Схема впускной системы

 

   Впускная система 

 

 

Впускная система (другое наименование – система впуска) предназначена для впуска в двигатель необходимого количества воздуха и образования топливно-воздушной смеси. Термин «впускная система» появился с развитием конструкции двигателей внутреннего сгорания, особенно с появлением системы непосредственного впрыска топлива. Оборудование для питания двигателя воздухом перестало быть просто воздуховодом, а превратилось в отдельную систему.

В своей работе система  впуска взаимодействует со многими  системами двигателя, в том числе:

• системой впрыска;
• системой рециркуляции отработавших газов;
• системой улавливания паров бензина;
• вакуумным усилителем тормозов.

Взаимодействие перечисленных  систем и еще ряда других систем обеспечивает система управления двигателем.

Для улучшения наполнения цилиндров воздухом, повышения мощности в конструкции системы впуска современных бензиновых и дизелных двигателей используется турбонаддув.

Впускная система имеет  следующее общее устройство:

• воздухозаборник;
• воздушный фильтр;
• дроссельная заслонка;
• впускной коллектор;
• впускные заслонки (на отдельных конструкциях двигателей);
• соединительные патрубки;
• конструктивные элементы системы управления двигателем.

Схема впускной системы  

 

 

На примере двигателя  с непосредственным впрыском топлива

Схема подготовлена по материалам Volkswagen AG 

 

• воздушный фильтр
• расходомер воздуха
• адсорбер
• запорный клапан системы улавливания паров бензина
• блок управления дроссельной заслонкой
• датчик давления во впускном коллекторе
• клапан управления впускными заслонками
• вакуумный привод впускных заслонок
• датчик положения впускной заслонки
• датчик давления в магистрали вакуумного усилителя тормозов
• клапан системы рециркуляции отработавших газов
• блок управления системы управления двигателем

Схема впускной системы 

Воздухозаборник обеспечивает забор воздуха из атмосферы и представляет собой патрубок определенной формы.

Воздушный фильтр служит для очистки воздуха от механических частиц. Фильтрующий элемент изготавливается из специальной бумаги и размещается в отдельном корпусе. Фильтрующий элемент воздушного фильтра является расходным материалом, т.е. имеет ограниченный срок службы. В зависимости от условий эксплуатации автомобиля срок службы фильтрующего элемента может изменяться.

Дроссельная заслонка регулирует величину поступающего воздуха в соответствии с величиной впрыскиваемого топлива. На современных двигателях дроссельная заслонка приводится в действие с помощью электродвигателя и не имеет механической связи с педалью газа.

Впускной коллектор распределяет поток воздуха по цилиндрам двигателя и придает ему необходимое движение. Разряжение, возникаемое во впускном коллекторе используется в работе вакуумного усилителя тормозов, а также для привода впускных заслонок.

На двигателях с непосредственным впрыском топлива в дополнение к  дроссельной заслонке устанавливаются впускные заслонки. Они обеспечивают процесс смесеобразования за счет разделения воздуха на два впускных канала. Один канал перекрывает заслонка, через другой – воздух проходит безпрепятственно. Впускные заслонки установлены на общем валу, который поворачивается с помощью вакуумного или электрического привода.

Работу впускной системы  обеспечивает система управления двигателем. Конструктивные элементы системы управления двигателем, которые используются в  работе системы впуска, можно разделить  на три группы:

• входные датчики;
• блок управления;
• исполнительные устройства.

К примеру, впускная система  двигателя с непосредственным впрыском топлива имеет следующие датчики:

• расходомер воздуха;
• датчик температуры воздуха на впуске;
• датчик положения дроссельной заслонки;
• датчик давления во впускном коллекторе;
• датчик положения впускной заслонки;
• датчик положения клапана рециркуляции;
• датчик давления в магистрали вакуумного усилителя тормозов.

Расходомер воздуха и датчик температуры воздуха на впуске служат для определения нагрузки на двигатель. На некоторых моделях двигателей расходомер воздуха не устанавливается. Его функции выполняет датчик давления во впускном коллекторе. При совместной установке расходомер воздуха и датчик давления во впускном коллекторе дублируют друг друга. Датчик давления во впускном коллекторе также используется в работе системы рециркуляции отработавших газов для расчета количества перепускаемых газов. Величина нагрузки двигателя определяется с помощью датчика температуры воздуха на впуске и дополнительного датчика атмосферного давления. Остальные датчики обеспечивают работу соответствующих систем.

Работой впускной системы  управляют следующие исполнительные устройства:

• блок управления дроссельной заслонкой;
• электродвигатель привода впускных заслонок или клапан управления вакуумным приводом заслонок (на двигателе с непосредственным впрыском топлива);
• запорный клапан системы улавливания паров бензина;
• электромагнитный клапан системы рециркуляции отработавших газов.

Исполнительные устройства активирует блок управления двигателем.

Принцип работы впускной системы 

Работа впускной системы  основана на разности давлений в цилиндре двигателя и атмосфере, возникающей  на такте впуска. Объем поступающего воздуха при этом пропорционален объему цилиндра. Величина поступающего воздуха регулируется положением дроссельной заслонки в зависмости от режима работы двигателя.

На двигателях с непосредственным впрыском топлива в дополнение к  дроссельной заслонке работают впускные заслонки. Совместная работа дроссельной  и впускных заслонок обеспечивает несколько  видов смесеобразования:

• послойное смесеобразование;
• бедное гомогенное смесеобразование;
• стехиометрическое гомогенное смесеобразование.

Послойное смесеобразование используется при работе двигателя на малых и средних оборотах и нагрузках. При послойном смесеобразовании дроссельная заслонка большую часть времени открыта полностью. Заслонка прикрывается только для обеспечения разряжения, необходимого в работе системы улавливания паров бензина (продувка адсорбера), системы рециркуляции отработавших газов (перепуск отработавших газов во впускной коллектор) и вакуумного усилителя тормозов (создание необходимого разрежения). Впускные заслонки закрыты.

Стехиометрическое (легковоспламеняемое) гомогенное (однородное) смесеобразование применяется при высоких оборотах двигателя и больших нагрузках. Дроссельная заслонка открывается в соответствии с требуемым крутящим моментом. Впускные заслонки открыты.

На бедной гомогенной смеси двигатель работает в промежуточных режимах. Дроссельная заслонка открывается также в соответствии с требуемым крутящим моментом. Впускные заслонки закрыты.

 

 

 

 

 

Система изменения  фаз газораспределения 

 

 

Система изменения  фаз газораспределения (общепринятое международное название Variable Valve Timing, VVT) предназначена для регулирования параметров работы газораспределительного механизма в зависимости от режимов работы двигателя. Применение данной системы обеспечивает повышение мощности и крутящего момента двигателя, топливную экономичность и снижение вредных выбросов.

К регулируемым параметрам работы газораспределительного механизма  относятся:

• момент открытия (закрытия) клапанов;
• продолжительность открытия клапанов;
• высота подъема клапанов.

В совокупности эти параметры  составляют фазы газораспределения – продолжительность тактов впуска и выпуска, выраженную углом поворота коленчатого вала относительно «мертвых» точек. Фаза газораспределения определяется формой кулачка распределительного вала, воздействующего на клапан.

На разных режимах работы двигателя требуется разная величина фаз газораспределения. Так, при  низких оборотах двигателя фазы газораспределения  должны иметь минимальную продолжительность («узкие» фазы). На высоких оборотах, наоборот, фазы газораспределения должны быть максимально широкими и при  этом обеспечивать перекрытие тактов впуска и выпуска (естественную рециркуляцию отработавших газов).

Кулачок распределительного вала имеет определенную форму и  не может одновременно обеспечить узкие  и широкие фазы газораспределения. На практике форма кулачка представляет собой компромисс между высоким  крутящим моментом на низких оборотах и высокой мощностью на высоких  оборотах коленчатого вала. Это противоречие, как раз и разрешает система  изменения фаз газораспределения.

В зависимости от регулируемых параметров работы газораспределительного механизма различают следующие способы изменяемых фаз газораспределения:

• поворот распределительного вала;
• применение кулачков с разным профилем;
• изменение высоты подъема клапанов.

Наиболее распространенными  являются системы изменения фаз  газораспределения, использующие поворот  распределительного вала:

• VANOS (Double VANOS) от BMW;
• VVT-i (Dual VVT-i), Variable Valve Timing with intelligence от Toyota;
• VVT, Variable Valve Timing от Volkswagen;
• VTC, Variable Timing Control от Honda;
• CVVT, Continuous Variable Valve Timing от Hyundai, Kia, Volvo, General Motors;
• VCP, Variable Cam Phases от Renault.

Принцип работы данных систем основан на повороте распределительного вала по ходу вращения, чем достигается  раннее открытие клапанов по сравнению  с исходным положением.

Система изменения фаз  газораспределения данного типа имеет следующее общее устройство:

• гидроуправляемая муфта;
• система управления.

Схема системы  автоматического изменения фаз  газораспределения 

 

 

Схема подготовлена по материалам Volkswagen AG

• датчик Холла впускного распределительного вала
• гидроуправляемая муфта впускного вала (фазовращатель)
• впускной распределительный вал
• датчик Холла выпускного распределительного вала
• гидроуправляемая муфта выпускного вала (фазовращатель)
• выпускной распределительный вал
• электрогидравлический распределитель впускного вала (электромагнитный клапан)
• электрогидравлический распределитель выпускного вала (электромагнитный клапан)
• блок управления двигателем
• сигнал от датчика температуры охлаждающей жидкости
• сигнал расходомера воздуха
• сигнал датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя
• масляный насос

Схема системы автоматического изменения  фаз газораспределения 

Гидроуправляемая  муфта (обиходное название фазовращатель) непосредственно осуществляет поворот распределительного вала. Муфта состоит из ротора, соединенного с распределительным валом, и корпуса, в роли которого выступает шкив привода распределительного вала. Между ротором и корпусом имеются полости, к которым по каналам подводится моторное масло. Заполнение той или иной полости маслом обеспечивает поворот ротора относительно корпуса и соответственно поворот распределительного вала на определенный угол.

В большинстве своем гидроуправляемая муфта устанавливается на распределительный  вал впускных клапанов. Для расширения параметров регулирования в отдельных  конструкциях муфты устанавливаются  на впускной и выпускной распределительные  валы.

Система управления обеспечивает автоматическое регулирование работы гидроуправляемой муфты. Конструктивно она включает входные датчики, электронный блок управления и исполнительные устройства. В работе системы управления используются датчики Холла, оценивающие положения распределительных валов, а также другие датчики системы управления двигателем: частоты вращения коленчатого вала, температуры охлаждающей жидкости, расходомер воздуха. Блок управления двигателем принимает сигналы от датчиков и формирует управляющие воздействия на исполнительное устройство – электрогидравлический распределитель. Распределитель представляет собой электромагнитный клапан и обеспечивает подвод масла к гидроуправляемой муфте и отвод от нее в зависимости от режимов работы двигателя.

Система изменения фаз  газораспределения предусматривает  работу, как правило, в следующих  режимах:

• холостой ход (минимальные обороты коленчатого вала);
• максимальная мощность;
• максимальный крутящий момент.

Другая разновидность  системы изменения фаз газораспределения  построена на применении кулачков различной  формы, чем достигается ступенчатое  изменение продолжительности открытия и высоты подъема клапанов. Известными такими системами являются:

• VTEC, Variable Valve Timing and Lift Electronic Control от Honda;
• VVTL-i, Variable Valve Timing and Lift with intelligence от Toyota;
• MIVEC, Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control от Mitsubishi;
• Valvelift System от Audi.

Данные системы имеют, в основном, схожую конструкцию и  принцип действия, за исключением Valvelift System. К примеру, одна из самых известных  система VTEC включает:

• набор кулачков различного профиля;
• систему управления.

Схема системы VTEC  

 

 

Схема подготовлена по материалам сайта tacomaworld.com 

 

1. блокирующий механизм (стопорный штифт);
2. малые кулачки (кулачки низких оборотов);
3. впускной клапан;
4. коромысло (рокер) первого впускного клапана;
5. промежуточное коромысло;
6. коромысло второго впускного клапана;
7. большой кулачок (кулачок высоких оборотов)

А. Режим низких оборотов двигателя

Б. Переход с одного режима на другой

В. Режим высоких оборотов двигателя

Схема системы VTEC

Распределительный вал имеет два малых и один большой кулачок. Малые кулачки через соответствующие коромысла (рокеры) соединены с парой впускных клапанов. Большой кулачок перемещает свободное коромысло.

Система управления обеспечивает переключение с одного режима работы на другой путем срабатывания блокирующего механизма. Блокирующий механизм имеет гидравлический привод. При низких оборотах двигателя (малой нагрузке) работа впускных клапанов производится от малых кулачков, при этом фазы газораспределения характеризуются малой продолжительностью. При достижении оборотов двигателя определенного значение система управления приводит в действие блокирующий механизм. Коромысла малых и большого кулачков соединяются с помощью стопорного штифта в одно целое, при этом усилие на впускные клапаны передается от большого кулачка.

Другая модификация системы VTEC имеет три режима регулирования, определяемые работой одного малого кулачка (открытие одного впускного  клапана, малые обороты двигателя), двух малых кулачков (открытие двух впускных клапанов, средние обороты), а также большого кулачка (высокие  обороты).

Современной системой изменения  фаз газораспределения от Honda является система I-VTEC, объединяющая системы VTEC и VTC. Данная комбинация существенным образом расширяет параметры регулирования двигателя.

Наиболее совершенная  с конструктивной точки зрения разновидность  системы изменения фаз газораспределения  основана на регулировании высоты подъема  клапанов. Данная система позволяет отказаться от дроссельной заслонки на большинстве режимов работы двигателя. Пионером в этой области является компания BMW и ее система Valvetronic. Аналогичный принцип использован и в других системах:

• Valvematic от Toyota;
• VEL, Variable Valve Event and Lift System от Nissan;
• MultiAir от Fiat;
• VTI, Variable Valve and Timing Injection от Peugeot.

Схема системы Valvetronic  

 

 

Схема подготовлена по материалам сайт bmwmag.ru

1. сервопривод (электродвигатель)
2. червячный вал
3. возвратная пружина
4. кулисный блок
5. впускной распределительный вал
6. наклонная часть промежуточного рычага
7. гидрокомпенсатор впускного клапана
8. червячное колесо
9. эксцентриковый вал
10. промежуточный рычаг
11. коромысло впускного клапана
12. выпускной распределительный вал
13. гидрокомпенсатор выпускного клапана
14. коромысло выпускного клапана
15. выпускной клапан
16. впускной клапан

Схема системы Valvetronic

В системе Valvetronic изменение  высоты подъема клапанов обеспечивает сложная кинематическая схема, в  которой традиционная связь кулачок-коромысло-клапан дополнена эксцентриковым валом  и промежуточным рычагом. Эксцентриковый вал получает вращение от электродвигателя через червячную передачу. Вращение эксцентрикового вала изменяет положение  промежуточного рычага, который, в свою очередь, задает определенное движение коромысла и соответствующее  ему перемещение клапана. Изменение  высоты подъема клапана осуществляется непрерывно в зависимости от режимов  работы двигателя.

Система Valvetronic устанавливается  только на впускные клапаны.

 

 

 

 

 

Система изменения  геометрии впускного коллектора  

 

 

Система изменения  геометрии впускного коллектора является одной из востребованных технологий повышения мощности двигателя, экономии топлива, снижения токсичности отработавших газов.

Изменение геометрии впускного  коллектора может быть реализовано двумя способами:

• изменением длины впускного коллектора;
• изменение поперечного сечения впускного коллектора.

В ряде случаев изменение  геометрии впускного коллектора на одном двигателя осуществляется одновременно двумя способами.

Впускной коллектор  переменной длины 

Впускной коллектор  переменной длины применяется в атмосферных бензиновых и дизельных двигателях для обеспечения лучшего наполнения камеры сгорания воздухом на всем диапазоне оборотов двигателя.

На низких оборотах двигателя  требуется достижение максимального  крутящего момента как можно  быстрее, для чего используется длинный впускной коллектор. Высокие обороты выводят двигатель на максимальную мощность при коротком впускном коллекторе.

Впускной коллектор переменной длины используют в конструкции  двигателей многие производители, некоторые  дали системе собственные названия:

• Dual-Stage Intake, DSI от Ford;
• Differential Variable Air Intake, DIVA от BMW;
• Variable Inertia Charging System, VICS, Variable Resonance Induction System, VRIS от Mazda.

Регулирование длины впускного  коллектора (переключение с одной  длины на другую) производится с  помощью клапана, входящего в состав системы управления двигателем.

Работа впускного  коллектора переменной длины осуществляется следующим образом. При закрытии впускных клапанов во впускном коллекторе остается часть воздуха, которая совершает колебания с частотой пропорциональной длине коллектора и оборотам двигателя. В определенный момент колебания воздуха входят в резонанс, чем достигается эффект нагнетания – т.н. резонансный наддув. При открытии впускных клапанов воздушная смесь в камеры сгорания нагнетается с большим давлением.

В надувных двигателях впускной коллектор переменной длины не используется, т.к. необходимый объем воздуха  в камере сгорания обеспечивается механическим и (или) турбокомпрессором. Впускной коллектор  в таких двигателях очень короткий, что сокращает размеры двигателя  и его стоимость.

Впускной коллектор  переменного сечения 

Впускной коллектор  переменного сечения применяется как на бензиновых, так и на дизельных двигателях, в т.ч. оборудованных наддувом. При уменьшении поперечного сечения каналов впускного коллектора достигается увеличение скорости воздушного потока, лучшее смесеобразование и соответственно обеспечивается полное сгорание топливно-воздушной смеси, снижение токсичности отработавших газов.

Известными системами  впуска переменного сечения являются:

• Intake Manifold Runner Control, IMRC, Charge Motion Control Valve, CMCV от Ford;
• Twin Port от Opel;
• Variable Intake System, VIS от Toyota;
• Variable Induction System, VIS от Volvo.

Схема системы  изменения геометрии впускного  коллектора 

 

 

На примере системы Twin Port от Opel

Схема подготовлена по материалам сайта kfztech.de

1. работа системы при полной нагрузке (заслонка открыта)
2. работа системы при частичной нагрузке (заслонка закрыта, завихрения топливно-воздушной смеси)
3. вихревой канал
4. вакуумный регулятор заслонки
5. форсунка
6. заслонка
7. канал наполнения

Схема системы изменения геометрии  впускного коллектора

В системе впускной канал  к каждому цилиндру разделен на два канала (отдельный канал на каждый впускной клапан), один из которых перекрыт заслонкой. Привод заслонки осуществляет вакуумный регулятор или электродвигатель, являющийся исполнительным устройством системы управления двигателем.

При частичной нагрузке заслонки закрыты, топливно-воздушная смесь (двигатели с распределенным впрыском) или воздух (двигатели с непосредственным впрыском) поступает в камеру сгорания каждого из цилиндров по одному каналу. При этом создаются завихрения, которые обеспечивают лучшее смесеобразование. При уменьшении сечения впускного коллектора раньше вступает в работу система рециркуляции отработавших газов, тем самым повышается топливная экономичность двигателя.

При полной нагрузке заслонки впускного коллектора открываются, увеличивается подача воздуха (топливно-воздушной  смеси) в камеры сгорания и соответственно повышается мощность двигателя.

 

 

 

 

 

Турбонаддув 

 

 

Турбонаддув - вид наддува, при котором воздух в цилиндры двигателя подается под давлением  за счет использования энергии отработавших газов.

В настоящее время турбонаддув  является наиболее эффективной системой повышения мощности двигателя без увеличения частоты вращения коленчатого вала и объема цилиндров. Помимо повышения мощности турбонаддув обеспечивает экономию топлива в расчете на единицу мощности и снижение токсичности отработавших газов за счет более полного сгорания топлива.

Система турбонаддува применяется  как на бензиновых, так и на дизельных  двигателях. Вместе с тем, наиболее эффективен турбонаддув на дизелях  вследствие высокой степени сжатия двигателя и относительно невысокой  частоты вращения коленчатого вала. Сдерживающими факторами применения турбонаддува на бензиновых двигателях являются возможность наступления  детонации, которая связана с  резким увеличением частоты вращения двигателя, а также высокая температура  отработавших газов (1000°С против 600°С у  дизелей) и соответствующий нагрев турбонагнетателя.

Несмотря на различия в  конструкции отдельных систем, можно  выделить следующее общее устройство турбонаддува:

• воздухозаборник;
• воздушный фильтр;
• дроссельная заслонка;
• турбокомпрессор;
• интеркулер;
• впускной коллектор;
• впускные заслонки (на некоторых конструкциях двигателей);
• соединительные патрубки и напорные шланги;
• элементы управления.

Большинство элементов турбонаддува являются типовыми элементами впускной системы. Отличительной особенностью турбонаддува является наличие турбокомпрессора, интеркулера и новых конструктивных элементов управления.

Турбокомпрессор (другое наименование – турбонагнетатель, газотурбинный нагнетатель) является основным конструктивным элементом турбонаддува и обеспечивает повышение давления воздуха во впускной системе. Конструкция турбокомпрессора включает:

• турбинное колесо;
• корпус турбины;
• компрессорное колесо;
• корпус компрессора;
• вал ротора;
• корпус подшипников.

Схема турбокомпрессора (турбонагнетателя) 

 

 

Схема подготовлена по материалам сайта turboost-rem.ru

• корпус компрессора
• вал ротора
• корпус турбины
• турбинное колесо
• уплотнительные кольца
• подшипники скольжения
• корпус подшипников
• компрессорное колесо