Система изменения геометрии впускного коллектора

Система, которая изменяет геометрию впускного коллектора, была разработана с целью повышения номинальной мощности ДВС, дополнительной экономии топлива, а также снижения показателя токсичности ОГ.

Уменьшение или увеличение геометрии впускного пространства реализуется обычно двумя способами

— Увеличением или уменьшением длины  коллектора;
— Изменение  сечения  коллектора ;

В некоторых случаях на одном двигателе, возможно, изменение геометрии сразу 2-мя способами.

Впускной коллектор с изменяемой длиной применяют в бензиновых и дизельных моторах с целью обеспечения самого лучшего наполнения камер сгорания на всех возможных оборотах двигателя.

Так, на низких оборотах необходимо, чтобы происходило достижение максимального крутящ. момента и как возможно быстрее, для чего применяют впускной коллектор с повышенной длиной. Высокие обороты должны выводить мотор на максимально возможную мощность при самом небольшом  впускном коллекторе.

Коллектор обладающей возможностью к изменению своей длины используют производители многих ведущих брендов.

Переключение с более короткой длины на более длинную и наоборот происходит при помощи клапана, который входит в состав системы управления ДВС.

Функционирование впускного коллектора обладающего переменной длиной происходит таким образом:

В процессе закрытия впускных клапанов в  коллекторе еще остается какая-то часть воздуха, совершающая колебания частотой, которая прямопропорциональна оборотам колен. вала и длине коллектора. В какой-то момент обороты колен. вала входят в состояние резонанса, благодаря чему происходит эффект нагнетания, такое событие получило название резонансный наддув. В процессе открытия впускных клапанов смесь из воздуха нагнетается в камеру сгорания.

В двигателях оборудованных наддувом впускной коллектор с попеременной длиной не используется потому, что тот объем воздуха, который необходим двигателю, обеспечивается механически. Впускной коллектор таких двигателей довольно короткий, что дает возможность сократить размер мотора в целом и его стоимость.

Впускной коллектор с переменным сечением применяют на бензиновых и на дизельных ДВС, также тех, которые оборудуется наддувом. В процессе уменьшения поперечного сечения каналов коллектора происходит увеличение скорости проходящего воздуха, как следствие более качественное смесеобразование и полное сгорание смеси из топлива и воздуха, а также понижение токсичных выбросов ОГ.

1 — работа системы при полной нагрузке (заслонка открыта)
2 — работа системы при частичной нагрузке (заслонка закрыта, завихрения топливно-воздушной смеси)

Элементы:
3 — вихревой канал
4 — вакуумный регулятор заслонки
5 — форсунка
6 — заслонка
7 — канал наполнения

Коллектор с изменяемым сечением применяется на двигателях автомобилей Опель (система Twin-Port на фото)

В данной системе каждый впускной канал делится на две части, одна из которых перекрыта заслонкой. Привод заслонки работает за счет вакуумного регулятора, являющегося исполнительным механизмом системы управления мотора.

При неполной нагрузке заслонки находятся в закрытом состоянии, смесь из топлива и воздуха или воздух поступает к камере сгорания по одному каналу. В процессе данного события происходит завихрение, которое обеспечивает более качественное смесеобразование. При минимизации  сечения система рециркуляции ОГ вступает в работу раньше, чем обеспечивает повышение топливной экономичности ДВС.

Система изменения геометрии впускного коллектора (ACIS) (1G-FE с 08.1998 г.)

Проверка элементов системы ACIS

1. Проверка клапана системы управления подачей воздуха
   • Подведите разрежение в 250 мм рт. ст. к исполнительному механизму и убедитесь, что шток клапана перемещается.
   • Через 1 минуту после подвода разрежения (пункт «а») убедитесь, что шток клапана не втягивается.
2. Проверка функционирования системы ACIS.
   • Подсоедините тестер к разъему DLC3.
   • Выберите режим «ACTIVE TEST» и проверьте, что электропневмоклапан включается и выключается (тяга привода перемещается).
   • После проверки (см. п. «б») ) подсоедините манометр, как показано на рисунке.
   • Запустите двигатель.
   • С помощью тестера установите соответствующий режим проверки.
   • При работе на холостом ходу не должно быть разрежения, клапан ACIS открыт (тяга привода не перемещается).
   • Установив небольшую частоту вращения, постепенно увеличивайте ее. При достижении частоты вращения 2400 об/мин и дроссельной заслонке, открытой на 40%, клапан ACIS должен закрыться, а вакуумметр показывать нарастание разрежения.
   • Установите частоту вращения холостого хода. Затем резко нажмите до конца на педаль акселератора. Значение разрежения при этом должно увеличится, а затем вернуться на нуль.
3. Проверьте электропневмоклапан системы ACIS, как показано в разделе «Система электронного управления».

Снятие впускного коллектора

1. Снимите корпус дроссельной заслонки в сборе.
2. Снимите защиту двигателя.
3. Снимите крышку головки блока цилиндров №3.
   Момент затяжки — 5 Н*м
4. Снимите направляющую масляного щупа (для моделей 2WD).
5. Снимите патрубок перепуска воздуха, отсоединив вакуумный шланг.
6. Снимите элекгропневмоклапан №1.
   • Отсоедините разъем электропневмоклапана.
   • Отсоедините вакуумный шланг.
   • Отверните 2 болта и снимите клапан.
     Момент затяжки — 8 Н*м
7. Отсоедините шланг системы вентиляции картера №2.
8. Снимите стойку коллектора №1, отвернув 2 болта крепления.
   Момент затяжки — 19 Н*м
9. Снимите стойку коллектора №2, отвернув 2 болта крепления.
   Момент затяжки — 19 Н*м
10. Отсоедините вакуумный шланг ГУР.
11. Снимите впускной коллектор.
    • Отсоедините разъем датчика абсолютного давления во впускном коллекторе.
    • Отсоедините разъем элекгроп-невмоклапана.
    • Снимите впускной коллектор, отвернув 2 гайки и 5 болтов крепления.
      Момент затяжки — 28 Н*м
12. Снимите датчик абсолютного давления.
13. Снимите переходник.
    Момент затяжки — 15 Н*м
14. Снимите клапан системы ACIS.
    • Отсоедините вакуумный шланг.
    • Установите клапан в открытое положение.
    • Отверните 4 болта крепления и снимите клапан.
      Момент затяжки — 8 Н*м

Установка впускного коллектора

Установка впускного коллектора производится в порядке, обратном его снятию.

Проверка системы изменения геометрии впуска (ACIS) 1G-FE с 08.1998 г.: https://toyota.service-manual.company/air-system/sistema-izmeneniya-geometrii-vpusknogo-kollektora-acis-1g-fe-s-081998-g/

чип тюнинг M47D20, повышенная токсичность | Страница 2

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:
изменением длины впускного коллектора;
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.

http://systemsauto.ru/vpusk/variable_length_intake_manifold.html

Варианты реализации системы изменения геометрии впускного коллектора и зачем это нужно

Самой эффективной современной технологией, позволяющей значительно увеличить мощность ДВС, снизить расход топлива и токсичные выбросы, является система изменения геометрии впускного коллектора. При переработке автомобилей также используются современные технологии: https://towingandscrapcarremoval.ca/scrap-car-removal-king-city.

Изменить параметры геометрии коллектора можно в двух случаях:

Изменением длины самого впускного коллектора;

Путем изменения площади его поперечного сечения.

В некоторых типах двигателей внутреннего сгорания геометрия коллектора изменяется одновременно двумя способами.

Впускной коллектор с изменением длины

Коллектор данного типа может использоваться на дизельных и бензиновых двигателях, обеспечивающих эффективное заполнение камеры сгорания поступающим воздухом при рабочих оборотах двигателя.

Для обеспечения высокого крутящего момента при достаточно низких оборотах двигателя используется впускной коллектор максимальной длины. И наоборот, при высоких оборотах используется впускной коллектор минимальной длины для эффективной работы двигателя.

Такие впускные коллекторы используются в самых известных системах изменения геометрии — BMW DIVA; Mazda VICS и VRIS; и Ford DSI.

Длина впускного коллектора регулируется регулирующим клапаном, который является неотъемлемой частью IMS (системы управления двигателем).

Принцип работы

Принцип работы впускного коллектора с регулировкой длины основан на следующем. Часть воздушной массы, которая остается во впускном коллекторе после закрытия впускных клапанов, совершает колебательные движения с частотой, прямо пропорциональной длине коллектора и рабочей скорости двигателя.

В какой-то момент колеблющаяся воздушная масса достигает резонансной частоты, что способствует эффекту наддува. Этот процесс называется резонансным наддувом. Открытие впускных клапанов позволяет воздуху под высоким давлением попадать в камеру сгорания.

В двигателе с наддувом нет необходимости возиться с впускным коллектором переменной длины, поскольку подача воздуха обеспечивается турбиной или компрессором. Поэтому в таких двигателях используется короткий впускной коллектор, что уменьшает размер двигателя внутреннего сгорания и, следовательно, его стоимость.

Коллектор впускной со сменой секции

Коллектор впускной со сменой секции применяется на всех типах ДВС — бензиновых, дизельных, с наддувом. Увеличение скорости движения воздуха, улучшение образования и сгорания топлива и снижение токсичности газов обеспечивается за счет уменьшения поперечного сечения каналов коллектора.

Некоторые из наиболее распространенных систем, оснащенных впускным коллектором с изменяемым поперечным сечением, включают: Twin Port от Opel; Система переменной индукции от Volvo; VIS от Toyota; IMRC и CMCV от Ford.

Такая система имеет центральный впускной канал, который разделен на два канала для отдельных цилиндров. Один из каналов закрывается заслонкой, которая приводится в действие регулятором вакуумного типа или электродвигателем.

Если нагрузка в системе неполная, заслонки остаются закрытыми, FAM или чистый воздух (в зависимости от используемой системы впрыска) подается в камеры сгорания цилиндров по единому каналу. Это создает завихрения, улучшающие процесс перемешивания.

Уменьшение площади поперечного сечения впускного коллектора способствует повышению экономичности двигателя за счет того, что система рециркуляции выхлопных (выхлопных) газов начинает работать немного раньше.

При полной нагрузке заслонки остаются открытыми, поэтому в камеру сгорания происходит максимальная подача топлива (или воздуха) с дальнейшим увеличением мощности двигателя внутреннего сгорания.

Система смены геометрии имеет довольно простой принцип работы. Каждый цилиндр имеет отдельный канал для каждого впускного клапана. При этом любой из этих каналов можно закрыть специальной заслонкой. Система управления двигателем активирует привод заслонки. В зависимости от нагрузки системы в камеру сгорания подается соответствующий объем топлива (или воздуха).

Основное назначение системы — повышение эффективности и экономичности любого двигателя внутреннего сгорания при сохранении заявленной мощности. Такая система также позволяет экономить топливо до 10-15%, если система используется параллельно для рециркуляции газов, образующихся при сгорании топлива.

Международный журнал научных и технологических исследований

(PDF) ОБЗОР ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИИ ВПУСКНОГО ПАТРУБКА НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ IC

Том-2 Выпуск-2 2016 IJARIIE-ISSN (O) -2395-4396

1660 www.ijariie.com 103

• Экспериментальные и вычислительные исследования показали, что длина всасывающего рабочего колеса оказывает значительное влияние на объемный КПД и крутящий момент

.

• Изгиб впускных направляющих для соответствия требованиям упаковки, по-видимому, не оказывает значительного влияния на объемный КПД или крутящий момент

.

• Многократное отражение волны положительного давления значительно улучшает дыхание двигателя. Несмотря на то, что величина положительной волны

уменьшалась с каждым «отскоком», более короткие трубы с многократным возвратом

превосходили первичный возврат более длинной трубы из-за трения потока.Из-за этого объемная эффективность и крутящий момент

были максимизированы при использовании бегунов меньшей длины. [3]

Олдрих Витек и Милош Полашек в своей исследовательской работе (SAE 2002-01-0004) проанализировали применение одномерной модели трубы

для изучения настроенных коллекторных систем. Влияние длины впускного коллектора на параметры двигателя было исследовано

на 1-D модели трубы. В эксперименте

использовался газовый двигатель объемом 1,3 л с впускным коллектором разной длины.Длина всасывающего патрубка варьировалась, при этом все остальные геометрические параметры поддерживались на постоянном уровне

. Расчет проводился для 4 различных скоростей вращения двигателя (1550, 2000, 2500 и 3100 об / мин) и для

от 500 до 2100 мм. Для каждой частоты вращения двигателя модель двигателя была настроена на самую короткую длину впускного патрубка

. Расчетные результаты сравнивались с экспериментальными данными.

Ключевые результаты исследования:

• Сравнение вычисленных и измеренных результатов подтвердило, что нестационарная одномерная модель трубы

способна улавливать явления, связанные с настроенной системой впускного коллектора.

• Моделирование потерь давления в трубопроводе — еще один важный фактор, на который следует обратить внимание. Это влияет на

в основном на объемный КПД и все другие интегральные параметры, которые от него зависят.

• Упрощенная акустическая теория (диаграмма Кэмпбелла) может быть использована для оценки важного порядка гармоник

относительно колебаний давления во впускном коллекторе. Это также означает, что его можно использовать в обратном процессе —

для оценки длины входной ветви.Из-за нелинейности обычно есть другие важные гармоники

порядков (особенно для более низких оборотов двигателя или более короткой длины впускного патрубка). [4]

Джеймс Тейлор, Дэвид Герни и др. al. изучил влияние длины впускного коллектора на бензиновый двигатель с турбонаддувом и

обнаружил, что индукционная настройка увеличивает крутящий момент на низких оборотах до 30%, а расход топлива — на 5% по сравнению с базовым уровнем

. Они исследовали 1,4-литровый бензиновый двигатель с турбонаддувом и 4 клапанами на цилиндр вместе с инструментом моделирования двигателя GT Power

для надлежащего руководства для экспериментов.VLIM, используемый для этого исследования, был разработан для

, что позволяет оценить фундаментальные принципы, поэтому не учитывает ограничения упаковки. Впускной коллектор

мог изменять длину впуска путем вставки сегментов длиной 50 мм. [5]

Дженсен Самуэль, Prasad NS & et. al. в своей исследовательской работе по моделированию одномерных двигателей в программном обеспечении моделирования двигателей AVL

BOOSTTM было обнаружено, что многоцилиндровые дизельные двигатели с турбонаддувом

более чувствительны к изменениям длины рабочего колеса, чем безнаддувные двигатели.Они пришли к выводу, что характеристики данного двигателя

могут быть улучшены на всех рабочих оборотах путем надлежащего изменения длины впускного коллектора

в зависимости от частоты вращения двигателя и соответствующих модификаций топливной системы. [6]

DN Malkhede & Hemant Khalane в своей исследовательской работе над одномерной термодинамической моделью одноцилиндрового двигателя

611 куб. функция скорости двигателя и длины впуска.При увеличении частоты вращения двигателя с 1200 до 2600 об / мин, увеличение объемного КПД на

может быть достигнуто за счет линейного уменьшения длины впуска с 13,7 до 3,1 раза в

длины хода. Для двигателя с широким диапазоном скоростей (максимальная частота вращения — низкие обороты холостого хода более 3000), непрерывно регулируемая длина впускного рабочего колеса

может обеспечить лучший объемный КПД по сравнению с фиксированной длиной впускного рабочего колеса. Система впуска

можно четко разделить на две отдельные фазы: волны давления во время такта всасывания и волны давления

во время закрытого положения впускного клапана.Частотный анализ волн давления в системе впуска рекомендовал, чтобы

для максимальной объемной эффективности настроенная система впуска развивала основную частоту 4-го порядка во время закрытия фазы впуска

клапана и основную частоту 1-го порядка во время такта всасывания. [7]

4. ПРИНЦИП РЕЗОНАНСНОЙ ЗАРЯДКИ

Система впуска работает по принципу резонансной зарядки, то есть волны высокого и низкого давления

используются для зарядки цилиндра с целью достижения большей объемной эффективности. .Рассмотрим события во впускном тракте.

Управление зарядом на впуске двигателя

Ханну Яэскеляйнен, Магди К. Хаир

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Управление подачей воздуха и других компонентов впускного заряда цилиндра в камеру сгорания является важным процессом для обеспечения стабильной и надежной работы современных двигателей.Управление всасываемым зарядом охватывает все аспекты, которые влияют на количество, состав, температуру, давление, объемное движение и чистоту содержимого цилиндра в начале периода тепловыделения. Подробная информация о системе впуска, конструкции головки цилиндров и клапанного механизма, технологии повышения давления и требований к разбавлению заряда — все это важные аспекты управления всасываемым воздухом.

Введение

Управление подачей всасываемого заряда до начала сгорания является критическим аспектом современных двигателей и может повлиять на выбросы, производительность и экономию топлива.Управление всасываемым зарядом — это процесс, который используется для обеспечения того, чтобы всасываемый заряд, подаваемый в камеру сгорания во всех рабочих условиях, соответствовал ряду требований, включая:

• имеется достаточное количество кислорода для обеспечения полного сгорания,
• присутствует достаточное количество разбавителя (например, EGR) для регулирования температуры сгорания,
• регулируется температура и давление (плотность) наддувочного воздуха,
• подходящее объемное движение и кинетическая энергия сообщается наддувному воздуху в цилиндре для поддержки смешивания воздуха, топлива и промежуточных продуктов сгорания, и
• размер и концентрация примесей, таких как пыль и грязь, являются приемлемыми.

Обычно элементы этого процесса обозначаются как , управление воздухом, . Однако термин «управление воздушным потоком» четко не определен и также может вводить в заблуждение, поскольку подразумевает, что необходимо управлять только воздушным потоком. Для современных двигателей содержимое цилиндра в начале сгорания может также включать разбавители, такие как рециркулируемый выхлопной газ, а в двигателях SI — также топливо. Таким образом, необходим термин, более точно включающий эти элементы. В этой статье используется для управления расходами на входе .

В более старых конструкциях дизельных двигателей, которые не должны были соответствовать строгим требованиям по выбросам выхлопных газов, системы управления заправкой на впуске фактически были системами управления воздухом и были относительно простыми. В некоторых случаях было достаточно просто убедиться, что воздух был чистым, а пропускная способность впускной системы была достаточной для обеспечения максимального крутящего момента и мощности. Эти дизельные двигатели также обычно создавались так, чтобы создавать завихрение воздуху, когда он входил в камеру сгорания, чтобы поддерживать систему впрыска топлива в задаче смешивания воздуха и топлива.Как правило, не требовалось никакого активного управления каким-либо оборудованием на стороне впуска. Даже когда многие двигатели начали использовать турбокомпрессоры и другие формы сжатия всасываемого воздуха, этого было достаточно, чтобы просто обеспечить надлежащее соответствие между двигателем и компрессором. Безнаддувные бензиновые двигатели SI имели дроссельную заслонку для управления нагрузкой и дополнительно усложняли предварительное смешивание воздуха и топлива во впускной системе. Система впуска должна быть спроектирована таким образом, чтобы распределение воздуха и топливной смеси, создаваемой карбюратором, соответствовало проектным требованиям двигателя и чтобы были приняты меры для минимизации накопления пленки жидкого топлива во впускной системе.

Давление для снижения выбросов при сохранении или улучшении других рабочих параметров двигателя требовало лучшего управления и согласования свойств всасываемого воздуха в соответствии с условиями работы двигателя. Это потребовало внедрения дополнительных аппаратных средств для управления этими свойствами всасываемого воздуха. В дизельных двигателях, например, было введено управление перепускным клапаном на турбонагнетателе, чтобы обеспечить улучшенное усиление всасываемого воздуха на более низких оборотах двигателя и ограничить частоту вращения турбины на высоких оборотах двигателя, были введены клапаны для смешивания некоторого количества выхлопных газов (EGR) с всасываемым воздухом на некоторых В условиях работы двигателя органы управления турбонагнетателем становятся более сложными, чтобы обеспечить выполнение требований к наддува и рециркуляции отработавших газов, а все более и более высокие давления всасываемого воздуха требуют ограничения более высоких температур всасываемого воздуха в результате сжатия.Вся эта дополнительная сложность потребовала включения более сложных систем управления с датчиками и сложными алгоритмами управления, чтобы все работало должным образом.

Существует ряд важных аспектов управления расходами на поступление, в том числе:

• Управление давлением наддува. Управление давлением всасываемого заряда имеет решающее значение для удельной мощности. В дизельных двигателях турбокомпрессоры были обычным явлением, потому что низкая удельная мощность, обусловленная общей обедненной природой процесса сгорания, была бы неприемлема для многих применений.В бензиновых двигателях регулирование нагрузки обычно достигается за счет изменения плотности топливно-воздушной смеси во впускном коллекторе.
• Управление температурой заряда. Управление температурой содержимого цилиндра во время впрыска топлива в дизельных двигателях имеет решающее значение для обеспечения правильной работы двигателя. Действия по ограничению этой температуры могут быть предприняты как во впускной системе, так и в цилиндре. Есть два аспекта управления температурой всасываемого заряда:
  • ограничение максимальной температуры и
  • регулирует низкие температуры заряда для облегчения запуска двигателя, прогрева и контроля выбросов.
  Если температура заряда слишком высока, плотность всасываемого заряда будет ниже, а температура сгорания может стать слишком высокой. Это может ограничить мощность двигателя и привести к увеличению выбросов выхлопных газов. Если температура слишком низкая, запуск двигателя при низких температурах может быть проблематичным, и / или выбросы во время прогрева двигателя могут стать чрезмерными. Для достижения надлежащей температуры заряда обычно используются различные элементы оборудования двигателя. В двигателях с наддувом используются охладители наддувочного воздуха, чтобы температура наддувочного воздуха не становилась слишком высокой, они могут передавать тепло от наддувочного воздуха охлаждающей жидкости двигателя, окружающему воздуху или отдельной жидкости с более низкой температурой.Обеспечение достаточной температуры наддувочного воздуха для холодного пуска и ее поддержания во время прогрева может быть достигнуто с помощью свечей накаливания, электрических нагревателей сети или вспомогательных средств пламенного типа.
• Управление составом заряда (рециркуляция выхлопных газов). Рециркуляция выхлопных газов (EGR), процесс рециркуляции части выхлопных газов обратно во впускную систему, является важной технологией, которая позволила современным дизельным двигателям достичь очень низкого уровня выбросов NOx. Как можно представить, введение выхлопных газов с относительно высокой температурой во всасываемый воздух может иметь значительное влияние на температуру и состав воздуха для горения, подаваемого в камеру сгорания.Чтобы обеспечить надлежащую работу двигателя с рециркуляцией отработавших газов, необходимо ввести различные аппаратные компоненты, такие как клапаны и охладители, для управления потоком, температурой и распределением подачи рециркуляции отработавших газов и полученной смеси с всасываемым воздухом. Кроме того, это может повлиять на выбор размера турбокомпрессора и выбор технологии, и необходимо принять меры для обеспечения наличия достаточного количества кислорода для сгорания и достаточного потока рециркуляции отработавших газов во всех условиях работы двигателя.
• Контроль потока в камеру сгорания и из нее. Из впускного коллектора поток должен передаваться на цилиндр. В четырехтактных двигателях это достигается с помощью порта, расположенного в головке блока цилиндров, с тарельчатым клапаном для открытия и закрытия порта. Другой набор клапанов контролирует синхронизацию потока выхлопных газов из цилиндра в выхлопное отверстие. Выбор фаз газораспределения в четырехтактных двигателях может быть фиксированным или регулируемым.

  В двухтактных двигателях отверстия в гильзе цилиндра, расположенные рядом с местом НМТ поршня, которые попеременно закрываются и не закрываются поршнем, обычно используются для регулирования потока на впуске.После завершения сгорания сгоревшие газы от двухтактного двигателя выводятся из цилиндра либо через выпускные клапаны, либо через другой набор выпускных отверстий, расположенных рядом с положением НМТ поршня. Часть цикла, доступная для удаления выхлопных газов и впуска газов во впуск в двухтактном режиме, относительно коротка. Как правило, впускные газы должны находиться под давлением, чтобы позволить поступающему воздуху быстро заполнить цилиндр и очистить его от выхлопных газов.

• Вентиляция картера. Двигатели с закрытой системой вентиляции картера отводят газы из картера в систему впуска воздуха для рециркуляции в двигатель. Этот рециркуляционный продувочный газ необходимо надлежащим образом контролировать. Кроме того, хотя рециркулируемые газы фильтруются, небольшое количество масла и твердых частиц все еще может попадать во впускную систему и накапливаться на критических компонентах, таких как компрессор. Со временем, если произойдет достаточное накопление этого материала, это может оказать значительное влияние на работу двигателя.

###

Performance — Circle Track Magazine

Примечание редактора: сколь бы неодушевленными ни казались впускные коллекторы, они обеспечивают путь как к значительному, так и к незначительному увеличению мощности на треке. Выбор — это одно; «Настройка» их для конкретных приложений — это сочетание навыков и технологий. Эта история напрямую связана со вторым.

Впускной коллектор целесообразно монтировать сверху двигателя. После выбора событий клапана впуск является основным устройством настройки для четырехтактного двигателя с искровым зажиганием, как и камера расширения для двухтактного двигателя.В случае карбюраторного двигателя V-8 функция впускного коллектора состоит в том, чтобы разделять входящие заряды воздуха и топлива и направлять их в головку блока цилиндров. Настройка становится второй функцией коллектора.

Распределение количества воздуха и топлива Хотя во многих статьях обсуждалась настройка впускных коллекторов и выбор подходящего коллектора для вашего двигателя, лишь немногие обсуждали изменение соотношения воздух / топливо от цилиндра к цилиндру. Это критический фактор при настройке двигателя, потому что смесь может быть нагрета только до точки, в которой самый обедненный цилиндр находится на своем рабочем пределе.С помощью индукционных систем с индивидуальными рабочими колесами (IR) и электронного впрыска топлива изменение может быть настроено до менее 0,5 от соотношения воздух / топливо. Карбюраторные двигатели V-8 обычно имеют значительно худшие вариации, которые могут составлять до четырех соотношений воздух / топливо от худшего цилиндра к лучшему.

Перегрузочные силы на повороте могут существенно повлиять на распределение смеси. Это можно увидеть при сравнении данных о соотношении воздух / топливо на динамометре с данными на трассе. На рисунке 1 показаны данные о соотношении воздух / топливо на трассе двигателя GM ARCA при 1.5-мильная, скоростная трасса. Все четыре главных жиклера карбюратора были идентичны. Данные показывают изменение от 12,0: 1 для цилиндра № 2 (при 8 100 об / мин) до 15,0: 1 для цилиндра № 1 при 7700 об / мин (см. Кружки). Для оптимальной мощности три изменения соотношения воздух / топливо от цилиндра к цилиндру не являются желательным условием. При испытании на динамометре этот коллектор показал изменение соотношения воздух / топливо 2,0-2,5, тем самым подтверждая присущие различия между разбросом соотношений на динамометрическом стенде двигателя и на гусенице.

На рис. 2 сравнивается среднее соотношение воздух / топливо для левого берега (цилиндры 1,3,5,7) и правого берега (2,4,6,8) двигателя V-8 с порядком зажигания. 1-8-4-3-6-5-7-2. Как и следовало ожидать, данные показывают влияние перегрузок, делающих правый берег богаче, чем левый. Очевидно, этот эффект будет более выражен на гусеницах с высокими нагрузками на поворотах и ​​может быть минимизирован за счет ступенчатой ​​подачи карбюратора. Этот пример был выбран потому, что он ясно демонстрирует суть.Не все коллекторы сильно страдают от этого.

Улучшение распределения от цилиндров к цилиндрам Если существует проблема с распределением воздуха / топлива, сначала проверьте, правильно ли установлен карбюратор на впуске. Другой метод регулировки распределения — это перемещение или изгиб усилителя карбюратора относительно горловины, в которой он установлен. (Будьте предельно осторожны, пытаясь «согнуть» бустеры. Также можно разместить небольшие «выступы» или «выступы» на корпусах бустеров, чтобы перенаправить воздушный поток в горловину и изменить направление потока после карбюратора.) Прокладки карбюратора также могут влиять на распределение (см. Раздел, посвященный прокладкам). Часто четыре отверстия или комбинация четырех отверстий и открытой проставки улучшают распределение между цилиндрами.

В лучшем случае работа с самим коллектором для улучшения распределения затруднена, и ее следует предпринимать только при наличии динамометра с восемью каналами датчиков соотношения воздух / топливо. Считывание свечей зажигания может быть недостаточно точным для такого типа разработки.

Наиболее важным фактором, влияющим на распределение воздуха / топлива между цилиндрами во впускном коллекторе, является пространственное соотношение между отверстиями рабочих колес в камере статического давления и фланцем карбюратора.Пол бегуна обычно является наиболее чувствительной зоной. Регулировка отверстия рабочего колеса так, чтобы он «видел» большую часть камеры, обычно делает этот цилиндр богаче. Часто центральные цилиндры закрывают концевые цилиндры V-образного двигателя. Осторожное снятие кожуха с концевых цилиндров может улучшить работу цилиндра с наклоном.

Выбор коллектора Обычно выбор конфигурации коллектора ограничен для приложений с круговой направляющей. Возможны одноплоскостные или двухплоскостные. Обычно частота вращения двигателя определяет конфигурацию коллектора.Если пиковая мощность двигателя ниже 6500 об / мин, то, скорее всего, предпочтительным вариантом будет двухплоскостной коллектор. Поскольку пиковая мощность значительно превышает 6500 об / мин, выбор смещается в сторону одноплоскостного. Выбор усложняется, когда частота вращения двигателя находится где-то посередине. В этом случае однозначного ответа нет, поэтому тестирование все расскажет. Если хорошо проработан, двухплоскостной двигатель может быть более отзывчивым и может быть выбран водителем.

Не сбрасывайте со счетов множественное влияние впускных коллекторов: они могут испортить или сломать хороший комплект головок цилиндров… или могут быть легко повреждены из-за неправильного использования или модификации. Но независимо от того, какой дизайн, бренд выбран или внесены изменения, следует помнить о некоторых важных моментах.

Впускной коллектор не течет только в одном направлении. Бывают моменты, в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки, когда импульсы направляются обратно в карбюратор (или точку впуска воздуха). Технически это описывает двунаправленный нестационарный поток. Несмотря на то, как это обозначено, эти импульсы «обратного потока» нарушают воздушный поток и качество топливно-воздушной смеси (однородность).Одно или оба условия могут снизить мощность. Следовательно, есть только определенные характеристики впускного коллектора, которые можно оценить на стенде воздушного потока, хотя они включают отображение профилей давления потока (распределения давления) и конкретных скоростей.

Также важно распознавать условия давления во впускном коллекторе, которые способствуют увеличению количества негорючих остатков сгорания (в основном выхлопных газов). Например, условия, создающие некоторый уровень вакуума в коллекторе при полностью открытой дроссельной заслонке, допускают большее загрязнение свежего воздуха / топливных зарядов, чем когда существует почти нулевой вакуум, когда влияние атмосферного давления наиболее велико.Это можно найти либо в двигателях с ограничениями, либо в двигателях, требующихся для работы с карбюраторами 2V или маленькими 4V.

В этих случаях впускные коллекторы или проставки карбюратора, разработанные (или модифицированные) для предотвращения обратного потока, помогают минимизировать разбавленные смеси и повысить мощность. Еще одно соображение — распределительные валы и выпускные отверстия / клапаны, которые обращаются к обратному потоку выхлопных газов в качестве дополнительных демпферов при реверсировании, особенно в отношении времени открытия выпуска. Эти определения могут быть сделаны на воздушном стенде, открыв отверстия для потока в обратном направлении, особенно при малых подъемах клапана.Но мы отвлеклись.

В целом проблема изменения направления потока воздуха и топлива с приблизительно вертикального на углы входа направляющих впускного коллектора имеет решающее значение для доставки эффективно горючей смеси. Кроме того, воздух имеет тенденцию быстрее реагировать на изменение положения дроссельной заслонки, чем топливо. Воздух и топливо также склонны к разделению. В этом смысле подготовка воздушно-топливной смеси после карбюратора становится функцией впускного коллектора. Поверхность внутренней части коллектора также может играть роль, склоняясь к шероховатой, а не гладкой поверхности, чтобы помочь создать или поддерживать эффективное распыление посткарбюраторного топлива.

Хотя может быть трудно отделить потребность в качестве смеси от чистого воздушного потока, каждая из них должна считаться жизненно важной для правильной работы коллектора. Если бы производители двигателей Cup не признали это ключом к оптимизации мощности, не было бы потрачено чрезмерное количество времени и средств, затрачиваемых на впускной коллектор и проставку (или ограничитель) карбюратора. И хотя производитель двигателей в субботу вечером может не иметь ресурсов для решения этих проблем аналогичным образом, умелое использование скамейки для вентиляции может быть подходящей заменой.Важным компонентом является ознакомление с различными методами измерения воздушного потока, которые выходят за рамки простых измерений массового расхода, и включают модели давления и качество воздушного потока.

Как и многие компоненты двигателя, выбор впускного коллектора (если это разрешено правилами) должен включать конкретные диапазоны частоты вращения двигателя, которые наиболее часто используются. Хотя значения пиковой мощности могут быть впечатляющими или применимыми в определенных ситуациях, производство крутящего момента в заданном диапазоне оборотов в минуту важно для общих характеристик гоночного автомобиля.

Длина штанги тоже играет роль. Поскольку скорость поршня около ВМТ уменьшается (с увеличением длины штока), полезно использовать впускные коллекторы и размеры впускных отверстий, которые имеют тенденцию к уменьшению площади сечения, что способствует скорости потока, независимо от больших перемещений поршня и высоких оборотов в минуту. Скорость падения давления на впускном тракте (повышается за счет меньших рабочих колес) способствует увеличению объема на низких и средних оборотах. Фактически, желоба впускного коллектора целесообразно рассматривать как продолжение впускных каналов, требуя, чтобы они были взаимно совместимы по потенциалу воздушного потока и равномерности распределения давления…. последнее особенно важно на стыке между коллектором и поверхностями головки. Коллекторы, которые не уменьшают поток через порт и (сами по себе) не превышают поток через порт, могут считаться «продолжением» головки блока цилиндров.

Будьте уверены, что исследования, проведенные производителями двигателей Cup, включают некоторые, все или несколько из этих областей, которые влияют на работу впускного коллектора в целом. Точно так же производитель двигателей в субботу вечером может выбрать и применить те, которые кажутся подходящими для конкретной мощности или требований на трассе.

Наименьший возможный объем В кольцевых гонках, как правило, лучше всего подходить к разработке (или модификации) многообразия, начиная с наименьшего возможного общего объема и увеличивая громкость до тех пор, пока не будет наблюдаться отсутствие увеличения мощности. Благодаря наименьшему возможному объему двигатель будет лучше реагировать на изменение положения дроссельной заслонки и, как правило, им будет легче управлять. По своей природе коллекторы большего объема реагируют менее быстро, но могут работать лучше при более высоких оборотах двигателя.

«Настройка» впускных коллекторов При модификации впускных коллекторов три наиболее распространенных элемента настройки — это длина рабочего колеса, конус рабочего колеса и объем камеры. Используя программу моделирования двигателя (ESP), примеры (графика), представленные в этом разделе, были созданы путем моделирования движка ARCA. ESP — это одномерные модели, которые выполняют волновые расчеты и полезны при проектировании систем впуска и выпуска. Эти высокопроизводительные компьютерные программы могут прогнозировать объемный КПД двигателя с точностью до 2 процентов от фактических данных о работе.

Длина рабочего колеса Длина рабочего колеса регулирует впускной коллектор на основе волн давления или звука. Чем длиннее бегунок, тем ниже диапазон оборотов двигателя, в котором будет выполняться настройка. Чтобы проиллюстрировать эту концепцию, были подготовлены две компьютерные модели: базовая модель и модель с 1 дюймовой длиной, добавленной ко всем бегунам (никаких других изменений не производилось).

На рисунке 3 показаны кривые мощности и крутящего момента двигателя с двумя коллекторами. Очевидно, что увеличение длины рабочего колеса на 1 дюйм увеличивает пиковый крутящий момент и снижает пиковую мощность на 200 об / мин.Пиковый крутящий момент увеличился на 2,0 фунт-фут, но пиковая мощность снизилась на 7,9 л.с. (тормозная мощность). При 7600 об / мин мощность более длинного коллектора на 8,3 л.с. меньше базовой. (Хотя эти конкретные количества могут быть незначительными, их направление подтверждает теорию, лежащую в основе изменения.)

На рисунке 4 показана зависимость давления от угла поворота коленчатого вала на выходе из впускного коллектора (стык головки блока цилиндров) при 7600 об / мин (пиковая мощность для базовый уровень). Повышение давления здесь означает, что плотность заряда выше и будет происходить лучшее заполнение цилиндра (более высокая объемная эффективность).Базовый коллектор работает лучше сразу после открытия клапана до момента, когда он закрывается. Интересно отметить, что в обоих случаях объемная эффективность превышала 100 процентов. Данные давления в зависимости от угла поворота коленчатого вала показывают, как это может происходить. Когда впускной клапан закрывается, давление в канале значительно превышает давление окружающей среды, что обеспечивает умеренный эффект наддува. (Примечание. Один бар составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм или эквивалент атмосферного давления или одной атмосферы.)

В целом, целью является наполнение баллона.Больший массовый поток в цилиндр означает большую мощность. На рис. 5 показан массовый расход в зависимости от угла поворота коленчатого вала на впускном клапане при 7600 об / мин. Чем больше площадь под кривой зависимости массового расхода от угла поворота коленчатого вала, тем больше химической энергии доступно для производства электроэнергии. Более короткий коллектор с рабочими колесами улавливает больше массы в цилиндре при этой частоте вращения двигателя, чем более длинный коллектор, и, следовательно, обеспечивает больший крутящий момент и мощность.

На рис. 6 показана зависимость давления от угла поворота коленчатого вала на выходе из впускного коллектора при 6200 об / мин (пик крутящего момента).Более длинный бегун лучше справляется с работой от максимального подъема до закрытия впускного клапана. Опять же, в обоих случаях давление выше окружающего (атмосферного) на закрытии впускного клапана.

Помимо вопроса об эффективности заполнения цилиндра и длине рабочего колеса коллектора, на рисунке 7 показан массовый расход в зависимости от угла поворота коленчатого вала на впускном клапане при 6200 об / мин. Более длинный бегунок коллектора улавливает больше массы в цилиндре на этой частоте вращения двигателя, чем базовый уровень.

Конус бегуна Конус — это соотношение между размером входного отверстия бегунка и размером выхода того же бегуна.Эффект увеличения конуса (отверстие больше, чем выход) заключается в уменьшении ракурса бегуна. Чем больше конусность, тем больше эффект ракурса. Конусность особенно полезна, когда длину полозья трудно сократить.

В предыдущей модели впуска более длинные бегуны на 1 дюйм были модифицированы путем добавления значительного конуса ко всем бегунам, чтобы посмотреть, можно ли восстановить мощность. Мощность лошадиных сил улучшилась на 11,6 по сравнению с одним бегуном с более длинными дистанциями и на 3,3 выше базового уровня.Опять же, просматривая рисунок 4, можно сказать, что улучшение происходит от среднего подъема при открытии до среднего подъема при закрытии. На рисунке 5 снова показано, где изменение давления влияет на наполнение цилиндра: за счет увеличения массового расхода.

Объем камеры статического давления Камера статического давления регулирует взаимодействие давления (так называемые «перекрестные помехи») или обмен данными между цилиндрами. Большая камера может уменьшить общение, а уменьшение громкости может увеличить взаимодействие. Геометрия камеры статического давления может влиять на отражение звуковых волн.Как правило, больший объем камеры увеличивает пиковую мощность, но ухудшает реакцию дроссельной заслонки и может отрицательно сказаться на пиковом крутящем моменте.

Чтобы продемонстрировать эффект, который может иметь объем камеры, длинный корпус (компьютерная модель) с конусом был изменен, чтобы иметь значительно больший объем камеры. Мощность 7600 увеличилась на 0,9 л.с., что опять же не является значительным приростом, но подтверждает концепцию. На рис. 8 показано давление в зависимости от угла поворота коленчатого вала для этого большого коллектора статического давления. Давление во время открытия впускного клапана меньше, чем в других случаях, из-за большего объема приточной камеры.

Камера статического давления действует как аккумулятор и удерживает большую массу во время открытия клапана, обеспечивая более длительный период продувки, чем другие коллекторы. (Примечание: этот эффект также полезен при более низких оборотах двигателя на двигателях с ограниченным впуском.) На рисунке 9 показан массовый расход в зависимости от угла поворота коленчатого вала для этого случая. Большая камера статического давления дает преимущества на ранней стадии клапана и сразу после пикового массового расхода по сравнению с коническим и более длинным рабочим колесом. График зависимости массового расхода от угла поворота коленчатого вала показывает более длительный период продувки, что обеспечивается увеличением объема нагнетательной камеры.

Несколько мыслей о проставках карбюратора Считайте их инструментами «настройки». Прокладки могут быть настроены для решения конкретных условий в данном двигателе. Прокладки могут увеличить объем камеры, обеспечивая преимущества, уже перечисленные в этой статье. Они способны помочь уменьшить количество импульсов реверса, повысить эффективность сгорания и способствовать стабильности подачи топлива.

Иногда, хотите верьте, хотите нет, проставки становятся диагностическим инструментом, указывая на другие проблемы в двигателе, требующие замены сопутствующих деталей… например, фазы газораспределения, зажигания, калибровка карбюратора или выбор коллектора.

Страница не найдена — Inpressco

Международный журнал передовой промышленной инженерии

IJAIE приглашает статьи во всех областях промышленного инжиниринга, включая торговые центры и обрабатывающую промышленность, целлюлозно-бумажную промышленность, кожевенную промышленность, текстильную промышленность, керамическую промышленность, стекольную промышленность, производство шелка, киноиндустрию и т. Д.

человек, которых мы обслужили

INPRESSCO опубликовал около 3500 статей с 2010 года и привлек более 10000 исследователей по всему миру, включая различные области инженерных наук и технологий

Международный журнал тепловых технологий

International Journal of Thermal Technologies ISSN: 2277 — 4114, выходит ежеквартально

Международный журнал современной инженерии и технологий

International Journal of Current Engineering and Technology индексируется Регенсбургским университетом, Германия

Добро пожаловать в International Press Corporation

Inpressco является международным издателем серии международных журналов и книг с открытым доступом, прошедших рецензирование, и книг, охватывающих широкий спектр академических дисциплин.

Диагностика двигателя с помощью SOLIDWORKS Flow Simulation

Прошлый год я провел в компании Hawk Ridge Systems, посещая клиентов в Южной Калифорнии на своем Volkswagen Beetle TDI 2000 года выпуска. Езда отличная, как и пробег. К сожалению, я заметил, что автомобиль испытывает потерю мощности на низких оборотах, с чем не должно быть проблем с 1,9-литровым турбодизельным двигателем.

После небольшого исследования я наткнулся на предположение, что потеря мощности может быть вызвана годами накопления сажи, забивающей впускной коллектор.

Удаление и / или замена воздухозаборника, к сожалению, может стоить несколько сотен долларов и много часов труда. Итак, хотя SOLIDWORKS обычно используется в качестве инструмента проектирования, я решил смоделировать потребление, добавить некоторое скопление углерода и сравнить эти потенциальные состояния болезни с возможностями вычислительной гидродинамики SOLIDWORKS Flow Simulation, чтобы увидеть, стоит ли это того. время и стоимость.

Моделирование всасывания

Во-первых, мне потребовалась некоторая геометрия, поэтому я начал с поиска нескольких изображений, чтобы создать.SLDPRT файл.

Для получения точной геометрии я мог бы частично разобрать свой двигатель и сгенерировать данные о точках помутнения с помощью 3D-сканера Artec, но это не помогло бы здесь. Вместо этого я смог смоделировать входную трубу в SOLIDWORKS с помощью одного твердотельного элемента Loft, используя несколько профилей эскиза и параметр «Параметры осевой линии».

После нескольких скруглений и других элементов основная форма была почти завершена. Последней задачей было добавить функцию Shell, чтобы выдолбить корпус, а затем сделать некоторые последние штрихи, такие как монтажные фланцы и отверстия.

SOLIDWORKS Flow Simulation может анализировать любую твердотельную геометрию, даже такие типы файлов, как STEP или IGES, поэтому эта твердотельная модель практически готова для анализа с самого начала. Просто нажмите Инструменты> Надстройки и установите соответствующий флажок слева.

Поскольку меня интересует только воздушный поток внутри этого коллектора, уместен внутренний анализ, что означает, что единственная необходимая подготовка геометрии — это герметизация отверстий на впускном отверстии и портах цилиндра с помощью инструмента Create Lids или несколько функций Extruded Boss.Эти крышки позволят SOLIDWORKS Flow Simulation распознавать объем жидкости для моделирования, а также дают мне место, куда можно щелкнуть при определении граничных условий для моего анализа.

Я могу проверить свою готовность к настройке, используя инструмент SOLIDWORKS Flow Simulation Check Geometry и нажав Показать объем жидкости:

Чтобы определить, забит ли мой заборник, я собираюсь Сначала запустите моделирование, предполагая, что моя машина чистая, используя некоторые данные (например, давление воздуха в коллекторе), которые я наблюдал с помощью моего устройства контроля двигателя Scangauge II.

Определение входных условий

Принцип работы двигателя с турбонаддувом заключается в том, что турбокомпрессор может увеличивать плотность воздуха, поступающего в камеру сгорания. Дополнительные молекулы воздуха означают, что можно впрыснуть больше топлива, генерируя больше мощности без увеличения рабочего объема.

Если нагар во впускном коллекторе добавляет дополнительное сопротивление, турбо нужно будет использовать больше выходного давления, чтобы преодолеть эти потери, и он не будет столь же эффективным при уплотнении воздуха, что приведет к потере мощности. .Целью моего моделирования было исследовать эту плотность, или, более конкретно, массовый расход воздуха, поступающего в двигатель.

Чтобы начать работу с моей симуляцией, нужно щелкнуть Мастер проектов, чтобы установить базовые условия исследования, такие как жидкость (воздух) и условия окружающей среды (по умолчанию стандартная температура и давление на уровне моря, иначе известные как СТП).

Частью проблемы при выполнении любого моделирования является определение того, какие граничные условия лучше всего отражают реальный мир.Стоит ли попытаться определить скорость на входе? Если да, то какой номер мне ввести? К счастью, у меня есть некоторая информация из технических характеристик двигателя Volkswagen, а также данные в реальном времени из моего инструмента мониторинга двигателя Scangauge II.

Объем двигателя составляет 1,9 литра, что означает, что с помощью некоторой простой арифметики мы можем рассчитать объемный расход воздуха, проходящего через двигатель для данной частоты вращения двигателя. При 2200 об / мин получается 4180 литров в минуту, что я могу ввести непосредственно в условие объемного расхода на выходе благодаря настраиваемым единицам SOLIDWORKS Flow Simulation.

На входе в коллектор я могу определить условие давления, чтобы имитировать величину наддува, обеспечиваемого турбокомпрессором. Посмотрев на свой Scangauge II во время вождения, я заметил, что это максимальное значение составляет около 33 фунтов на квадратный дюйм при температуре воздуха 80 ° F. Я также знаю, что датчик давления на двигателе Volkswagen ALH похож на датчик давления в пилотной трубе, то есть он измеряет общее давление (также известное как давление застоя), которое учитывает скорость и плотность жидкости.SOLIDWORKS Flow Simulation также позволяет мне напрямую вводить условия этого типа.

Имея эти настройки и применяя некоторые поверхностные цели для измерения ключевых результатов в торговых точках, я могу провести анализ. Прямо из окна решателя я вижу, что моделирование завершается с расходом воздуха около 636 кг / час. Точно так же я вижу плотность воздуха около 2,53 кг / м3, что более чем вдвое превышает нормальную плотность воздуха на уровне моря!

Я также могу использовать визуальные результаты, такие как график разреза, для проверки других результатов, таких как скорость и соответствующие векторы потока, что дает мне уверенность в правильности моих предположений.В этом случае я вижу небольшую завихрение вокруг локтевого изгиба, а также некоторые мертвые зоны в задней части коллектора. Интересно, что здесь я также вижу, что поток воздуха в каждый из четырех цилиндров двигателя не является особенно равномерным — что, возможно, можно было бы улучшить в будущем.

Использование возможностей проверки проекта внутри SOLIDWORKS

Инженеры, знакомые с инструментами компьютерного моделирования, вероятно, привыкли к идее, что необходимо начинать новый анализ каждый раз, когда создается новый проект.Даже после всей работы, которую мы уже проделали, чтобы убедиться, что наша симуляция имеет реалистичные предположения, повторение щелчков по настройке будет плохим использованием нашего времени. К счастью, благодаря интеграции САПР SOLIDWORKS Flow Simulation в этом нет необходимости.

Единственная дополнительная работа, необходимая для сравнения грязных и чистых воздухозаборников, — это создание новой конфигурации моего файла детали и добавление некоторых функций для представления сажи. SOLIDWORKS также упрощает этот процесс. После нажатия кнопки «Добавить конфигурацию» я решил создать элемент «Смещение поверхности» на внутренних гранях воздухозаборника, а затем элемент «Утолщение», который упростит мне изменение количества отложений сажи в будущем путем изменения одного измерения.

Теперь, когда геометрия сажи на месте, я могу вернуться на вкладку Flow Simulation Analysis и использовать команду Clone, чтобы скопировать мой проект (со всеми предполагаемыми настройками) в эту новую конфигурацию. Все мои настройки и граничные условия сохраняются, а это значит, что я могу сразу нажать «Выполнить», чтобы выполнить этот новый анализ.

По завершении я могу изучить все те же результаты, что и раньше, но меня действительно интересует, изменилось ли что-нибудь по сравнению с чистым дизайном.Это отличный шанс использовать функцию «Сравнить результаты», которая может отображать графики целей и результатов этих симуляций бок о бок.

Когда я изучаю результаты, я вижу, что скорость воздуха во впускном канале значительно увеличилась с накоплением углерода из-за уменьшенной площади поперечного сечения коллектора — то, что должно быть ожидаемым результатом для те из вас, кто знаком с эффектом Вентури. Что, возможно, менее ожидаемо, так это того, что плотность воздуха и результирующий массовый расход в двигателе снизились только примерно на 15 килограммов в час — изменение всего примерно на 2.3 процента. Это говорит о том, что величина давления, создаваемого турбонагнетателем (33 фунта на квадратный дюйм), все еще достаточно высока, чтобы преодолеть добавленное противодавление от этого скопления углерода и соответственно сжать воздух.

А как насчет более высоких расходов? Возможно, скопление сажи на самом деле является большей проблемой на верхнем пределе диапазона оборотов двигателя TDI. Двигатель ALH в 2000 Beetle показывает красную полосу на скорости около 5000 об / мин, и, поскольку это условие было основанием для нашего первоначального предположения об объемном расходе на выходе, проверка этой ситуации — простая задача.Мы можем воспользоваться командой Clone еще два раза (по одному для чистых и грязных впускных каналов), увеличив значение расхода на выходе до 9500 л / мин. Затем я могу запускать эти новые проекты одновременно, используя функцию Batch Run, а по завершении повторно посещать инструмент сравнения.

Вот в чем разница! При 5000 об / мин добавление ограничения из углеродной сажи снижает массовый расход воздуха почти на 10 процентов, что говорит о том, что турбокомпрессор просто не может создать давление наддува, достаточное для сжатия воздуха и перемещения его через забитый впуск показатель.

Это источник проблем с моей машиной? Конечно, есть только один способ узнать наверняка, но большая часть потерь мощности, которые я замечал, приходилась на нижний предел диапазона оборотов, поэтому я начал свой первоначальный тест при 2200 оборотах в минуту. Мое моделирование просто доказало, что даже если мой воздухозаборник действительно забит, это, вероятно, не является причиной проблемы, которую я заметил во время вождения.

Основываясь на этой информации, я провел еще несколько исследований и определил, что другой возможной причиной может быть залипание лопаток в турбокомпрессоре, препятствующее его свободному вращению, и эту проблему можно решить гораздо проще.Благодаря пониманию, которое я получил от SOLIDWORKS Flow Simulation, я избежал замены впускного коллектора, что сэкономило мне как минимум несколько сотен долларов и субботний день.

Конечно, подобное моделирование могло бы стать еще более ценным, если бы я решил разработать новую версию воздухозаборника для вторичного рынка.