на то, что обязательно необходим сложный и дорогой ремонт. Другими словами, владельцу не стоит сразу расстраиваться, так как решение проблемы может оказаться весьма простым.
Дело в том, что во многих случаях виновником сбоев в работе дизельного двигателя является банальная грязь и отложения, которые скапливаются во впускном тракте. При этом дизельный двигатель ведет себя так, как будто наступил критический износ агрегата.
Если коротко, когда двигатель работает под небольшой нагрузкой, через этот клапан часть выхлопа поступает во впуск и смешивается с воздухом, который подается в цилиндры. В процентном соотношении около 15% отработавших газов составляют долю в общей массе топливно-воздушного заряда.
Благодаря тому, что в добавленном таким образом выхлопе нет кислорода, замедляется скорость горения топливно-воздушной смеси, в результате чего понижается и температура горения. Это приводит к снижению оксидов азота (NOx) в составе выхлопных газов.
Кроме экологических задач система рециркуляции также позволяет снизить риск возникновения детонации в тех режимах, когда дизель работает на максимально обедненных смесях. Отключение системы ЕГР (клапан для подачи выхлопа во впуск закрыт) происходит тогда, когда двигатель находится под высокими или постоянными нагрузками, то есть нужна исключительно «богатая» мощностная смесь.
Получается, во впуске накапливается не просто сажа, а маслянистая грязь, которая активно загрязняет все поверхности и сам клапан системы рециркуляции отработавших газов EGR.
При этом важно понимать, что если клапан начнет «подвисать» или заклинит, отработавшие газы могут постоянно подаваться во впускной коллектор, то есть это будет происходить на всех режимах. Естественно, в подобной ситуации не следует ожидать от мотора тяги, а от дизельного автомобиля разгонной динамики.
С учетом вышесказанного становится вполне очевидно, что впускной коллектор со временем покрывается плотным маслянистым слоем грязи, в результате чего дизельный мотор начинает работать неустойчиво, теряет мощность, появляется дымный выхлоп и т.д.
Система выпуска
Система выпуска необходима для отвода отработанных газов и снижения шума при их выхлопе. Состоит из выпускного коллектора и выхлопной трубы. В современных двигателях для улучшения экологических показателей дополнительно между выпускным коллектором и выхлопной трубой устанавливается каталитический нейтрализатор.
Рисунок 4.43 Система выпуска.
Выпускной коллектор
Выпускной коллектор (схематически изображен на рисунке 4.43) — это деталь, устанавливаемая непосредственно на головку блока цилиндров и предназначенная для перенаправления отработанных газов далее – в выхлопную трубу.
Этот элемент системы выпуска сильно нагревается, потому в современных автомобилях прикрыт термоизоляционной крышкой. Выпускной коллектор может иметь различную форму, быть изготовленным различными способами и представлять собой литую деталь или набор патрубков (смотрите рисунок 4.44) одинаковой длины, изогнутых в причудливые формы (в быту часто называют «паук»). Сделано это для улучшения отвода отработанных газов от одного цилиндра за счет разряжения, создаваемого при выхлопе газов из другого (следующего согласно «тактности»).
Рисунок 4.44 Двигатель с выпускным коллектором из патрубков.
Каталитический нейтрализатор
Каталитический нейтрализатор — устройство, предназначенное для «дожигания» несгоревшего топлива, которое содержится в отработанных газах, и «удаления» части вредных веществ. Не будем вдаваться в подробности химических процессов, происходящих внутри данного устройства, просто скажем о том, что установка данного прибора значительно снизила выбросы вредных веществ, содержащихся в отработанных газах.
Примечание
В основном, срок службы каталитического нейтрализатора равен сроку службы автомобиля. Однако в отечественных условиях эксплуатации, при использовании топлива низкого качества, в которое, вопреки нормам, добавляют этилированные присадки, специальное пористое наполнение катализатора разрушается, что приводит к ухудшению работы двигателя в целом. В отдельных случаях частицы разрушающегося рабочего элемента попадают в цилиндры, что приводит к выходу из строя поршневой группы.
Выхлопная труба
Выхлопная труба (рисунок 4.43 и 4.45) представляет собой трубку, состоящую из нескольких секций, в промежутках которой установлены глушители.
Рисунок 4.45 Выхлопная труба в сборе.
Новые наработки
Конструкторы постоянно совершенствуют устройство составных частей двигателя, касается это и системы впуска.
Они улучшают используемые датчики, чтобы повысить их точность и долговечность. В основном, это сводится к использованию новых принципов работы.
Более интересными являются наработки, касающиеся конструкции элементов исполнительного механизма, в частности – коллектора.
К примеру, инжекторные моторы с прямым впрыском оснащаются коллекторами с дополнительными заслонками – впускными (они же – вихревые). При этом вносятся конструктивные изменения и в головке блока. Такая впускная система подразумевает наличие двух каналов подачи воздуха к впускным клапанам. И разделение этих каналов делается в головке блока. Используемые впускные заслонки применяются для перекрытия этих каналов.
Система впуска такой конструкции позволяет получить три типа смесеобразования для обеспечения максимально эффективной работы силового агрегата:
А суть этой доработки сводится к тому, что на определенных режимах впускные заслонки перекрывают тот или иной канал, чтобы получить требуемое смесеобразование.
Еще один вариант конструктивного исполнения коллектора впускной системы – переменной длины. Суть работы этого коллектора сводится к тому, что при холостом ходу воздух движется по длинному пути, но при начале работы мотора под нагрузкой открывается специальный клапан, который сокращает путь движения воздуха, что обеспечивает более быстрое наполнение цилиндров воздухом.
Коллектор двигателя HEMI
В дальнейшем, возможно появление еще каких-то более интересных решений для получения максимальной эффективности работы этой составляющей силового агрегата.
Изменение геометрии впускного коллектора
Как уже упоминалось, под каждый двигатель подбирается своя геометрия впускного коллектора. Это позволяет варьировать обороты и улучшать или ухудшать процесс сгорания топлива.
Во всех случаях, изменение геометрии оборачивается изменением скорости воздушного потока.
Вариантов изменения геометрии, как несложно догадаться, всего три:
Так как «играть» длинной труб, зачастую, не представляется возможным, обычно выбирают второй вариант — изменение сечения. Для этого используют специальные заслонки, которые регулируют потоки воздуха иначе, чем заводской механизм.
В автомобилях премиального сегмента присутствует комбинированная система изменения геометрии впускного коллектора.
Это как раз те случаи, когда производитель предлагает разные варианты режимов движения, вроде Comfort, Dinamic и пр. На изменение характеристик мотора отчасти влияет именно работа заслонок впускного коллектора.
Объемная эффективность [ править ]
Конструкция и ориентация впускного коллектора являются основным фактором объемного КПД двигателя. Резкие изменения контура вызывают падение давления, в результате чего в камеру сгорания поступает меньше воздуха (и / или топлива); высокопроизводительные коллекторы имеют плавные контуры и плавные переходы между соседними сегментами.
В современных впускных коллекторах обычно используются бегунки — отдельные трубы, идущие к каждому впускному отверстию на головке блока цилиндров, выходящие из центрального объема или «камеры давления» под карбюратором. Цель бегуна — воспользоваться резонансом Гельмгольца.свойство воздуха. Через открытый клапан воздух проходит со значительной скоростью. Когда клапан закрывается, воздух, который еще не вошел в клапан, все еще имеет большой импульс и сжимается против клапана, создавая карман высокого давления. Этот воздух высокого давления начинает выравниваться с воздухом более низкого давления в коллекторе. Из-за инерции воздуха выравнивание будет иметь тенденцию к колебаниям: сначала воздух в бегунке будет под более низким давлением, чем в коллекторе. Затем воздух в коллекторе пытается уравновеситься обратно в бегунок, и колебания повторяются. Этот процесс происходит со скоростью звука, и в большинстве коллекторов бегунок проходит вверх и вниз много раз, прежде чем клапан снова откроется.
Чтобы использовать всю мощь резонансного эффекта Гельмгольца, открытие впускного клапана должно быть правильно рассчитано по времени, иначе импульс может иметь отрицательный эффект. Это представляет собой очень сложную проблему для двигателей, поскольку синхронизация клапанов является динамической и зависит от частоты вращения двигателя, тогда как синхронизация импульсов является статической и зависит от длины впускного коллектора и скорости звука. Традиционное решение заключалось в настройке длины впускного коллектора для конкретной скорости двигателя, при которой желательна максимальная производительность. Однако современные технологии привели к появлению ряда решений, связанных с электронным управлением фазами газораспределения (например, Valvetronic ) и динамической геометрией впуска (см. Ниже).
В результате «настройки резонанса» некоторые системы впуска без наддува работают с объемным КПД выше 100%: давление воздуха в камере сгорания перед тактом сжатия превышает атмосферное давление. В сочетании с этой конструктивной особенностью впускного коллектора, конструкция выпускного коллектора, а также время открытия выпускного клапана могут быть откалиброваны таким образом, чтобы обеспечить большую откачку воздуха из цилиндра. Выпускные коллекторы создают разрежение в цилиндре непосредственно перед тем, как поршень достигает верхней мертвой точки. [ необходима цитата ] Открывающийся впускной клапан может тогда — при типичных степенях сжатия — заполнить 10% цилиндра перед началом движения вниз. [ необходима цитата ] Вместо достижения более высокого давления в цилиндре впускной клапан может оставаться открытым после того, как поршень достигнет нижней мертвой точки, в то время как воздух все еще поступает внутрь. [ Необходима цитата ] [ неопределенно ]
В некоторых двигателях впускные направляющие прямые для минимального сопротивления. Однако в большинстве двигателей полозья имеют изгибы, некоторые из которых очень извилистые для достижения желаемой длины полозья. Эти витки позволяют получить более компактный коллектор с более плотной упаковкой всего двигателя. Кроме того, эти «змеевиковые» направляющие необходимы для некоторых конструкций направляющих переменной длины / разъема, и позволяют размер камеры статического давления.быть уменьшенным. В двигателе как минимум с шестью цилиндрами усредненный впускной поток почти постоянен, а объем нагнетания может быть меньше. Чтобы избежать стоячих волн в камере статического давления, она сделана максимально компактной. Каждый впускной желоб использует меньшую часть поверхности камеры статического давления, чем воздухозаборник, который подает воздух в камеру статического давления по аэродинамическим причинам. Все бегунки размещаются на одинаковом расстоянии от главного входа. Бегуны, чьи цилиндры стреляют близко друг к другу, не считаются соседями.
В более старых коллекторах стояка тепла с «мокрыми бегунами» для карбюраторных двигателей использовалось отведение выхлопных газов через впускной коллектор для обеспечения испарения тепла. Величина отклонения потока выхлопных газов регулировалась клапаном стояка тепла в выпускном коллекторе и использовалась биметаллическая пружина, которая изменяла натяжение в соответствии с теплом в коллекторе. В современных двигателях с впрыском топлива такие устройства не требуются.
Тюнинг впускного коллектора
Любители автотюнинга не обходят своим вниманием и впускной коллектор. При правильном подходе, действительно, удается улучшить показатели мощности двигателя, пример на видео, ниже.
Впускной коллектор: устройство и принцип работы, обзор основных видов и возможных неполадок
Впускной коллектор — узел двигателя внутреннего сгорания, отвечающий за подачу топливовоздушной смеси в цилиндры. Подобные узлы есть на всех типах ДВС.
Впускной коллектор — это не просто трубы, по которым подается топливовоздушная смесь, он имеет особую форму, сечение, длину, объем. Все дело в том, что смесь топлива и воздуха должна равномерно поступать во все цилиндры двигателя во всех режимах его работы.
Современные впускные коллекторы — это высокотехнологичные изделия, которые обеспечивают стабильную работу двигателей, повышая его характеристики. От исполнения впускного коллектора зависит конечная мощность и динамика вашего автомобиля.
Принцип работы впускного коллектора
Во время движения поршней вниз образуется эффект разряжения: поток смеси в коллекторе упирается в закрытый впускной клапан в такт двигателю. С ростом оборотов смесь во впускном коллекторе отражается от препятствий и начинает совершать «колебательные движения». После образования таких движений, поток смеси движется на большей скорости. В определенных условиях такие колебания становятся резонансными, в результате чего смесь поступает в цилиндры с большим давлением (процесс называется резонансный наддув).
Правильно спроектированный коллектор обеспечивает лучшую вентиляцию цилиндров. Это происходит благодаря разности давлений во впускном и выпускном тракте. Клапаны на впуск и выброс газов имеют определенный шаг опережения такта двигателя. Необходимо, чтобы клапан был максимально открыт или закрыт в оптимальный момент, то есть за один цикл работы цилиндра на долю секунды оба клапана приоткрыты. Давление на впуске становится немного выше, чем на выпуске (где уже произошел выброс газов). Таким образом достигается более эффективная продувка камеры сгорания.
Виды впускных коллекторов
Существуют такие виды впускных коллекторов:
На современных двигателях довольно широко распространены коллекторы с точечным впрыском топлива. В такой модификации топливо подается при помощи электромагнитных форсунок, установленных в каждой из его труб-каналов.
Впускной коллектор, как и двигатель в целом, продуктивно работает в определенном диапазоне оборотов. Устройство и тип установленного коллектора зависит от компоновки блока цилиндров, от целевой направленности двигателя и от конструктивных решений в целом.
Все выше перечисленные коллекторы, делятся на две группы:
Одноплоскостной коллектор подает топливовоздушную смесь через один общий канал, многоплоскостной же изначально делит поток смеси на два потока.
Как правило, двигатели с двухплоскостным коллектором выдают больше мощности на низких и средних оборотах в пределах 2000-4000 об/мин. На высоких же — из-за образующихся завихрений мощность будет несколько ниже.
Коллектор с общей камерой без перегородок раскрывает свой потенциал на оборотах от 5000 и выше.
Установка впускного коллектора другой модификации не гарантирует улучшения показателей двигателя. Обычно такие детали проектируются вместе с ним.
Впускные коллекторы с изменяемой геометрией
Отдельного внимания заслуживает система изменения геометрии впускного коллектора.
Двигатели с переменной длиной впускного тракта
Импульсные движения во впускном коллекторе, безусловно, помогают его работе, но процесс запускается только в диапазоне определенных частот колебаний. Длина импульса пропорциональна длине трубы коллектора. Такой принцип используется во впускных коллекторах с изменяемой длиной. Электронный блок управления двигателем контролирует число оборотов и подает сигнал на клапан для включения «малого» либо «большого» круга подачи смеси.
Устройство коллекторов с изменением сечения каналов
В случае изменения сечения впускного коллектора по ходу движения топливной смеси установлены заслонки, которые в закрытом положении не перекрывают полностью продвижение смеси, а уменьшают просвет коллектора. Изменение сечения потока приводит к завихрениям и увеличению их скорости. Управление такими устройствами осуществляет бортовой компьютер.
Впускные коллекторы с системой рециркуляции отработанных газов
Впускные коллекторы с системами EGR Exhaust Gas Recirculatiоn (система рециркуляции отработанных газов) предназначены для уменьшения токсичных выбросов в атмосферу. Подобные конструкции коллекторов устанавливаются как на бензиновые, так и на дизельные двигатели. Принцип действия прост — отработанные газы из выхлопной системы через отдельный клапан попадают обратно во впускной коллектор, благодаря чему понижается содержание кислорода в топливовоздушной смеси, а значит, понижается интенсивность окисления и температура в камерах сгорания. Система включается только в определенных режимах, например, на холостом ходу.
Ремонт и обслуживание впускных коллекторов
Современный впускной коллектор — деталь сложная. Случаются с ней и поломки. Рассмотрим типичные.
Нарушения герметичности
Это первое, чем «болеют» системы впуска, впрочем как и многие другие узлы автомобиля. Вибрации, перепады влажности, давления и температур сказываются на резиновых (паранитовых и др.) уплотнениях, которых в сложных системах впуска достаточно много. Возможно дополнительное попадание воздуха в смесь, так называемый «подсос».
Дополнительные порции кислорода обедняют смесь, двигатель теряет тягу, появляются проблемы с холостыми оборотами. Возможны ошибки ЭБУ двигателя. Все эти симптомы говорят о проблемах герметичности впускного тракта.
Подсос воздуха во впускном коллекторе может значительно повлиять на динамические показатели двигателя в целом. После восстановления герметичности работа двигателя нормализуется.
Загрязнение впускного коллектора
Впускной тракт время от времени необходимо проверять на предмет налета на стенках. Подобная проблема может довольно сильно повлиять на динамику автомобиля. Особенно часто засоряется коллектор на двигателях с системой рециркуляции выхлопных газов. В таких случаях необходимо произвести разборку и чистку устройства специальным составом.
Деформации и механические повреждения корпуса
Для производства коллекторов широко используют пластик и алюминий, а эти материалы, как известно, могут деформироваться из-за воздействия высоких температур. Пластик со временем трескается и рассыхается. Алюминиевые коллекторы вследствие вибраций могут лопнуть.
Элементы с сильно нарушенной геометрией подлежат замене. Алюминиевые детали можно заварить аргонодуговой сваркой.
Повышенная температура воздуха в впускном коллекторе
Причинами подобной проблемы могут быть:
Решением является проверка узлов системы охлаждения и диагностика электронных систем.
Хлопки во впускном коллекторе
Во время воспламенения топлива в цилиндрах двигателя должны соблюдаться условия герметичности (оба клапана должны быть плотно закрыты). При условии воспламенения топлива с открытым или слегка приоткрытым впускным клапаном топливно-воздушная смесь может воспламеняться в самом коллекторе, в результате чего слышны характерные «хлопки». Такие поломки довольно опасны — они могут привести к значительным повреждениям.
Причинами неисправности могут быть:
В подобных случаях необходимо провести комплексную диагностику двигателя для выявления причин хлопков.
Рассмотрим процедуру замены прокладки впускного коллектора на примере двигателя Шевролет Авео 2017 г.
1. До начала работ обесточить бортсеть автомобиля, сняв отрицательную клемму аккумулятора.
2. Демонтировать рычаги стеклоочистителей (необходимо только в случае с конкретным двигателем).
3. Снять пластиковые фиксаторы защелки 1 и винты 2, после чего удалить решетку воздухозаборника 3.
4. Выполнить опорожнение системы охлаждения, выкрутив сливную пробку радиатора 4.
5. Снять воздухопровод воздушного фильтра 5, открутив винты хомутов 6.
6. Снять трубку принудительной вентиляции картера 7.
7. Отсоединить коммуникации дросселя 8-11, снять сам дроссель 12, открутив винты 13.
8. Отсоединить трубку усилителя тормозов 14.
9. Выкрутить винты 16,17 кронштейна коллектора, демонтировать кронштейн 15.
10. Снять направляющую топливной форсунки, отсоединить шланг охлаждения дросселя 19, открутить болты коллектора 18.
11. Отодвинуть коллектор 20 в сторону, аккуратно снять прокладку 21.
12. Очистить и обезжирить посадочные места для новой прокладки, установить ее.
13. Собрать узлы впускной системы в обратном порядке разборки.
Обращайте внимание на порядок и силу утяжки ремонтируемых узлов. Затягивайте резьбовые соединения постепенно в порядке от центра к краю детали, либо крест-накрест.
Не рекомендуется самостоятельно ремонтировать сложные механические узлы и элементы топливной системы.
Правильная работа впускного коллектора гарантирует длительную эксплуатацию двигателя. При минимальных знаниях и наборе необходимых инструментов текущее обслуживание или мелкий ремонт возможно произвести самостоятельно. Со сложными деталями и электроникой лучше обратиться в сервисный центр.