Что такое изменяемая геометрия впуска и зачем она нужна

• Главная
• Статьи
• Больше воздуха без наддува: что такое изменяемая геометрия впуска и зачем она нужна

Автор: Михаил Баландин

Наверняка все слышали про изменяемую геометрию впускного коллектора и даже встречали аббревиатуры вроде IMRC, DIVA, DSI, VIS или чего-то похожего. Что всё это такое, зачем это надо, чем отличается и как работает? Сегодня попробуем изложить теорию изменяемой геометрии впуска простыми словами.

Хорошо, но не очень

Любой уважающий себя автомобилист знает, что на такте впуска в цилиндр попадает воздух. Пока поршень движется вниз, к нижней мёртвой точке, впускные клапаны (или клапан) открыты, и воздух всасывается внутрь. И этот процесс идёт просто прекрасно, пока клапан открыт. А что происходит, когда он закрывается? В этот момент воздух внезапно останавливается перед «закрытой дверью», ударяется об неё и идёт обратно во впуск. Звучит, может быть, на первый взгляд странно, но это так: воздух тоже имеет массу (кубометр воздуха весит больше килограмма, между прочим), а значит, он знаком с понятием инерции. Итак, он возвращается во впускной коллектор, а там он натыкается на дроссельную заслонку. И от нечего делать идёт опять к клапану. И оно бы ничего, если бы клапан в этот момент оказался открытым: в этом случае в цилиндр попало бы больше воздуха, а значит, при желании можно было бы впрыснуть и больше топлива. И, само собой, получить больше мощности. Именно к такому событию и стремятся конструкторы, рассчитывая сечение и длину впускного коллектора. А явление, при котором газы по инерции попадают в цилиндр в увеличивающемся количестве, называется резонансным или газодинамическим наддувом. Разумеется, оно свойственно только атмосферным моторам – в турбированных моторах необходимое количество воздуха можно нагнать этой самой турбиной. А единственный возможный наддув в атмосферном моторе – вот этот вот резонансный. 

Понятно, что больше всего хочется избежать наименее благоприятного варианта развития событий: открыть впускной клапан в тот момент, когда воздух, только что ударившись о закрытый клапан, бежит от него обратно к дроссельной заслонке. В этом случае воздуха получится совсем мало, а это приведёт к очень плохому сгоранию топлива: без окислителя (кислорода в воздухе) никакого толкового сгорания не получится. Именно поэтому расчёт коллектора – работа сложная. И, к сожалению, связанная с поиском компромисса.

В атмосферном моторе воздух поступает в цилиндр приблизительно на 75-80% от объёма цилиндра. Конечно же, это не совсем плохо, но и не максимально эффективно. И чтобы сделать это наполнение более качественным, пришла мысль использовать резонансный наддув. Но сделать это не так просто: частота этого резонанса напрямую зависит от оборотов коленвала. А кроме этого, есть ещё два важных параметра: масса резонирующего воздуха и скорость его потока. И их желательно менять, потому что наполнение цилиндров при разных оборотах должно иметь немного разную физику.

Если не углубляться в дебри газовой динамики, то суть можно объяснить довольно просто: при низких оборотах скорость движения воздушного потока будет не слишком высокой, что в сочетании с реже открывающимся клапаном приведёт к нежелательным последствиям. А если при этом канал будет ещё и широким, то турбулентность воздушного потока будет слабой, что приведёт к не очень качественному перемешиванию воздуха и топлива. Сгорание такой топливовоздушной смеси будет недостаточно равномерным, а значит, неэффективным. Поэтому лучше, если на низких оборотах длина коллектора будет больше, а сечение его канала – меньше. 

На высоких оборотах длинный и узкий канал наоборот нежелателен: слишком сильно вырастают насосные потери, а потенциальное количество воздуха, которое могло бы попасть в цилиндр, снижается. Поэтому в этой ситуации лучше иметь более короткий коллектор, но с большим сечением.

Раньше пытались прийти к компромиссу, сделав такой коллектор, который бы более-менее справлялся с воздушным потоком и на низких, и на высоких оборотах. В итоге воздух на каких-то оборотах поступал лучше, на каких-то похуже, и постоянное желание делать моторы мощнее и экологичнее заставили искать способы оптимизации и впускного коллектора. А способ тут один: менять его геометрию, делая его то длиннее, то короче, то уже, то шире. Так появились разные системы изменяемой геометрии впуска.

И так, и эдак

Первая система позволяет изменить длину впускного коллектора в зависимости от оборотов. Часто её так и на называют – переменная длина впуска. Принцип работы у неё довольно простой: в коллекторе предусмотрены два канала разной длины. В нём же стоит заслонка, которая может переключать поток воздуха либо на длинный канал, либо на короткий. Понятно, что тут тоже есть некоторое допущение: вместо плавного изменения длины впуска предусмотрены лишь два положения его длины. Да, решение опять попахивает компромиссом, но это всё же лучше, чем ничего, а делать систему, которая меняла бы длину коллектора непрерывно в зависимости от оборотов, было бы очень дорого. Теоретически такие системы существуют, но в жизни встречаются очень редко.

Остаётся вопрос: кто и как всем этим управляет? В наиболее примитивных системах – конечно же, разрежение в коллекторе, которое падает с ростом оборотов. В этом случае обходятся простым приводом, меняющим положение под действием мембраны. Этот механизм не слишком точный и почти не поддающийся диагностике, поэтому более популярен другой принцип – электропривод, управляемый ЭБУ. Он и работает точнее, и в случае чего способен зажечь Check Engine и напроситься на компьютерную диагностику. 

Изменение сечения впускного канала работает практически по тому же принципу: либо есть заслонка, которая стоит в канале и меняет его сечение, либо, если каналов два, то она может перекрывать один из них. Управление этими заслонками такое же, как и управление заслонками переменной длины – вакуумом или электроприводом.

Справедливости ради надо добавить, что переключениями между каналами не всегда заведует заслонка в прямом смысле слова (нечто, похожее на пластинку, которое  вращается на оси). Реализация может быть разной, и, например, в опелевских моторах Z18XER этим процессом заведует так называемый «барабан» (который на барабан, если честно, внешне совсем не похож), стоящий внутри коллектора. Он имеет окна и способность крутиться вокруг своей оси. В зависимости от угла поворота барабана, его окна могут быть частично перекрыты глухой стенкой, а могут быть открыты, что и меняет скорость и объём потока воздуха. Да, Опель когда-то умел порадовать нестандартным подходом к стандартным вещам. 

Почему я вспомнил про Опель? Потому что многие производители стараются добавить своими системам изменения геометрии впуска уникальности, но технически это выглядит не очень интересно – они все похожи. Поэтому в ход идёт маркетинг и изобретение новых название. Отсюда и получается некоторая каша букв, в которой легко запутаться. Например, система изменения сечения у Форда могла называться IMRC (Intake Manifold Runner Control) или CMCV (Charge Motion Control Valve), а его же система изменения длины впуска называется DSI (Dual-Stage Intake). У BMW эта система называются DIVA (Differential Variable Air Intake) и так далее – различных аббревиатур много, но суть у них одна. Точнее, две – изменение длины или сечения. Впрочем, встречаются и такие системы, которые меняют и то, и другое одновременно.

Что может пойти не так?

Слабое место изменяемой геометрии – это как раз заслонки. Вращаясь на оси, они изнашиваются и со временем начинают люфтить. Появляется характерный стук (или даже треск) в районе впускного коллектора. Если смотреть на это неприятное явление сквозь пальцы, заслонка в один прекрасный момент может развалиться, после чего её куски полетят прямиком в цилиндр. И это будет очень грустно.

Кроме того, заслонки со временем могут зарастать сажей. Мы же помним про прекрасную систему рециркуляции, которая способна отправлять во впуск часть отработавших газов? Она же отправляет туда и частички сажи. Если сажи будет много, заслонки ею зарастают и перестают работать должным образом. Тут поможет промывка, для чего, к сожалению, впуск придётся разобрать.  

Другие симптомы, указывающие на неисправность изменяемой геометрии впуска, не способны однозначно указать именно не неё. Будет заметен рост расхода топлива, в некоторых режимах снизится мощность. Но тут уже не обойтись без диагностики – причин для подобного безобразия множество, и геометрия впуска стоит чуть ли не на последнем месте. Ну а с треском заслонок лучше не ездить – последствия попадания их обломков для мотора почти фатальны. Чаще во впуск улетают вихревые заслонки, но всё же непонятный стук и треск в коллекторе должны сразу насторожить. 

практика

 

Новые статьи

Статьи / Интересно 5 причин покупать и не покупать Renault Megane III «Идеальный семейный автомобиль»; «вообще не годится на роль семейной машины»; «водить его – сплошное удовольствие»; «на трассе – какой-то ужас»; «можно проехать полторы тысячи километров и н… 946 5 2 21.

05.2023

Статьи / Интересно Маленький, но настоящий: как создавали Mercedes 190 и почему он стал звездой В отличие от многих мировых автопроизводителей, компания Mercedes не начинала страницы своей вековой истории с компактных малолитражек. Знатоки истории могут возразить – дескать, а как же вы… 2032 0 6 20.05.2023

Статьи / Практика Хладагенты и масла: почему после заправки кондиционера он может выйти из строя Приближается лето, уже сейчас в машинах становится жарко, и кондиционер приходится включать всё чаще и чаще. Однако некоторые автовладельцы сталкиваются с тем, что «кондёр» стал холодить хуж… 914 1 1 19.

05.2023

Популярные тест-драйвы

Тест-драйвы / Тест-драйв Тест-драйв Geely Monjaro: лучше, чем Volvo? В Китае этот полноразмерный кроссовер дебютировал еще два года назад под неблагозвучным для нашего уха именем Xingyue L и заводским индексом KX11. В России машину сертифицировали в 2022, и в… 12302 8 9 07.04.2023

Тест-драйвы / Тест-драйв Пятаки на снегу: первый тест-драйв Москвич 3 Про автомобили с эмблемой московского завода «Москвич» сейчас говорят много и не всегда – хорошо. Что уж там, всем ведь понятно, что в этом «россиянине с раскосыми и жадными глазами» из росс… 7589 17 2 23. 12.2022

Тест-драйвы / Тест-драйв Наппа, блокировки и танковый разворот: тест-драйв внедорожника Tank 300 Горная Хакасия, массив Сундуки. Крутой подъем и колея с глубокими промоинами, ведущая на вершину. Кажется, будет трудно – ведь в каждой такой промоине автомобиль попадает на диагональное выв… 7574 12 4 02.03.2023

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.

 

 

STL файл Шток вакуумного привода механизма изменения длины впускного коллектора для AUDI・3D модель для скачивания・Cults

---

Ручка

1,16 €

BLM BLACK LIVES MATTER

0,65 €

Лучшие файлы для 3D-принтеров категории «Гаджеты»

Плоскогубцы — Игрушка «Печать на месте»

Бесплатно

Орнамент на вентиляционное отверстие автомобиля для проигрывателя

Бесплатно

Дрейфующий заводной автомобиль, печать на месте

3,05 €

ПОЛНЫЙ КОМПЛЕКТ УЛУЧШЕННОГО АДАПТИВНОГО ЗАХВАТА V2.

0 (С КОДОМ ARDUINO)

3,38 €

Держатель джойстика Cubone

3,50 €

Вертикальная подставка Nintendo Switch

5,75 €

Чехол для GoPro Session 4/5

Бесплатно

Ручной складной вентилятор

Бесплатно

Бестселлеры категории Гаджет

Настраиваемый брелок для ключей «Непоседа» — Value pack

€10 -50% €5

Самодельный робот-манипулятор Arduino с управлением через смартфон

1 €

Док-переключатель Cute Ghost — OLED и классическая версия

3,08 €

Инструмент для установки выноса колеса

10,28 €

Cateran MK2 Полностью напечатанная на 3D-принтере электрогитара

€17,26 -34% €11,39

Подставка для контроллера Crystal — PLAYSTATION / SWITCH / XBOX

2,60 €

G17- DD17 Рельсовая рама

6,50 €

Nintendo Switch — эргономичная рукоятка (оригинал + OLED)

3,03 €

PiPBOT 1 — РОБОТ для печати на месте

4,63 €

БЛОК ДВИГАТЕЛЯ V8 ОХЛАДИТЕЛЬ / ДЕРЖАТЕЛЬ

3,68 €

Автоматический загрузчик нити V2.

0! Никогда больше не заканчивайте нить во время печати!

11,57 €

Пишущая машина V2.0 — 2D-перьевой плоттер

6,14 €

БРЕЛОК TEDDY, С ШАРНИКОВЫМ И НЕЗАДАЧНЫМ, распечатанный на месте без опор

1,85 €

NINTENDO SWITCH ZELDA DOCK — КЛАССИЧЕСКАЯ И OLED-ВЕРСИЯ

8,33 €

Меч Атаки Титанов

€2

Док-станция Nintendo Switch Tentacle — версия Classic и OLED

3,08 €

---

---

💖 Хотели бы вы поддержать культы?

Вам нравятся культы и вы хотите помочь нам продолжить приключение самостоятельно ? Обратите внимание, что мы небольшая команда из 3 человек , поэтому очень просто поддержать нас , чтобы поддерживать деятельность и создавать будущие разработки . Вот 4 решения, доступные для всех:

• РЕКЛАМА: Отключите блокировку баннеров (AdBlock, …) и нажмите на наши рекламные баннеры.

• ПРИНАДЛЕЖНОСТЬ: Совершайте покупки в Интернете, нажав на наши партнерские ссылки здесь Amazon.

• ПОЖЕРТВОВАНИЕ: Если вы хотите, вы можете сделать пожертвование через Ko-Fi 💜.

• СВОБОДНЫЕ СВЕДЕНИЯ: Пригласите своих друзей, откройте для себя платформу и великолепные 3D-файлы, которыми делится сообщество!

Впускной коллектор переменной длины для малых двигателей внутреннего сгорания — Упражнения по мехатронике

Введение

Наша цель состоит в том, чтобы построить VLIM (впускной коллектор переменной длины) для малого двигателя внутреннего сгорания. VLIM обеспечит лучшую мощность и крутящий момент во всем диапазоне мощности, а также лучшую топливную экономичность. VLIM будет построен на 10-сильном двигателе Briggs & Stratton, установленном на испытательном стенде. Как только мы получим работающий механизм, мы сравним выходную мощность и крутящий момент двигателя с VLIM и без него.

В нашу группу входят Эса Хейккинен, Марко Кяэриайнен, Джонатан Эвальдс и Микко Лехто.

Начальная точка

У нас есть испытательный стенд, состоящий из 4-тактного двигателя внутреннего сгорания мощностью 10 л.с., серводвигателя мощностью 7,5 кВт и преобразователя частоты. Двигатель соединен с мотором ременной передачей.

Как будет построен впускной коллектор переменной длины, будет решено позже.

Цели

Целью этого проекта является создание впускного коллектора с плавной регулировкой длины. Длина впускного коллектора регулируется в зависимости от частоты вращения двигателя. Также сделаем систему управления впускным коллектором для выгрузки текущих параметров работы в интернет, например твиттер.

Предварительные идеи

Положение корпуса дроссельной заслонки останется постоянным. Вместо этого мы построим U-образную впускную трубу, состоящую из трех частей: две неподвижные трубы, одна из которых прикреплена к корпусу дроссельной заслонки, а другая к блоку двигателя, и третья подвижная U-образная труба, положение которой регулируется вращающимся шаговым двигателем. резьбовые стержни.

Реализация

Задачи:

• Исследование того, какие механизмы используются в коммерческих продуктах (коммерческий коллектор с плавной регулировкой отсутствует)
• Компоненты: две прямые трубы, одна подвижная U-образная труба, шаговый двигатель, резьбовые стержни, Arduino в качестве платформы для управления длиной коллектора и дополнительный микроконтроллер для загрузки статистики в Интернет. Компоненты измерения оборотов (уже установленные на двигателе) и измерительная система для измерения положения впускного коллектора.
• Кодирование
• Сборка электроники
• Сборка
• Тестирование

Кодирование, сборка и тестирование будут выполняться вместе с другим курсовым проектом, для которого строится испытательный стенд.

Расписание

У нас будут подробные планы в конце первого периода. Рабочий ВЛИМ в цирке мехатроников.

Документация

Наша группа сконструировала устройство впускного коллектора переменной длины, показанное на рис. 1. Устройство состоит из U-образной трубы, которая на концах соединена с двумя прямыми трубами. U-образная труба может перемещаться в осевом направлении и, таким образом, может варьироваться длина трубопровода. Два места соединения труб закрыты резиновыми чехлами, чтобы пыль и другие загрязнения не попадали в воздух, всасываемый двигателем. Шаговый двигатель, соединенный с резьбовым стержнем, регулирует длину воздухозаборника. Шаговый двигатель управляется, как показано на рис. 4.

 

Оптимальную длину впускного коллектора можно рассчитать путем моделирования системы в виде резонатора Гельмгольца. (http://www.ijstr.org/final-print/may2014/Analysis-Of-Change-In-Intake-Manifold-Length-And-Development-Of-Variable-Intake-System.pdf).

Длина впускного коллектора была выбрана таким образом, чтобы можно было оптимизировать объемный КПД цилиндра в диапазоне от 2600 до 3500 об/мин. Это дало необходимую длину впускного коллектора от 100 см до 60 см. Возможно, было бы возможно построить впускной коллектор с большими возможностями регулировки, но наше решение с U-образной трубой дало довольно хороший рабочий диапазон при разумных размерах и сложности производства.

 

 

Рис. 1 Впускной коллектор переменной длины

 

На рис. 2 показан конец U-образной трубы. Концевой выключатель подключается к концу системы и определяет конечное положение диапазона регулировки коллектора. Во время процедуры запуска калибровка выполняется с помощью концевого выключателя. После пусковой калибровки положение коллектора рассчитывается на основе значений управления шаговым двигателем. Это оказалось достаточно точным для нужд этого проекта.

 

Рис. 2. Конец коллектора

 

 

Рис. 3. Корпус дроссельной заслонки, соединенный с коллектором

 

Корпус дроссельной заслонки, показанный на рисунке 3, управляется Arduino mega. Корпус дроссельной заслонки был построен для проекта Bricks & Scrappon, и более подробная информация доступна в его документации.

Для IoT-приложения машины использовался отдельный Arduino Uno с модулем Wi-Fi ESP8266. Был использован отдельный микроконтроллер, потому что функция измерения оборотов двигателя должна работать быстро, а код, связанный с реализацией Wi-Fi, слишком медленный для этого.