Система впуску автомобіля

Робота будь-якого ДВС заснована на згоранні суміші повітря і палива в циліндрах агрегату. Крім того, що повітря і горючий матеріал (бензин, дизель чи газ) потрібно подати в кожен циліндр, потрібен точний розрахунок обсягу кожної субстанції, і якісно їх змішати. У міру вдосконалення моторів поліпшуються і системи, які необхідні для їх максимального ККД.

Ефективність двигуна залежить не тільки від якості паливної системи і працездатності запалювання. Якщо паливо погано перемішається з повітрям, велика його частина не згорить, а буде видалено з автомобіля через вихлопну трубу (про те, як це вплине на каталітичний нейтралізатор, розказано тут). Для підвищення економічності, екологічності та ефективності поліпшуються різні параметри силового агрегату.

Розглянемо, яку роль в цьому відіграє впускная система, з яких елементів вона складається, яке її призначення, який принцип її роботи.

Що таке система впуску автомобіля

Старі мотори, які ще зустрічаються в автомобілях вітчизняного виробництва, не мали системи впуску як такої. Карбюраторний мотор має впускний колектор, патрубок якого проходить через карбюратор до воздухозаборнику. Сам пристрій має наступний принцип роботи.

Коли поршень в конкретному циліндрі виконує такт впуску, в порожнині утворюється розрідження. Газорозподільний механізм відкриває впускний клапан. Каналом колектора починає рухатися повітряний потік. Проходячи через змішувальну камеру карбюратора, в нього потрапляє деяка кількість палива (цей обсяг регулюється жиклерами, про яких розповідається окремо). Очищення повітря забезпечується повітряним фільтром, встановленим перед карбюратором.

Суміш всмоктується в циліндр через відкритий клапан. Вакуумний принцип роботи має будь-який атмосферний двигун. У ньому повітряно-паливна суміш потрапляє природним шляхом за допомогою розрідження у впускному колекторі. Примітивний впуск лише забезпечував надходження повітря в камеру карбюратора.

У цієї системи є істотний недолік - якісна робота системи безпосередньо залежить від того, яке будова має тракт, приєднаний до голівки блоку циліндрів. Також у міру проходження ВТС через колектор кілька палива може потрапляти на його стінки, що негативно позначається на економічності авто.

Коли з'явився інжектор (про те, що це таке і як він працює, розповідається окремо), З'явилася необхідність у створенні повноцінної системи впуску, яка мала б таку ж функцію - здійснювати забір повітря і змішувати його з паливом, але управління її роботою виконувалося б електронікою.

Електроніка більш ефективно розраховує оптимальну пропорцію об'єму повітря і палива і підтримує цей параметр на різних режимах роботи ДВС. Також вона забезпечує краще наповнення циліндрів на малих обертах мотора. Таке поліпшення у впуску агрегату збільшує його продуктивність без збільшення витрати пального. Оптимальний показник співвідношення обсягу повітря до кількості палива складає 14.7 / 1. Механічний вид впуску не здатний підтримувати цю пропорцію на різних режимах роботи агрегату.

Якщо раніше машина мала тільки повітропровід, за яким природним шляхом поступало повітря (його обсяг обумовлювався фізичними властивостями повітряного тракту і виконавчих пристроїв), то сучасний автомобіль отримує цілу систему, що складається з різних механізмів, що мають електричне управління. Вони контролюються ЕБУ, завдяки чому ВТС виходить більш якісною.

Варто згадати, що бензиновий, в тому числі газовий (використовується нештатное або заводське ГБО), і дизельний мотори отримують схожу систему впуску. Однак в залежності від типу уприскування вона може мати кілька відрізняється пристрій. В іншому огляді розповідається про різновиди інжекторних систем.

Сучасна впускная система працює синхронно і з іншими системами машини. Наприклад, в цей список входить рециркуляція відпрацьованих газів і впорскування палива. Щоб циліндри більш якісно наповнювалися свіжою порцією повітряно-паливної сумішшю, на впуску часто встановлюється турбонагнетатель. Про те, що таке турбокомпресор в машині, є окремий огляд.

Принцип роботи впускної системи

Впускная система працює на основі різниці тиску в циліндрі і в атмосфері. Вона з'являється, коли поршень рухається до нижньої мертвої точки на такті впуску (коли виконується такт робочого ходу, впускний і випускний клапани закриті), а клапан, через який в ємність надходить повітря з паливом, відкритий.

Кількість повітря безпосередньо залежить від розмірів самого циліндра. Однак цей обсяг регулюється, щоб мотор міг працювати на знижених оборотах, а при необхідності колінвал можна було розкрутити сильніше (коли машина розганяється). Для зміни режиму роботи використовується спеціальний повітряний клапан, який називається дросельна заслінка.

 У карбюраторі цей елемент пов'язаний з педаллю акселератора. Чим сильніше відкривається клапан, тим більше палива затягується в тракт впускного колектора. Інжекторниє мотори отримують особливий дросель. У ньому є невеликий електродвигун, який підключений до блоку управління. Коли водій натискає на педаль газу, ЕБУ за допомогою запрограмованих алгоритмів визначає, до якої міри відкрити повітряний клапан.

Щоб зберігалася ідеальна пропорція повітря і палива, біля дроселя варто дросельний датчик, сигнали від якого надходять на електронний блок управління (в багатьох сучасних системах встановлюється два датчика повітря: один перед заслінкою, а інший за неї). Отримавши ці дані, електроніка збільшує / зменшує кількість пального, яке подається через форсунки інжектора (про їх будову та принцип роботи розповідається в іншій статті).

Залежно від типу уприскування впускний тракт може мати кілька відрізняється конструкцію. Наприклад, при розподіленої модифікації впускная система бере участь в сумішоутворення. У такій конструкції форсунки встановлені в кожному патрубку колектора максимально близько до впускних клапанів. Таку систему отримує більшість сучасних інжекторних машин.

Якщо двигун має безпосереднє уприскування (у випадку з дизельними агрегатами це єдина модифікація), то система впуску тільки забезпечує харчування циліндри свіжою порцією повітря. В цьому випадку згоряння палива максимально ефективне, так як змішування відбувається безпосередньо в порожнині циліндра без втрат на впускному тракті.

Причому завдяки особливості конструкції цього уприскування (на впускному колекторі встановлені додаткові заслінки, їх синхронність роботи забезпечує загальний вал з електроприводом) паливна система може забезпечувати різний смесеобразование. Ось два основних типи:

1. Пошаровий тип. В цьому режимі форсунка розпилює пальне в циліндр, максимально розподіляючи його по всій камері. Температура надійшов повітря висока, завдяки чому бензин починає випаровуватися, краще змішуючись з повітрям. Такий режим використовується на малих обертах і при невеликих навантаженнях на ДВС.
2. Однорідний (гомогенний) тип. По суті, це збіднена суміш. В теорії тиск в циліндрі при закритих клапанах безпосередньо впливає на віддачу мотора в процесі згоряння повітряно-паливної суміші. З цього можна зробити висновок, що для підвищення крутного моменту при мінімальній витраті палива потрібно збільшити обсяг що надходить в камеру повітря. Однак у випадку з розподіленим уприскуванням спостерігається наступна проблема. Якщо пропорція ВТС буде змінена в бік збільшення кількості повітря (збіднена суміш), то така суміш погано запалає. З цієї причини на розподілених типах інжекторних систем такий тип сумішоутворення не використовується. Але що стосується безпосереднього вприскування, це здійснити реально. Займання збідненого суміші можливо завдяки тому, що порівняно малий обсяг палива розпорошується в безпосередній близькості до свічки запалювання. У порівнянні із загальною кількістю стисненого повітря палива в циліндрі мало, але завдяки тому, що біля електродів свічки знаходиться збагачене хмара, мотор не втрачає своєї ефективності навіть при значній економії палива.

Ось невелика анімація того, як працює схема із змінним смесеобразованием:

Як працює впускний колектор? (3D-анімація)

Залежно від типу паливної системи і конструкції виконавчих пристроїв таких режимів може бути ще більше. Кожен з них активується електронікою, яка фіксує обороти мотора і навантаження на нього. Для забезпечення різних режимів освіти суміші кожен виробник використовує свої механізми.

Наприклад, в деяких моторах встановлюються спеціальні багаторежимні форсунки, а в інших - крім дросельного клапана встановлюються ще й впускні заслінки. Залежно від режиму вони можуть закриватися і відкриватися незалежно від дросельної заслінки.

Коли повітряно-паливна суміш згоріла, відпрацьовані гази видаляються через випуск. Це вже інша система автомобіля. Крім видалення вихлопу вона компенсує пульсації газового потоку і знижує шум мотора (детальніше про будову і призначення вихлопної системи читайте тут).

Підсилювач гальм теж частково задіє розрідження, що утворюється у впускному колекторі. Попутно він оснащений клапаном, що відтинає систему рециркуляції вихлопних газів.

Схема сучасної системи впуску включає безліч різних датчиків і виконавчих пристроїв, завдяки чому вона за частки секунди підлаштовується під режим роботи мотора або змінюються навантажень на силовий агрегат. У деяких сучасних моделях використовується особлива технологія, мета якої - поліпшити ефективність ДВС за допомогою зміни довжини і перетину впускного тракту.

Така модернізація дозволяє витягти максимальний крутний момент на знижених оборотах атмосферного двигуна. Детально конструкція і принцип роботи колектора із змінною довжиною і перерізом розповідається в іншій статті.

Конструкція

У пристрій системи впуску входять наступні елементи:

• Повітрозабірник. У кожної моделі авто цей елемент має свою конструкцію. Ключовий елемент в цьому вузлі - повітряний фільтр. Він поміщений в корпус (часто це герметично закритий з усіх боків лоток, але зустрічаються і відкриті фільтри, встановлені безпосередньо на повітрозабірник), який з одного боку має відкритий патрубок. Через цей отвір повітря потрапляє на фільтруючий елемент, очищається і надходить в трубу впускної системи. Детально про повітряних фільтрах розповідається тут.
• Дросель. У сучасному виконанні це клапан з електроприводом, який встановлюється на трубу, що йде від повітрозабірника до колектора. Залежно від потреб і навантажень мотора електронний блок управління подає відповідну команду на відкриття / закриття заслінки. Завдяки цьому контролюється внутрішній потік повітря.
• Ресивер (або колектор). Між дроселем і головкою блоку циліндрів встановлюється впускний колектор. Це труба складної конструкції. З одного боку вона має один, а з іншого - кілька патрубків (їх кількість залежить від числа циліндрів в блоці). Призначення цієї деталі в тому, щоб розподіляти внутрішній потік повітря по циліндрах. Якщо паливна система розподіленого типу, то на кожному патрубку буде зроблено отвір, в якому буде закріплена паливна форсунка. В такому випадку впускная система бере безпосередню участь в утворенні повітряно-паливної суміші. Якщо мотор має безпосереднє уприскування (форсунки стоять біля свічок запалювання або свічок накалу у дизельних моторів), тоді впуск просто регулює подачу повітря.
• Впускні заслінки. Це додаткові клапани, які встановлюються всередині патрубків колектора, щоб регулювати тип сумішоутворення. Дані елементи використовуються в ДВС з безпосереднім уприскуванням.
• Датчики повітря. Вони фіксують силу потоку повітря перед заслінкою і за нею, а також його температуру. Сигнали від цих сенсорів надходять на блок управління.

За синхронну роботу всіх виконавчих механізмів впускної системи відповідає ЕБУ. На підставі сигналів, отриманих від педалі газу, датчика масової витрати і інших сенсорів, якими оснащений транспорт, електроніка активує конкретний алгоритм. Відповідно до програми «мізків» всі пристрої одночасно отримують відповідні сигнали.

Для чого потрібна

Отже, як видно, без якісної впускної системи, що складається з різної кількості датчиків і виконавчих механізмів, неможливо створити економічний, але разом з тим досить динамічний і екологічний автомобіль.

Єдиний недолік сучасних систем впуску полягає в дорожнечі і складності обслуговування. Якщо карбюраторний мотор можна діагностувати і відремонтувати зусиллями бувалого автомеханіка, то електроніка перевіряється тільки на спеціальному обладнанні. Для її ремонту потрібно відвідати спеціалізований сервісний центр.

Як доповнення пропонуємо подивитися відеолекцію про впускний системі автомобіля:

Теорія ДВС: системи впуску

Питання та відповіді:

Що таке впуск у двигуні? Інша назва – впускна система. Це повітрозабірник, з'єднаний із трубою, яка розгалужується на кілька труб (по одній на циліндр). Система потрібна для подачі свіжого повітря та формування ВТС.

Що буде, якщо збільшити впускний колектор? Подовження колектора в атмосфернику призведе до більшого опору на вході, що призведе до гіршого згоряння ВТС. Це призведе до зменшення крутного моменту та потужності.