Изменяемая геометрия впускного коллектора

Часть 1. Теоретическая составляющая.

И так, как некоторым моим подписчика известно, надумал внедрить в свою ласточку регулируемый впуск от 21127 мотора. Подсобрал немного теоретической информации. Окучил всё в этот пост. Тут только теория, для того, чтоб разобраться, как оно работает. Наработок пока никаких нет.

И так, теория:
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

Система изменения геометрии впускного коллектора
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.

С одного форума, там это тоже цитата откуда-то, по этому источник не указываю:
При длинных впускных коллекторах крутящий момент на малых скоростях растет, в то время как крутящий момент на больших скоростях уменьшается. При использовании короткого коллектора происходит прямо противоположное. Компромисс между этими двумя ситуациями достигается благодаря использованию впускной системы с переменной геометрией (VGIS).
Электромагнитный клапан впускной системы с переменной геометрией, управляется блоком электронного управления (ECM), открывает и закрывает управляющий клапан в коллекторе, используя блок вакуумного поршня, который называется диафрагмой.
В зависимости от двигателя, при скоростях примерно 4700 об/мин и ниже, электромагнитный клапан включается (ECM). Вакуум, действующий на диафрагму, закрывает управляющий клапан, увеличивая длину коллектора до 538 мм. При скоростях вращения примерно 4800 об/мин и выше, электромагнитный клапан обесточивается, вакуум снижается, открывается управляющий клапан и длина коллектора уменьшается до 293 мм.
Датчик положения дроссельной заслонки и/или датчик температуры охлаждающей жидкости могут влиять на активацию впускной системы VGIS.

VIS(Variable Intake System) — изменение геометрии впускного тракта.

В чем суть технологии и зачем она нужна.
Впускной тракт, который образуют последовательно воздушный фильтр, дроссель или карбюратор, впускной коллектор и клапана, существенно влияет на процессы наполнения цилиндров горючей смесью. Поток воздуха, проходящий по впускному тракту, подвержен колебаниям и образует совместно с деталями тракта колебательную систему. Таким образом процессы наполнения цилиндров сильно зависят от параметров этого колебательного контура. Добиться работы такой системы во всем диапазоне нагрузок и оборотов, крайне сложно. Отсюда пришла идея изменять параметры колебательной системы в процессе работы. Исследования показывают, что при коротком впускном коллекторе мотор лучше работает на высоких оборотах, при низких оборотах более эффективен длинный впускной тракт. Естественно напрашивалось решение сделать впускной тракт переменной длинны и управлять им в зависимости от оборотов и нагрузки.

Реализация на двигателях X18XE1, X20XEV и Z18XE.
Одной из систем, относящихся к классу систем изменения геометрии впускного тракта, является система изменения длинны впускного коллектора. Широкое применение на Opel эта система нашла в двигателях X18XE1 , X20XEV и получила дальнейшее развитие на моторе Z18XE . Впускной коллектор был сконструирован таким образом, что переключая внутреннюю заслонку воздух направлялся коротким путем при полных нагрузках, и длинным путем при частичных. Функции исполнительного механизма выполняет вакуумный регулятор (2), который в зависимости от нагрузки двигателя переключает заслонки во впускном коллекторе (1).

Реализация на двигателе Z18XER .
Дальнейшее развитие идея переменной длинны впускного тракта получила в двигателе Z18XER. В пластиковый впускной коллектор, встроен вращающийся барабан. Этот барабан приводится в действие сервомотором, который управляется от блока управления двигателем. В зависимости от положения барабана, воздух направляется по короткому или длинному пути. Электронное управление позволяет более точно управлять длинной воздушного столба в зависимости от режима работы мотора.

В систему входит:
1. Сервомотор управления барабаном.
2. Топливная рампа
3. Сервомотор управления и датчик дроссельной заслонки
4. Дроссель
5. Барабан для изменения длинны коллектора
6. Корпус впускного коллектора.

Не следует путать системы изменения длины с системой Twinport . В случае с Twinport изменяется не длинна, а сечение впускного тракта.
© AutoPro

У нас эта ситсема в разработке-то давно уже есть.
В распиновке блока Январь 5.1 можно увидеть выход на управление этим устройством — 36 контакт.
Тоже самое можно увидеть на современных контроллерах.

Шестнадцатиклапанный двигатель ВАЗ-11193 объемом 1,6 л (100 л.с. при 5600 об/мин) предназначен для Калины и автомобилей «десятого» семейства. Характерные особенности — механизм регулировки фаз газораспределения (он расположен на звездочке привода впускного распредвала) и впускной тракт с изменяемой длиной, благодаря которым максимальный крутящий момент в 137 Нм достигается уже при 3000 об/мин.
Это, на секундочку 2002 год Журнал Авторевю.

Фактор наполнения цилиндров

Прозвучит довольно странно, но бензиновый двигатель работает в первую очередь на воздухе. Именно исходя из массы воздушного заряда, ECM (Engine Control Module) рассчитывает цикловую подачу топлива. Для полного сгорания топливовоздушной смеси (ТПВС) на 1 порцию бензина должно припадать 14,7 порций воздуха. В зависимости от режима работы двигателя, допускается небольшое обеднение или обогащение, но рамки регулировки довольно узкие. Выход за эти рамки ведет к большому количеству вредных выбросов и увеличению расхода топлива.

Особенности воспламенения тяжелого топлива позволяют работать дизельному двигателю при очень обедненной смеси. Тем не менее, эффективное наполнение цилиндра свежим воздухом в мощностном режиме, а также скорость потока заряда и его направление, напрямую влияют на крутящий момент и эластичность двигателя.

Принцип инерционного надува

В процессе работы двигателя во впускном тракте возникают волны – чередующиеся зоны повышенного и пониженного давления. На такте впуска над поршнем создается зона разряжения, засасывающая воздух из впускного тракта. Поскольку воздушный поток имеет определенную массу, после закрытия впускного клапана над ним создается зона повышенного давления.

Движущийся по инерции воздушный поток ударяется о стенки перекрытого отверстия, отражается и движется уже к дроссельной заслонке. Для достижения инерционного наддува следующий момент открытия впускного клапана должен наступить, когда отраженный поток воздуха опять создаст зону повышенного давления перед клапаном.

• s – длина впускного тракта от клапана до входа в коллектор;
• t – время, необходимое волне для преодоления расстояния s;
• v – скорость движения волны (скорость звука).

Подведем итоги

• Чем ниже обороты двигателя, тем длиннее должен быть впускной тракт. При этом небольшое сечение впускных каналов позволяет увеличить скорость движения потока воздуха, что благотворно влияет на перемешивание ТПВС.
• Чем выше обороты двигателя, тем короче должен быть впускной тракт. Повышение оборотов ведет к увеличению массы воздуха, поступающего в цилиндры за единицу времени. Поэтому в зоне высоких оборотов сечение впускных каналов должно обеспечивать достаточную пропускную способность и не создавать избыточные насосные потери.

Система перекрытия раннеров индивидуальными заслонками

Принцип работы системы заключается в перекрытие половины впускных раннеров в режимах малых и частичных нагрузок. Заслонки, перекрывающие путь потоку воздуха, соединены тягой либо устанавливаются все на одной оси. На ранних моделях тяги управлялись вакуумным регулятором. Позже перекрытие клапанов осуществлялось электропневматическим клапаном, питание на который подавал ЭБУ двигателя. Большинство современных систем с индивидуальными заслонками оборудуются сервоприводами. Внедрение датчика положения оси вихревых заслонок позволило реализовать обратную связь для более точного управления системой EGR. Подобную систему индивидуальных заслонок применяют как на бензиновых, так и на дизельных ДВС с турбонаддувом.

Проблемы

• Образование нагара, грязевых отложений на заслонках, впускных каналах. Работа системы EGR в паре с неисправной системой ВКГ приводит к отложениям сажи на стенках коллектора. Поэтому на дизельных ДВС впускной коллектор с изменяемой геометрией гораздо чаще требует к себе внимания.
• Обламывание оси крепления заслонки. Проблема «смертельных бабочек» хорошо известна владельцам BMW. После обламывания ось крепления и куски заслонки попадают в камеру сгорания, повреждая поршни, клапаны и стенки камеры сгорания.
• Появление люфтов в местах крепления заслонок к оси, тяге. Из-за этого датчик положения заслонок выдает неверный сигнал, что заставляет ЭБУ постоянно корректировать положение заслонок.

Впускной коллектор с изменяемой длиной

На схеме принцип работы впускного коллектора двигателя Skoda Octavia 2.0 MPI (AZJ). Заслонки управляются при помощи электромагнитных клапанов. Механическое воздействие на ось заслонки осуществляется через вакуумный клапан, который берет разряжение из вакуумной камеры.

• Заслонки закрыты. Воздух движется по узкому длинному каналу.

• В режиме работы свыше 4000 тыс.об./мин открывается заслонка 1.

• Обороты двигателя свыше 4800 тыс./мин. Открытие заслонки 2 позволяет резонировать потоку на небольшой длине, что улучшает наполнение на высоких оборотах.

Изменение геометрии

Довольно интересно изменение геометрии впускного коллектора реализовано на турбированных двигателях AGN, AGU объемом 1.8 литра. Короткий или длинный впуск образовывается в зависимости от положения четырех параллельных заслонок, установленных между раннерами.

• Заслонки закрыты. Сообщение между каналами отсутствует. Для каждого из цилиндров пропускная способность ограничена сечением раннера.

• Заслонки открыты. Все раннеры сообщены, что значительно уменьшает насосные потери, увеличивая наполняемость цилиндров на высоких оборотах.

Для оптимальной работы впускной коллектор автомобиля должен иметь определенные геометрические параметры, подобранные под заданную частоту вращения коленчатого вала. По этой причине классическая конструкция обеспечивает корректное наполнение цилиндров лишь в ограниченном диапазоне оборотов двигателя. Чтобы обеспечить поступление достаточного количества воздуха в камеру сгорания при любой величине оборотов, применяется система изменения геометрии впускного коллектора.

Принцип действия коллекторов с изменяемой геометрией

Преобразование впускного коллектора на практике может быть реализовано двумя методами: изменением площади сечения и изменением его длины. Эти методы могут применяться по отдельности или в комплексе.

Особенности впускного коллектора с изменяемой длиной

Технология изменения длины впускного коллектора применяется для автомобилей с двигателями, работающими как на бензине, так и на дизеле, за исключением систем с наддувом. Принцип работы такой конструкции состоит в следующем:

• При низкой нагрузке на двигатель воздух проходит по длинному пути.
• При высоких оборотах двигателя — по короткому.
• Изменение режима работы осуществляется ЭБУ двигателя посредством привода, который переключает клапан между двумя ветками коллектора.

Работа впускного коллектора с переменной длиной основана на получении эффекта резонансного наддува. Он обеспечивает интенсивное нагнетание воздуха в камеру сгорания. Происходит это следующим образом:

• После закрытия всех впускных клапанов в коллекторе остается некоторое количество воздуха.
• В трубопроводе коллектора возникают колебания остатков воздуха, пропорциональные длине впускного коллектора и частоте оборотов двигателя.
• Когда эти колебания достигают резонанса, возникает высокое давление.
• При открытии впускного клапана осуществляется нагнетание.

Для двигателей, имеющих наддув, этот вид впускных коллекторов не применяется в силу отсутствия необходимости создания резонансного наддува. Нагнетание воздуха в таких системах выполняется принудительно предустановленным турбокомпрессором.

Особенности впускного коллектора с переменным сечением

В автомобилестроении изменение сечения впускного коллектора применяется на автомобилях, оснащенных двигателями, работающими как на бензине, так и на дизеле, в том числе для систем, оснащенных наддувом. Чем меньше сечение трубопровода, по которому подается воздух, тем выше скорость потока, а следовательно, и смешение воздуха и топлива. В такой системе каждый цилиндр имеет два впускных канала, оснащенных собственными впускными клапанами. Один из пары каналов имеет заслонку. Привод такой системы изменения геометрии впускного коллектора осуществляется электродвигателем или вакуумным регулятором. Принцип действия конструкции представляет собой следующий процесс:

• Когда двигатель работает на малых оборотах, заслонки находятся в закрытом положении.
• При открытии впускного клапана топливовоздушная смесь (воздух) поступает в цилиндр только по одному каналу.
• При подаче через один канал воздушный поток входит в камеру по спирали, обеспечивая лучшее смешение с топливом.
• Когда двигатель работает на высоких оборотах, заслонки открываются, топливовоздушная смесь (воздух) поступает по двум каналам, что обеспечивает увеличение мощности мотора.

Системы изменения геометрии у различных производителей

В мировом автомобилестроении систему изменения геометрии впускного коллектора используют многие производители, которые обозначают технологию собственным уникальным наименованием. Так конструкции с переключением длины впускного коллектора могут обозначаться как:

• Dual-Stage Intake в автомобилях марки Ford;
• Differential Variable Air Intake для автомобилей марки BMW;
• VICS или VRIS в авто марки Mazda.

В свою очередь, механизм изменения сечения впускного коллектора может маркироваться как:

• IMRC или CMCV в автомобилях Ford;
• Twin Port для машин Opel;
• Variable Intake System в японских авто Toyota;
• Variable Induction System для марки Volvo.

Применение системы изменения геометрии, независимо от того, варьируется ли длина впускного коллектора или сечение позволяет повысить мощность автомобиля, делает его более экономичным и обеспечивает снижение концентрации токсичных компонентов в выхлопных газах.

Что такое впускной коллектор с изменяемой геометрией

Для оптимальной производительности впускной коллектор автомобиля должен иметь определенную геометрию, соответствующую определенной частоте вращения двигателя. По этой причине классический дизайн обеспечивает правильную загрузку цилиндров только в ограниченном диапазоне оборотов двигателя. Чтобы обеспечить подачу достаточного количества воздуха в камеру сгорания на любой скорости, используется система изменения геометрии впускного коллектора.

Как работает система коллекторов с изменяемой геометрией

На практике переделку впускного коллектора можно производить двумя способами: изменяя площадь поперечного сечения и изменяя его длину. Эти методы можно использовать по отдельности или в комбинации.

Характеристики впускного коллектора с изменяемой длиной

Впускной коллектор с изменяемой длиной — это технология используется на бензиновых и дизельных транспортных средствах, за исключением систем с наддувом. Принцип этой конструкции следующий:

• При малой нагрузке на двигатель воздух поступает через удлиненную ветвь коллектора.
• При высоких оборотах двигателя — по короткой ветви коллектора.
• Рабочий режим изменяется ЭБУ двигателя через привод, который управляет клапаном и тем самым направляет воздух по короткому или длинному пути.

Регулируемая длинна впускного коллектора основана на эффекте резонансного наддува и обеспечивает интенсивный впрыск воздуха в камеру сгорания. Это делается следующим образом:

• Некоторое количество воздуха остается в коллекторе после закрытия всех впускных клапанов.
• Колебание остаточного воздуха в коллекторе пропорционально длине впускного коллектора и частоте вращения двигателя.
• Когда колебания достигают резонанса, создается высокое давление.
• Подача сжатого воздуха происходит при открытии впускного клапана.

В двигателях с наддувом этот тип впускного коллектора не используется, поскольку нет необходимости генерировать резонансную компрессию воздуха. Нагнетание в таких системах осуществляется с помощью установленного турбонагнетателя.

Характеристики впускного коллектора с переменным сечением

В автомобильной промышленности изменение сечения впускного коллектора используется на автомобилях с бензиновыми и дизельными двигателями, включая системы с наддувом. Чем меньше поперечное сечение трубопровода, по которому подается воздух, тем больше поток, а следовательно, и смешивание воздуха и топлива. В этой системе каждый цилиндр имеет два впускных отверстия, каждое со своим впускным клапаном. Один из двух каналов имеет заслонку. Эта система изменения геометрии впускного коллектора приводится в действие электродвигателем или вакуумным регулятором. Принцип действия конструкции следующий:

• При работе двигателя на малых оборотах заслонки находятся в закрытом положении.
• Когда впускной клапан открыт, топливно-воздушная смесь поступает в цилиндр только через один канал.
• Когда воздушный поток проходит через канал, он входит в камеру по спирали, чтобы обеспечить лучшее смешивание с топливом.
• Когда двигатель работает на высоких оборотах, заслонки открываются, и топливно-воздушная смесь проходит по двум каналам, увеличивая мощность двигателя.

Какие схемы изменения геометрии применяют производители

В мировой автомобильной промышленности система изменения геометрии впускного коллектора используется многими производителями, которые называют эту технологию своим собственным уникальным названием. Следовательно, конструкции с переменной длиной впускного коллектора можно определить следующим образом:

• Ford. Название системы — Dual-Stage Intake;
• BMW. Название системы — Differential Variable Air Intake;
• Mazda.  Название системы — VICS или VRIS.

Механизм изменения поперечного сечения впускного коллектора можно узнать как:

• Ford. Название системы — IMRC или CMCV;
• Opel. Название системы — Twin Port;
• Toyota. Название системы — Variable Intake System;
• Volvo. Название системы — Variable Induction System.

Использование системы изменения геометрии, независимо от изменения длины или поперечного сечения впускного коллектора, улучшает характеристики автомобиля, делает его более экономичным и снижает концентрацию токсичных компонентов в выхлопных газах.

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.

Варианты реализации системы модификации 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.

Изменение параметров геометрии коллектора может быть достигнуто 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

Performance Конфигурация впускного коллектора — 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 топливно-воздушной смеси Хотя во многих статьях обсуждалась настройка впускных коллекторов и выбор подходящего коллектора для вашего двигателя, лишь немногие обсуждают 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 можно настроить отклонение до значения менее 0.5 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, полученные от двигателя GM ARCA на 1,5-мильном высокоскоростном треке. Все четыре главных жиклера карбюратора были идентичны. Данные показывают отклонение от 12.От 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 динамометре 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 дела. 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 иметь проставки. влияние 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 обогатить цилиндр, работающий на наклонной поверхности.

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 перемещается 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 проработать, двухплоскостной вариант может быть более отзывчивым и может быть выбором водителя.

Не сбрасывайте со счетов множественное влияние впускных коллекторов: они могут испортить или сломать хороший комплект головок цилиндров … или легко выйти из строя из-за неправильного использования или модификации.Но независимо от того, какой дизайн или 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 понимать 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 ограниченным доступом, 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 ингредиентом 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 пределах заданного диапазона оборотов имеет важное значение 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, целесообразно рассматривать направляющие впускного коллектора 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 общую работу впускного коллектора. 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 прироста мощности. Благодаря наименьшему возможному объему двигатель будет лучше реагировать на изменение положения дроссельной заслонки и, как правило, 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 тремя наиболее распространенными элементами настройки являются 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 дюймом длины, добавленной ко всем бегунам (никаких других изменений не было).

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 пик мощности 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 изменения.)

На рисунке 4 показана зависимость давления от угла поворота коленчатого вала на выходе из впускного коллектора (стык головки 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 высокий объемный КПД).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 на этой скорости 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 с впуском 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 больше по сравнению с исходным уровнем.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 статического давления, удлиненный кожух (компьютерная модель) с конусом был изменен, чтобы иметь значительно больший объем статического давления. 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 сконфигурированы 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.

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

Vol-2 Issue-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. Даже 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-х 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 для моделирования двигателей AVL

BOOSTTM обнаружили, что многоцилиндровые дизельные двигатели с турбонаддувом

более чувствительны к изменениям длины рабочего колеса, чем безнаддувные. 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 и Hemant Khalane в своей исследовательской работе над одномерной термодинамической моделью одноцилиндрового двигателя

611 куб. См, способной прогнозировать волны давления на впуске, обнаружили, что объемный КПД

равен функция скорости двигателя и длины впуска. Поскольку частота вращения двигателя увеличилась с 1200 до 2600 об / мин, увеличение объемного КПД на

может быть достигнуто за счет линейного уменьшения длины всасывания с 13.От 7 до 3,1 раз больше

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 блока 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,
• достаточное количество разбавителя (напр.g., EGR) присутствует для контроля температуры сгорания,
• контролируется температура и давление (плотность) наддувочного воздуха,
• наддувному воздуху в цилиндре передается подходящее объемное движение и кинетическая энергия 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 входит 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. Несмотря на то, что 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 требовала 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 из-за общей бедной природы 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
  • , управляющий низкими температурами 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 или вспомогательных средств пламени.
• 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 достаточного количества кислорода для сгорания и наличия 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 двухтактного двигателя выводятся из цилиндра либо через выпускные клапаны, либо через другой набор выпускных отверстий, расположенных рядом с 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.

###

IRJET-Запрошенная вами страница не была найдена на нашем сайте

IRJET приглашает статьи из различных инженерных и технологических дисциплин для Тома 8, выпуск 7 (июль-2021)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8 Выпуск 7, Июль 2021 г. Публикация продолжается …

Обзор статей

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своего Система менеджмента качества.

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 7 (июль-2021)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 7, июль 2021 Публикация продолжается … Документы

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 7 (июль-2021)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 7, июль 2021 Публикация продолжается … Документы

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 7 (июль-2021)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 7, июль 2021 Публикация продолжается … Документы

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 7 (июль-2021)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 7, июль 2021 Публикация продолжается … Документы

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 7 (июль-2021)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 7, июль 2021 Публикация продолжается … Документы

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 7 (июль-2021)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 7, июль 2021 Публикация продолжается … Документы

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 7 (июль-2021)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 7, июль 2021 Публикация продолжается … Документы

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

Конструкция впускного порта ›CAESES

Впускные отверстия являются завершающей частью системы впуска воздуха в двигатель. Они соединяют впускной коллектор с камерой сгорания и открываются и закрываются впускными клапанами.

Хотя впускные каналы присутствуют во всех типах двигателей, они особенно сильно влияют на образование топливовоздушной смеси в бензиновых (SI) двигателях. В дизельных двигателях чаша поршня также помогает с этой задачей.

Кроме того, форма порта отвечает за движение заряда, где вихри благоприятной формы уменьшают рассеяние энергии, и влияет на количество воздуха, попадающего в камеру сгорания, где увеличение приводит к более высокой производительности двигателя.

Это сообщение в блоге дает вам краткое представление о соответствующих возможностях конструкции впускного порта в CAESES ^® . Кроме того, описан недавний проект, в котором CAESES ^® и STAR-CCM + были объединены для полной автоматизации оптимизации формы впускного отверстия.

Возможности конструкции впускного порта CAESES

CAESES ^® эффективно использовался для разработки современных впускных каналов и обладает несколькими ключевыми возможностями для решения этой конкретной задачи.Главный «канал» порта обычно моделируется с использованием технологии мета-поверхности CAESES ^® ‘, где параметризованное поперечное сечение перемещается в указанном направлении, например, вдоль пути, а функциональные кривые управляют тем, как параметры поперечного сечения изменение во время развертки. Можно использовать произвольные параметризации поперечного сечения, см. Анимацию ниже в разделе «Настройка геометрии».

Этот подход с управляемой разверткой обеспечивает высокую гибкость при сохранении минимально возможного количества конструктивных параметров для более быстрой оптимизации.

Сравнение конструкции различных впускных каналов в CAESES

Вот краткое изложение важных характеристик при проектировании впускных каналов с CAESES ^® :

• Параметризация геометрии может быть настроена таким образом, чтобы параметры, относящиеся к расходу, напрямую контролировались, например, распределением площади поперечного сечения вдоль пути, даже с учетом блокировки из-за направляющей клапана или штока.
• В качестве альтернативы можно использовать методы морфинга для деформации существующей — импортированной — геометрии.Это быстрее, но менее гибко и предлагает меньше прямого управления. Морфинг может быть применен к геометрии поверхности NURBS и экспортирован как IGES / STEP / и т. Д. Или к дискретной геометрии, такой как сетки или мозаики.
• Возможны устойчивые изменения геометрии порта без неудачных вариантов. Что касается других геометрий, одной из наиболее важных целей нашего программного обеспечения является 100% надежная вариация геометрии, полученная с помощью интеллектуальной параметризации и моделей на основе зависимостей.
• Произвольные ограничения можно встроить в модель или отслеживать.Типичными примерами являются: производственные ограничения, такие как углы вытяжки и минимальные радиусы, или ограничения упаковки, когда необходимо поддерживать расстояние до соседних компонентов / элементов.
• Геометрию можно экспортировать в несколько различных форматов, подходящих для ваших инструментов CFD / построения сетки. Многие из форматов поддерживают присвоение имен патчам, так что последующий инструмент может правильно идентифицировать участки поверхности для назначения индивидуальных настроек сетки или граничных условий.

В следующих разделах описывается исследование оптимизации, которое было проведено для демонстрации рабочего процесса оптимизации впускного порта с использованием CAESES ^® и STAR-CCM +.Порт имел типичную геометрию для двигателя SI в сочетании с односкатной камерой сгорания и четырьмя клапанами на цилиндр.

Настройка геометрии

Параметрическая модель впускного порта была создана в CAESES ^® , и для оптимизации был выбран набор из семи параметров.

КОЭФФИЦИЕНТ ЭЛЛИПСА

Фактор эллипса в двух продольных точках. Это определяет, имеет ли поперечное сечение круглую или, скорее, эллиптическую форму.

Изменение формы поперечного сечения за счет коэффициента эллипса

ЭЦЕНТРИЧНОСТЬ

Эксцентриситет в двух продольных точках. Это смешивает форму поперечного сечения от круглой / эллиптической до D-образной.

Изменение формы поперечного сечения с помощью параметра эксцентриситета

ВПУСКНОЙ УГОЛ

Угол впуска, то есть угол между траекторией впускного отверстия и горизонтальной плоскостью.

Изменение угла входа впускного канала

ВЫСОТА ВХОДА

Высота всасывающего патрубка — это типичный стандартный размер впускных патрубков.

Изменение высоты впускного отверстия на входе

ДЛИНА ПРЯМАЯ

Прямая длина на входе. Это контролирует форму траектории при проецировании на горизонтальную плоскость, в частности, насколько она прямая при выходе из впускного отверстия. Он имеет большое влияние на длину перегородки.

Изменение прямой длины впускного патрубка

STAR-CCM + Автоматизация

STAR-CCM + был связан с CAESES ^® с помощью программного соединителя.Геометрия, показанная ранее, была дополнена полусферической камерой статического давления для моделирования условий входящего потока и экспортирована в «цветном» формате STEP, который включает индивидуальные идентификаторы для идентификации различных участков. Моделирование проводилось в установившихся условиях «холодного потока», сравнимых с реальным стендом с потоком воздуха.

Цветные патчи для автоматического экспорта STL модели

Процесс оптимизации и результаты

Оптимизация впускного канала проводилась в три этапа.Сначала был проведен DoE с использованием последовательности Соболя для оценки предварительных тенденций и корреляций. Затем была проведена предварительная оптимизация с использованием суррогатной модели и многоцелевого генетического алгоритма для определения границы Парето. Эти методы полностью интегрированы в CAESES ^® .

Наконец, был выполнен второй прогон оптимизации с тем же методом, что и раньше, для дальнейшего заполнения и уточнения ранее определенной границы Парето. Были рассмотрены две совпадающие цели: коэффициент расхода или проницаемость порта и коэффициент опрокидывания.Кроме того, отслеживались турбулентная кинетическая энергия в области свечи зажигания и вихревое движение (или омега-качание). Весь процесс оптимизации включал примерно 150 проектов и, следовательно, всего моделирования CFD.

Результаты CFD, показывающие векторы скорости потока для различных — даже экстремальных — конструкций (щелкните, чтобы просмотреть анимацию)

Эти две цели были — что неудивительно — антикоррелированными, и влияние проектных переменных на цели было весьма разнообразным.В то время как, например, эксцентриситет поперечного сечения в более верхнем по потоку месте почти не влиял, то же самое значение, более низкое по потоку, оказало выраженное, но противоположное влияние на две цели. Другие переменные дизайна коррелировали только с одной целью. Например, угол впуска имел положительную корреляцию с коэффициентом переворачивания, а коэффициент эллипса ниже по потоку имел отрицательную корреляцию с коэффициентом расхода.

Выбор конструкции впускных каналов по шкале Парето

Из окончательной границы Парето можно было выбрать несколько конструкций впускных каналов, в зависимости от различных соображений, при этом все лучшие решения характеризовались довольно большим углом впуска и довольно короткой прямой длиной на впуске.Одна конструкция, которая была выбрана в конце, показала значительно улучшенный коэффициент расхода при лишь немного меньшем коэффициенте переворачивания в качестве базовой линии.

Загрузить краткое техническое описание

Краткое описание возможностей конструкции впускного порта CAESES ^® можно найти в этом техническом обзоре (PDF).

Дополнительная информация

Если вы хотите услышать эту историю более подробно, вы можете ознакомиться с записью вебинара, который мы провели совместно с R&D CFD.Если вы хотите обсудить с нами свои приложения для впускного или выпускного патрубка, не стесняйтесь связаться с нами! Более подробную информацию о подобных приложениях можно найти в нашем разделе автомобильной промышленности.