Доработка впускного коллектора своими руками

Тюнинг впуска и выпуска

Система впуска

Доработка впускной системы направлена на снижение сопротивления воздуху на впуске и увеличение объема воздуха, поступающего в цилиндры.
В перечень элементов, требующих доработки или замены, в зависимости от степени «тюнингования», входят: воздушный фильтр, дроссельный
патрубок, ресивер и впускной коллектор. Модернизация системы впуска повлечет за собой также установку прямоточного выпускного коллектора,
«верхового» распредвала и изменения программы управления двигателем. Рассмотрим все по порядку.

Фильтр нулевого сопротивления

Фильтр нулевого сопротивления – обеспечивает не нулевое, а значительно сниженное сопротивление воздушному потоку. Стандартные воздушные фильтры имеют в своем составе фильтрующий элемент, изготовленный из очень плотного материала, к тому же и конструкция таких фильтров не совсем удачна с точки зрения количества пропускаемого воздуха. В фильтрах же нулевого сопротивления имеющиеся микроскопические отверстия в фильтрующем элементе позволяют прогонять гораздо большее количество воздуха. Способствует этому и большая площадь фильтрации: поверхностная площадь «спортивного» фильтра до пяти раз больше, чем площадь стандартного. По типу фильтрующего элемента «нулевики» бывают двух типов. Первый вариант: нетканый хлопковый материал, армированный металлической сеткой и уложенный гофром (в просторечии — «сетка»). Второй- мелкоячеистый полиуретан (эти фильтры именуют «поролоновыми»). «Сетка» обладает меньшим сопротивлением всасыванию, а «поролоновые» элементы лучше задерживают пыль и имеют большую поверхность очистки. Поэтому «поролон» используется во внедорожных гонках, а более
чувствительные к загрязнению, но обладающие меньшим сопротивлением, «сетки»- на «асфальтовых» машинах. Некоторые компании делают фильтрующий материал двойным: первая ступень, с большими размерами пор, отвечает за крупные частицы, вторая задерживает мелкую пыль. Выбирая фильтр, надо обратить внимание на герметичность стыковочного патрубка, надежно обеспечиваемую только одним способом: резиновой манжетой в качестве уплотнения. Многие производители, желая сэкономить, делают весь корпус из пластика и считают «резинку» излишеством. Для кольцевых гонок оно может быть и так. В повседневной эксплуатации, где важен ресурс мотора, а значит, высокая степень фильтрации воздуха, пыль, «подсасываемая» через ненадежное уплотнение, «приканчивает» мотор раньше срока.

Фильтры бывают моющиеся и сухого типа. Для моющихся в продаже имеются специальные комплекты, состоящие из промывки и пропитки. Промывка предназначена для смывания грязи с поверхности фильтра, пропитка служит для задерживания мелких частиц пыли и грязи, задерживая их на стенках фильтра, не позволяя тем самым попасть в двигатель. Пропитка маслом позволяет увеличить размер отверстий фильтрующей сетки, а, значит, и снизить сопротивление потоку воздуха. Фильтрующий элемент в фильтрах сухого типа ничем не пропитан, но также имеет возможность многократного использования (моется или продувается в обратную сторону).

Система впуска холодного воздуха

Установка фильтра имеет свои особенности. Чтобы исключить попадание в цилиндры горячего воздуха, в подкапотном пространстве важно выбрать место, которое было бы максимально удалено от любых источников тепла. Также следует ставить и защитный тепловой экран. Не следует устанавливать фильтр слишком низко – загрязнившись, он быстро лишится своих свойств. В продаже имеются системы впуска холодного воздуха. Как правило, они представляют из себя алюминиевый либо карбоновый (в зависимости от производителя) конус, плотно одетый на фильтрующий элемент и служащий экраном от тёплого воздуха, идущего от двигателя. К впускному отверстию присоединяется гофр, забирающий «за бортом» более чистый и холодный воздух. Специальная форма корпуса и самого фильтрующего элемента создают дополнительные завихрения, способствующие наполнению цилиндров двигателя. В итоге имеем: холодный воздух, получаемый с улицы, уменьшенное сопротивление за счет нулевика и пассивный наддув при движении автомобиля.

Необходимо подчеркнуть, что установка фильтра нулевого сопротивления имеет смысл только тогда, когда весь двигатель подвергся доработке. Ведь чудес не бывает. Снизить сопротивление потоку можно только за счет увеличения проходных отверстий, то есть – ухудшить качество фильтрации. Поэтому при установке «нулевика» на стандартный мотор игра не стоит свеч: глупо получать скорее теоретическую прибавку мощности за счет снижения ресурса двигателя. Кроме того, существует мнение, что пропитка фильтра, попадая на измерительный элемент датчика расхода воздуха, искажает его показания, а то и выводит из строя.

Следующий шаг – увеличение дроссельной заслонки. Увеличенный дроссель снижает скорость воздушного потока и способствует увеличению производительности впускной системы по воздуху. Самый бюджетный вариант — на разборке покупается заслонка от более мощного автомобиля, которая и устанавливается на собственную машину.

Спортивный ресивер

Далее идет замена стандартного впускного ресивера на увеличенный «спортивный». Спортивный ресивер имеет значительно больший объем и более короткие впускные патрубки. Больший, чем у стандартного, объём позволяет, при правильной конструкции и настройке, сгладить пульсации воздуха. Чем больше его объем, тем резче «подхватит» двигатель после сброса газа и повторного нажатия педали в пол. Короткие впускные трубопроводы смещают максимальный коэффициент наполнения цилиндров в область высоких оборотов двигателя. Длинные впускные трубопроводы обеспечивают хорошее наполнение и соответственно высокий крутящий момент при низких оборотах. Таким образом, при жестких, нерегулируемых впускных трубопроводах имеет место альтернатива: или хороший крутящий момент в диапазоне низких оборотов двигателя и пониженная номинальная мощность, или высокая номинальная мощность и уменьшенная тяга при низких оборотах. Идеал – впускная система с изменяемой геометрией каналов, которая в зависимости от оборотов и открытия дросселя использует разные длины коллектора и улучшает наполнение во всем диапазоне оборотов.

Многодроссельный впуск

Существуют системы впуска, где впускной коллектор в его привычном понимании отсутствует как таковой, вместо него устанавливаются коротенькие трубки — «дудки», настроенные на определенные, обычно очень высокие обороты. Применяются они при желании выжать из двигателя все и стоят достаточно дорого. Это уже высшая ступень в тюнинге систем впуска атмосферных автомобилей – многодроссельный впуск, где на каждый цилиндр приходится по отдельной дроссельной заслонке и коллектору. Такой подход позволяет резко увеличить количество воздуха подаваемого в камеры сгорания. Многодроссельный впуск обеспечивает меньшие по сравнению с ресивером холостые обороты, более устойчивую работу мотора на низких и средних оборотах. Ну а работа двигателя на высоких оборотах вне всяких похвал. Несколько дроссельных заслонок вместо одной значительно ускоряют отклик автомобиля на нажатие педали газа. Побочные эффекты: сниженный ресурс двигателя и повышенный
расход топлива. Многодроссельный впуск будет по настоящему эффективен только при разработке под конкретный мотор. Специалистам предстоит решить много теоретических задач и провести массу практических испытаний, пока они реализуют свои идеи в жизнь. И все равно газодинамика не укладывается в формулы, поэтому после изготовления системы снова нужны расчеты, доводки и новые испытания.

«Мультидроссель» бессмысленно применять для низкофорсированных или «средних» двигателей: «дудки» должны быть последней стадией форсировки после изменения степени сжатия и перепрограммирования блока управления. Если речь идет не о специально сконструированном, а о стандартном моторе, требуется замена форсунок на более производительные, полное изменение системы выпуска: пара впуск/выпуск должна четко соответствовать друг другу. Распредвалы, коленвалы, поршни, кольца и прочие детали тоже, конечно, меняются. Если суммировать все переделки, фактически получается совершенно другой мотор.

Система выпуска

Как только серийный двигатель подвергся изменениям с целью увеличения мощности (будь то увеличение рабочего объема или увеличение момента на высоких оборотах), сразу увеличивается расход газа через выпускную трубу и серийная выпускная система создает избыточное сопротивление. “Неправильный” выхлоп может “задавить” двигатель, повысив давление в цилиндре на такте выпуска, что приведет к росту работы насосных ходов. Кроме того, большое сопротивление выхлопной системы препятствует наполнению цилиндра смесью, поскольку не все выхлопные газы успеют покинуть цилиндр и займут часть объема свежей смеси.

Движение отработавших газов в выпускной трубе представляет собой колебательный процесс, который может быть согласован экспериментально с колебательным процессом движения горючей смеси во всасывающем тракте с таким расчетом, чтобы улучшить очистку цилиндра от отработавших газов и его наполнение свежей смесью. Давление в выпускной трубе подвержено резким колебаниям в течение всего периода выпуска. В первый момент после открытия выпускного клапана продукты сгорания устремляются в выпускную трубу со скоростью, превышающей скорость распространения звука. Быстрое удаление продуктов сгорания влечет за собой образование в цилиндре разряжения. Точно так же и в выпускной трубе образуются периоды пониженного давления.

Выпускной коллектор

Эксперименты с выпускными трубами доказали, что длина трубы не влияет на эффективность очистки цилиндра в первой стадии процесса выпуска, но зато с увеличением длины трубы в известных пределах увеличивается длительность периода, в течение которого поддерживается разряжение. С изменением частоты вращения период пониженного давления в выпускной системе не только изменяется по длительности и величине разряжения, но и смещается по углу поворота коленчатого вала. Поэтому каждому режиму работы двигателя соответствует определенная оптимальная длина выпускной трубы.

В выпускной системе ДВС присутствуют два процесса. Первый – сдемпфированное в той или иной степени истечение газа по трубам. Второй – распространение ударных волн (звука) в газовой среде. Оба процесса оказывают влияние на коэффициент наполнения цилиндров. С первым всё просто и понятно. Большое сопротивление потоку газов вызовет снижение качества продувки и потерю мощности. Совершенно понятно, что чем короче и большего диаметра труба, тем меньше её сопротивление потоку. Практикой проверено, что для полуторалитрового мотора, работающего на оборотах не выше 8000 достаточно диаметра 45 – 50 мм при длине 3 – 3,5 метра. Дальнейшее увеличение диаметра не вызывает существенного уменьшения динамического сопротивления.

Резонатор

Большая часть потерь на выпуске приходится на выпускной коллектор. В спорте и тюнинге штатный заменяют на так называемый “паук” – отличается формой и порядком соединения приемных труб с выпускными окнами. “Пауки” бывают “короткие” и “длинные” (два У). Если взять 4-цилиндровый двигатель, то схема труб “длинного” строится по формуле «4 трубы в 2 трубы в 1 трубу», а “короткого”- «4 в 1». Коллектор «4 в 1» дает добавочную мощность только в очень узком диапазоне оборотов, за 6000 об/мин, и его обычно применяют для высокофорсированных двигателей с широкофазными распредвалами, то есть на спортивных автомобилях. Коллекторы «4 в 2 в 1» подходят для любительского тюнинга, так как обеспечивают некоторый прирост мощности и крутящего момента в довольно широком диапазоне оборотов.

В прямоточной системе применяют также промежуточные прямые трубы увеличенного диаметра, резонаторы пониженного сопротивления. Если в выпускной системе разместить на некотором расстоянии от клапана отражатель, который называют резонатором, то на определённых оборотах улучшится продувка цилиндров, что поднимет вращающий момент двигателя. Это явление называется “настроенный выхлоп” и используется для корректировки моментной кривой. Если стоит задача повысить мощность, как для спортивного мотора, то резонатор настраивают на падающий после максимума участок. Таким образом, продлевают момент на большие обороты. Если же мы хотим получить более “тяговитый” мотор на низах, то настраиваем на растущий до максимума участок.

Оконечный глушитель

Если автомобиль оборудован каталитическим нейтрализатором, то вместо него устанавливают пламегаситель прямоточного типа – резонатор, способный выдерживать максимальные температурные и механические нагрузки.Экологические нормы стран СНГ еще допускают такие переделки.

Для снижения шума устанавливается оконечный глушитель (так наз. «банка»), расположенный как можно дальше, для того, чтобы снизить его влияние на резонансные свойства. Прямоточный глушитель работает по принципу поглощения. Он состоит из внешнего корпуса, в котором проходит перфорированная труба. Пространство между корпусом и трубой заполнено теплостойким стекловолокном или другим аналогичным материалом. Мелкоячеистая сетка отделяет волокна набивки от трубы. Это необходимо для того, чтобы волокна ваты не выдувались из глушителя. Шум выхлопа эффективно рассеивается наполнителем через перфорации. Такой глушитель практически не оказывает сопротивление выхлопу.

Частотность и громкость звука, который издает прямоточный глушитель, определяется его размерами, количеством и качеством материала набивки, диаметром отверстий в трубе, а так же количеством этих отверстий. Глушитель выполняет свои функции до тех пор, пока у него есть набивка. Когда же набивка истончается, он начинает звенеть.

Источник

Устройство, принцип работы и тюнинг впускного коллектора

Воздух или топливно-воздушная смесь, в зависимости от типа двигателя (дизельный, инжекторный или карбюраторный) попадает в цилиндры через впускной коллектор. Основное предназначение впускного коллектора заключается в том, чтобы обеспечить равномерное распределение воздуха или рабочей смеси между цилиндрами. От этого напрямую зависит эффективность мотора. Помимо этого, на коллекторе могут крепиться другие узлы, например, карбюратор или дроссельная заслонка.

Принцип его работы довольно прост: воздух или его смесь с горючим, попадая внутрь через впускное отверстие, делится на несколько потоков, по числу цилиндров двигателя. Поршни, двигаясь вниз, создают в коллекторе разрежение, которое может достигать больших значений. Этот частичный вакуум используется также для нейтрализации картерных газов. Они через систему вентиляции картера двигателя попадают во впускной коллектор, смешиваются с топливно-воздушной смесью или воздухом и сжигаются в цилиндрах.

До недавнего времени основным материалом для изготовления впускного коллектора были алюминий, железо и чугун. Это создавало определенные сложности. Дело в том, что сам коллектор во время работы мотора сильно нагревается и нагревает воздух, который в данный момент находится внутри него. Воздух, в свою очередь, расширяется и поступает в цилиндры в меньшем объеме, вследствие чего повышается расход горючего и ухудшаются эксплуатационные характеристики двигателя.

В качестве альтернативы металлу, с конца 90-х годов, теперь уже прошлого века, на многих автомобилях применяются композитные материалы на основе пластика. Из-за низкой теплопроводности, такой впускной коллектор нагревается не так сильно, в результате цилиндры лучше наполняются воздухом, и повышается мощность мотора в пересчете на единицу топлива.

Турбулентность во впускном коллекторе

Данный пункт не относится к моторам с непосредственным впрыском. Горючее попадает во впускной коллектор в мелкораспыленном виде, после чего смешивается с воздухом. Некоторая его часть может осесть на стенках впускного коллектора под воздействием электростатических сил. Это явление крайне нежелательно, поскольку в результате в цилиндры попадет намного меньше топлива, и рассчитанная электронным блоком управления пропорция «воздух-топливо» будет нарушена в сторону увеличения объемной доли воздуха.

Бороться с конденсацией горючего помогает турбулентность. Под ее воздействием горючее лучше распыляется, и происходит более полное его сгорание. Как следствие возрастает мощность мотора, и снижается риск детонации. Чтобы обеспечить появление турбулентности, внутреннюю поверхность впускного коллектора не полируют, а наоборот делают шершавой. Здесь важно добиться оптимального значения турбулентности, поскольку с ее усилением начинают возникать перепады давления внутри впускного коллектора, и мощность двигателя падает.

Форма и объемная эффективность

Одним из важнейших параметров впускного коллектора, определяющим эффективность, является его форма. Основное правило, которого придерживаются все инженеры, гласит, что впускной коллектор не должен иметь никаких угловатых форм, так как это спровоцирует перепады давления и, как следствие, худшее наполнение цилиндров воздухом или рабочей смесью. Поэтому, все коллекторы имеют сглаженные переходы между сегментами и округлые формы.

В подавляющем большинстве нынешних коллекторов применяют раннеры. Представляют они из себя отдельные трубы, расходящиеся от центрального входа коллектора на все имеющиеся впускные каналы в головке блока цилиндров. Их задача состоит в том, чтобы использовать такое явление, как резонанс Гельмгольца. Принцип работы конструкции выглядит следующим образом.

В момент, когда происходит всасывание, воздух проходит на весьма высокой скорости через открытый впускной клапан. Когда клапан закрывается, воздух, не успевший попасть в цилиндр, сохраняет большой импульс, а значит давит на клапан, в результате чего образуется зона высокого давления. Затем происходит выравнивание давления, с более низким давлением в коллекторе. Из-за влияния сил инерции, выравнивание происходит с колебаниями: вначале воздух попадает в раннер под давлением более низким, чем в коллекторе, затем под более высоким. Происходит сей процесс со скоростью звука, и до того, как впускной клапан откроется в очередной раз, колебания могут совершаться многократно.

Изменение давления вследствие резонансных колебаний воздуха тем больше, чем меньше диаметр раннера. Когда поршень движется вниз, давление на выходе раннера уменьшается. Затем этот низкий импульс давления доходит до входа коллектора, где превращается в импульс высокого давления, который проходит в обратном направлении через раннер и клапан, после чего клапан закрывается.

Для достижения максимального эффекта от резонанса, впускной клапан должен открываться в строго определенный момент, иначе результат будет обратный. Добиться этого довольно сложно. Газораспределительный механизм является динамическим узлом, и режим его работы находится в самой прямой зависимости от частоты вращения коленвала. Импульсы синхронизируются статично, синхронизация зависит от длины раннеров. Частично проблема решается тем, что длина подбирается под определенный диапазон оборотов, на которых достигается наибольший крутящий момент. Другой вариант — применение систем изменения геометрии впускного коллектора и электронного управления ГРМ.

Системы изменения геометрии впускного коллектора

Поскольку, фиксированная длина впускного коллектора, обеспечивает качественное наполнение цилиндров только в ограниченных диапазонах частот вращений коленчатого вала, более предпочтительным считается впускной коллектор, имеющий систему изменения геометрии. Изменяться может либо его длина, либо диаметр, либо оба параметра.

Впускной коллектор переменной длины

Применяется на безнаддувных силовых агрегатах, как бензиновых, так и дизельных. Когда мотор работает на низких оборотах, длина коллектора должна быть большой для достижения высокого крутящего момента и приемистости, на высоких – маленькой, чтобы силовой агрегат мог развить максимальную мощность. Для изменения геометрии применяется клапан, входящий в систему управления двигателем. Он переключает коллектор с одной длины на другую.

Работает впускной коллектор переменной длины следующим образом. Когда закрывается впускной клапан, воздух, оставшийся в коллекторе, начинает совершать колебания, частота которых пропорциональна длине самого коллектора и оборотам двигателя. Когда возникает резонанс, появляется эффект нагнетания (резонансный наддув). В результате, воздух подается в открывающиеся впускные клапаны под увеличенным давлением.

В моторах, оснащенных системами наддува, подобный впускной коллектор с изменяемой геометрией не применяется, поскольку нагнетание воздуха в цилиндры происходит принудительно. В таких силовых агрегатах применяются максимально короткие коллекторы, благодаря чему уменьшаются габариты и стоимость производства двигателей.

Система изменения геометрии впускного коллектора, у разных производителей называется по-разному:

1. BMW называют ее Differential Variable Air Intake (DIVA);
2. у Ford это Dual-Stage Intake (DSI);
3. в автомобилях Mazda система носит название Variable Inertia Charging System (VICS), в ряде случаев Variable Resonance Induction System (VRIS).

Впускной коллектор переменного сечения

Применяется на любых моторах, в том числе оснащенных наддувом. С уменьшением поперечного сечения возрастает скорость воздуха, проходящего через коллектор, следовательно, улучшается смесеобразование и более полно сгорает рабочая смесь.

Система изменения геометрии впускного коллектора имеет следующее устройство. Впускной канал каждого цилиндра делится на два – по одному на каждый впускной клапан, внутри одного из которых находится заслонка. Заслонка открывается и закрывается посредством вакуумного регулятора или электродвигателя.

Когда мотор работает под небольшой нагрузкой, заслонки закрыты, воздух подается по одному каналу и попадает в цилиндр только через один клапан. В цилиндре при этом возникают завихрения, благодаря которым улучшается смесеобразование и качество сгорания топлива. Под нагрузкой заслонки открываются, и воздух подается через оба канала, мощность двигателя при этом возрастает.

Существует много вариаций подобных систем, например, у Opel система изменения геометрии впускного коллектора носит название Twin Port, у Ford есть два типа — Intake Runner Control (IMRC), Charge Motion Control Valve (CMCV), у Toyota и Volvo – Variable Induction System или Intake System (VIS).

Тюнинг коллектора

Тюнинг двигателя – это целый комплекс работ по доработке отдельных его узлов и деталей. Впускной коллектор также можно доработать, чтобы улучшить эксплуатационные характеристики мотора.

Тюнинг данной детали имеет два направления:

• на преодоление негативного влияния его формы;
• на доработку внутренней поверхности.

При чем здесь форма?

Поток воздуха или рабочей смеси в коллекторе неравномерен в силу его формы. Если коллектор несимметричный, то наибольшее количество воздуха или топливно-воздушной смеси будет попадать в первый цилиндр, а в каждый следующий все меньше. У симметричного также есть недостаток: там наибольшее количество воздуха попадает в средние цилиндры. В обоих случаях цилиндры работают неравномерно на смеси различного качества. Как следствие – падает мощность двигателя.

Тюнинг, в данном случае, подразумевает замену штатного впускного коллектора системой многодроссельного впуска. Ее устройство таково, что воздушные потоки, подающегося в цилиндры, не зависят друг от друга, поскольку каждый из цилиндров оснащается собственной дроссельной заслонкой.

«Внутренние» работы

При недостатке денежных средств, тюнинг можно провести и более дешево, почти даром. Внутри коллекторов практически всегда находится большое число неровностей и приливов, а поверхность шероховатая. Все вместе это вызывает ненужные завихрения, мешающие качественному наполнению цилиндров. При размеренной езде это явление практически незаметно, но если хочется добиться от мотора большей эффективности, с этими недостатками нужно бороться.

Тюнинг штатного впускного коллектора заключается в шлифовке его внутренней поверхности, с целью удаления приливов и шероховатостей. Шлифовать нужно не до появления зеркала, а только до достижения однородного состояния всей поверхности. Если переусердствовать, то капли горючего будут конденсироваться на стенках и тюнинг даст совершенно противоположный результат.

Напоследок, чтобы тюнинг был максимально полным, нужно обратить внимание на место сопряжения коллектора с головкой блока цилиндров. Нередко в этом месте остается ступенька, мешающая нормальному ходу воздушного потока, которую необходимо устранить (с этого начинается тюнинг ГБЦ).

Источник