Kolektor wlotowy - Inlet manifold

Gaźniki używane jako prowadnice wlotowe

Przekrój wlotu oryginalnego ciągnika Fordson (łącznie z kolektorem dolotowym, parownikiem , gaźnikiem i przewodami paliwowymi)

W przemyśle samochodowym , kolektor ssący lub kolektor dolotowy (w amerykańskim angielskim ) jest częścią silnika , który dostarcza paliwo / powietrze mieszanki do cylindrów . Słowo „ rozmaitość” pochodzi od staroangielskiego słowa manigfeald (od anglosaskiego manig [wiele] i feald [powtarzanie]) i odnosi się do mnożenia jednego (rura) przez wiele.

W przeciwieństwie do tego kolektor wydechowy zbiera spaliny z wielu cylindrów do mniejszej liczby rur – często do jednej.

Podstawową funkcją kolektora dolotowego jest równomierne rozprowadzanie mieszanki spalania (lub tylko powietrza w silniku z wtryskiem bezpośrednim) do każdego portu dolotowego w głowicy(-ach) cylindra. Równomierna dystrybucja jest ważna, aby zoptymalizować wydajność i osiągi silnika. Może również służyć jako mocowanie gaźnika, korpusu przepustnicy, wtryskiwaczy paliwa i innych elementów silnika.

Ze względu na przemieszczanie się do dołu tłoki i ograniczenie powodowane przez zawór dławiący, w posuwisto-zwrotnym z zapłonem iskrowym silnika tłokowego , częściowej próżni (poniżej ciśnienia atmosferycznego ), istnieje w kolektorze dolotowym. Ta próżnia w kolektorze może być znaczna i może być wykorzystywana jako źródło zasilania pomocniczego w samochodach do napędzania systemów pomocniczych: wspomaganych hamulców , urządzeń kontroli emisji, tempomatu , wyprzedzenia zapłonu , wycieraczek szyby przedniej , elektrycznie sterowanych szyb , zaworów systemu wentylacji itp.

Ta próżnia może być również wykorzystana do wyciągnięcia wszelkich gazów przedmuchujących tłok ze skrzyni korbowej silnika . Jest to tak zwany układ dodatniej wentylacji skrzyni korbowej , w którym spalane są gazy z mieszanką paliwowo-powietrzną.

Kolektor dolotowy był historycznie produkowany z aluminium lub żeliwa, ale coraz większą popularnością cieszy się kompozytowe tworzywa sztuczne (np. większość 4-cylindrowych silników Chryslera, Ford Zetec 2.0, Duratec 2.0 i 2.3 oraz seria GM Ecotec ).

Turbulencja

Gaźnik lub wtryskiwacze natrysk kropelek paliwa do powietrza w rurze. Ze względu na siły elektrostatyczne i kondensację z warstwy granicznej część paliwa utworzy kałuże wzdłuż ścianek kolektora, a ze względu na napięcie powierzchniowe paliwa małe krople mogą łączyć się w większe krople w strumieniu powietrza. Oba działania są niepożądane, ponieważ powodują niespójności w stosunku powietrza do paliwa . Turbulencje na wlocie pomagają rozbijać kropelki paliwa, poprawiając stopień rozpylenia. Lepsza atomizacja pozwala na pełniejsze spalanie całego paliwa i pomaga zmniejszyć stukanie silnika poprzez zwiększenie czoła płomienia. Aby osiągnąć takie turbulencje, powszechną praktyką jest pozostawianie szorstkich i niepolerowanych powierzchni otworów wlotowych i wlotowych w głowicy cylindrów.

Tylko pewien stopień turbulencji jest użyteczny przy wlocie. Gdy paliwo jest wystarczająco rozpylone, dodatkowe turbulencje powodują niepotrzebne spadki ciśnienia i spadek osiągów silnika.

Sprawność objętościowa

Porównanie fabrycznego kolektora dolotowego do silnika Volkswagena 1.8T (góra) do niestandardowego kolektora używanego w zawodach (na dole). W kolektorze wykonanym na zamówienie prowadnice do portów dolotowych na głowicy cylindrów są znacznie szersze i delikatniej zwężają się. Ta różnica poprawia sprawność objętościową wlotu paliwa/powietrza do silnika.

Konstrukcja i orientacja kolektora dolotowego jest głównym czynnikiem wpływającym na sprawność objętościową silnika. Nagłe zmiany konturu powodują spadki ciśnienia, co powoduje, że do komory spalania dostaje się mniej powietrza (i/lub paliwa); wysokowydajne kolektory mają gładkie kontury i stopniowe przejścia między sąsiednimi segmentami.

Nowoczesne kolektory dolotowe zwykle wykorzystują prowadnice , pojedyncze rurki rozciągające się do każdego portu wlotowego na głowicy cylindrów, które wychodzą z centralnej objętości lub „komory” pod gaźnikiem. Celem biegacza jest wykorzystanie właściwości rezonansu Helmholtza powietrza. Powietrze przepływa ze znaczną prędkością przez otwarty zawór. Kiedy zawór się zamyka, powietrze, które jeszcze nie dostało się do zaworu, nadal ma duży pęd i ściska się na zaworze, tworząc kieszeń wysokiego ciśnienia. To powietrze o wysokim ciśnieniu zaczyna wyrównywać się z powietrzem o niższym ciśnieniu w kolektorze. Ze względu na bezwładność powietrza wyrównanie będzie miało tendencję do oscylowania: na początku powietrze w kanale będzie pod niższym ciśnieniem niż w kolektorze. Powietrze w kolektorze następnie próbuje wyrównać się z powrotem do prowadnicy i oscylacja się powtarza. Proces ten zachodzi z prędkością dźwięku iw większości kolektorów wielokrotnie przemieszcza się w górę iw dół kanału, zanim zawór ponownie się otworzy.

Im mniejsza powierzchnia przekroju prowadnicy, tym większe zmiany ciśnienia w rezonansie dla danego przepływu powietrza. Ten aspekt rezonansu Helmholtza odtwarza jeden wynik efektu Venturiego . Gdy tłok przyspiesza w dół, ciśnienie na wyjściu kanału wlotowego ulega zmniejszeniu. Ten impuls niskiego ciśnienia biegnie do końca wejściowego, gdzie jest przekształcany w impuls nadciśnienia. Impuls ten wraca przez prowadnicę i tłoczy powietrze przez zawór. Następnie zawór zamyka się.

Aby wykorzystać pełną moc efektu rezonansu Helmholtza, otwarcie zaworu wlotowego musi być odpowiednio zsynchronizowane, w przeciwnym razie impuls może mieć negatywny wpływ. Stanowi to bardzo trudny problem dla silników, ponieważ rozrząd zaworów jest dynamiczny i oparty na prędkości obrotowej silnika, podczas gdy rozrząd impulsów jest statyczny i zależny od długości kanału dolotowego i prędkości dźwięku. Tradycyjne rozwiązanie polegało na dostosowaniu długości prowadnicy dolotowej do określonej prędkości obrotowej silnika, przy której pożądana jest maksymalna wydajność. Jednak nowoczesna technologia dała początek wielu rozwiązaniom obejmującym elektronicznie sterowany rozrząd (np. Valvetronic ) oraz dynamiczną geometrię wlotu (patrz niżej).

W wyniku „dostrajania rezonansu” niektóre wolnossące układy dolotowe działają z wydajnością objętościową powyżej 100%: ciśnienie powietrza w komorze spalania przed suwem sprężania jest większe niż ciśnienie atmosferyczne. W połączeniu z tą cechą konstrukcji kolektora dolotowego, konstrukcję kolektora wydechowego, a także czas otwarcia zaworu wydechowego można skalibrować tak, aby uzyskać większe opróżnienie cylindra. Kolektory wydechowe osiągają podciśnienie w cylindrze tuż przed osiągnięciem przez tłok górnego martwego punktu. Otwierający się zawór wlotowy może wtedy — przy typowych stopniach sprężania — wypełnić 10% cylindra przed rozpoczęciem ruchu w dół. Zamiast osiągać wyższe ciśnienie w cylindrze, zawór wlotowy może pozostać otwarty po tym, jak tłok osiągnie dolny martwy punkt, podczas gdy powietrze nadal napływa.

W niektórych silnikach prowadnice dolotowe są proste, co zapewnia minimalny opór. Jednak w większości silników biegacze mają krzywe, niektóre bardzo zawiłe, aby osiągnąć pożądaną długość biegaczy. Te zakręty pozwalają na bardziej zwarty kolektor, w rezultacie gęstsze upakowanie całego silnika. Te „wężowe” prowadnice są również potrzebne w niektórych konstrukcjach prowadnic o zmiennej długości/rozdzielonych i umożliwiają zmniejszenie rozmiaru komory . W silniku z co najmniej sześcioma cylindrami uśredniony przepływ wlotowy jest prawie stały, a objętość komory może być mniejsza. Aby uniknąć fal stojących w przestrzeni, jest ona tak zwarta, jak to tylko możliwe. Każda z prowadnic wlotowych wykorzystuje mniejszą część powierzchni komory niż wlot, który dostarcza powietrze do komory ze względów aerodynamicznych. Każda prowadnica jest umieszczona tak, aby mieć prawie taką samą odległość od głównego wlotu. Biegacze, których cylindry strzelają blisko siebie, nie są umieszczani jako sąsiedzi.

W kolektorach dolotowych 180 stopni , oryginalnie zaprojektowanych do gaźnikowych silników V8, dwupłaszczyznowy kolektor dolotowy z dzielonym kolektorem oddziela impulsy dolotowe, które odbierają o 180 stopni w kolejności zapłonu. Minimalizuje to interferencję fal ciśnienia jednego cylindra z falami drugiego cylindra, dając lepszy moment obrotowy z płynnego przepływu w średnim zakresie. Takie kolektory mogły być pierwotnie zaprojektowane do gaźników dwu- lub czterobębnowych, ale teraz są używane zarówno z korpusem przepustnicy, jak i wielopunktowym wtryskiem paliwa . Przykładem tego ostatniego jest silnik Honda J, który przy 3500 obr./min przekształca się w jednopłaszczyznowy kolektor, co zapewnia większy przepływ szczytowy i moc.

Starsze kolektory wznoszące ciepło z „mokrymi prowadnicami” do silników gaźnikowych wykorzystywały odprowadzanie spalin przez kolektor dolotowy, aby zapewnić ciepło parowania. Wielkość zmiany kierunku przepływu spalin była kontrolowana przez zawór wznoszący ciepło w kolektorze wydechowym i wykorzystywała sprężynę bimetaliczną, która zmieniała naprężenie w zależności od ciepła w kolektorze. Dzisiejsze silniki z wtryskiem paliwa nie wymagają takich urządzeń.

Kolektor dolotowy o zmiennej długości

Obniżyć kolektor dolotowy na 1999 Mazda Miata silnika , pokazując elementy układu dolotowego o zmiennej długości.

Kolektor dolotowy o zmiennej długości ( VLIM ) jest silnik spalinowy kolektora technologii. Istnieją cztery wspólne implementacje. Po pierwsze, stosuje się dwie oddzielne prowadnice wlotowe o różnej długości, a zawór motylkowy może zamknąć krótką drogę. Po drugie, prowadnice wlotowe można wygiąć wokół wspólnej komory, a zawór suwakowy oddziela je od komory o zmiennej długości. Proste, szybkobieżne prowadnice mogą otrzymać wtyczki, które zawierają małe, długie przedłużenia prowadnic. Komora silnika 6- lub 8-cylindrowego może zostać podzielona na pół, z parzystymi cylindrami zapłonowymi w jednej połowie i nieparzystymi cylindrami zapłonowymi w drugiej. Obie komory podrzędne i wlot powietrza są podłączone do Y (rodzaj komory głównej). Powietrze oscyluje pomiędzy obiema podkomorami, z dużą oscylacją ciśnienia, ale stałym ciśnieniem w komorze głównej. Długość każdego kanału od podkomory do komory głównej można zmienić. W przypadku silników V można to zrealizować, rozdzielając pojedynczą dużą komorę przy dużej prędkości obrotowej silnika za pomocą wsuwanych do niej zaworów, gdy prędkość jest zmniejszona.

Jak sama nazwa wskazuje, VLIM może zmieniać długość przewodu dolotowego, aby zoptymalizować moc i moment obrotowy , a także zapewnić lepszą wydajność paliwową .

Istnieją dwa główne skutki zmiennej geometrii wlotu:

• Efekt Venturiego : Przy niskich obrotach prędkość przepływu powietrza jest zwiększana poprzez kierowanie powietrza przez ścieżkę o ograniczonej przepustowości (obszar przekroju poprzecznego). Większa ścieżka otwiera się wraz ze wzrostem obciążenia, dzięki czemu do komory może dostać się większa ilość powietrza. W konstrukcjach z dwoma górnymi krzywkami (DOHC) ścieżki powietrza są często połączone z oddzielnymi zaworami wlotowymi, dzięki czemu można wykluczyć krótszą ścieżkę, dezaktywując sam zawór wlotowy.
• Zwiększanie ciśnienia : Dostrojona ścieżka dolotowa może mieć lekki efekt zwiększania ciśnienia podobny do niskociśnieniowego doładowania ze względu na rezonans Helmholtza. Jednak efekt ten występuje tylko w wąskim zakresie prędkości obrotowych silnika, na który ma bezpośredni wpływ długość ssania. Zmienne spożycie może stworzyć dwa lub więcej „gorących punktów” pod ciśnieniem. Gdy prędkość powietrza dolotowego jest wyższa, ciśnienie dynamiczne wpychające powietrze (i/lub mieszankę) do silnika wzrasta. Ciśnienie dynamiczne jest proporcjonalne do kwadratu prędkości powietrza wlotowego, więc poprzez zwężenie lub wydłużenie kanału zwiększa się prędkość/ciśnienie dynamiczne.

Wielu producentów samochodów stosuje podobną technologię pod różnymi nazwami. Innym powszechnym określeniem tej technologii jest system indukcyjny o zmiennym rezonansie ( VRIS ).

Zobacz też

• Port głowicy cylindra
• Formowanie wtryskowe topliwego rdzenia

Bibliografia