Впускной коллектор с изменяемой геометрией
Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Впускной коллектор с изменяемой геометрией». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.
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.
Системы изменения геометрии впускного коллектора
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:
- BMW называют ее Differential Variable Air Intake (DIVA);
- у Ford это Dual-Stage Intake (DSI);
- в автомобилях Mazda система носит название Variable Inertia Charging System (VICS), в ряде случаев Variable Resonance Induction System (VRIS).
Почему может понадобиться ремонт впускного коллектора?
По своей сути впускной коллектор имеет достаточно сложную конструкцию. Исходя из этих соображений значительно возрастает вероятность поломки или неисправности определенного отдельного элемента всего устройства. Зачастую выходят из строя заслонки (в основном на немецких марках автомобилей).
В данном случае автомобиль очень сильно слабнет и существенно теряет мощность. В тоже время значительно увеличивается расход топлива, а тяга и работа двигателя в целом ухудшаются. Выходят заслонки коллектора по нескольким причинам: низкокачественный материал изготовления этих заслонок, чересчур высокая температура, присутствие масляного конденсата.
Помимо этого может также выйти из строя и клапан управления этими заслонками впускного коллектора. Признаком того, что во впускной коллектор попала консистенция масла, является его увеличенный расход, который может превышать 1 литр на 1 тысячу км.
В деталях, которые изготовлены из пластика, очень часто можно встретить проблему, которая заключается в отсоединении трубки от завихрителя. Это, в свою очередь, порождает возникновение определенного характерного звука во время непосредственного движения: шум и треск в автомобиле. Данная поломка вполне решаема даже собственными руками.
Рекомендуем: Устройство и принцип работы автоматической коробки передач
Помимо этого, может возникать подсос воздуха в самом впускном коллекторе. Эта поломка может отражаться на мощности автомобиля. Но самое главное, что будет присутствовать серьезный шум, который напоминает подсасывание или выдувание.
В автомобильной природе существует специальный датчик, который используется для того, чтобы измерять абсолютное давление во впускном коллектора. Данный датчик, помимо вышеуказанной функции, отвечает за оптимизацию процессов сгорания и образования смеси воздуха и топлива. Если же данный датчик выйдет из строя, то, скорее всего, электронный блок управления начнет свою работу в аварийном режиме.
Иногда бывает так, что запуск двигателя вообще невозможен. Устройство современного датчика, располагающегося во впускном коллекторе, довольно надежное. И все же, неисправности в нем возможны.
Причины возникновения ошибки P2004
Наиболее распространенными причинами возникновения ошибки P2004 являются:
- Неисправность электромагнитного клапана системы изменения геометрии впускного коллектора
- Короткое замыкание, износ или повреждение электрических проводов, относящихся к электромагнитному клапану системы изменения геометрии впускного коллектора
- Обрыв электрических проводов, относящихся к электромагнитному клапану системы изменения геометрии впускного коллектора
- Коррозия соединителя электромагнитного клапана системы изменения геометрии впускного коллектора
- Ослабление или повреждение винтов воздушной заслонки системы изменения геометрии впускного коллектора
- Повреждение воздушной заслонки системы изменения геометрии впускного коллектора
- Засорение вакуумного фильтра электромагнитного клапана управления вакуумом
- Загрязнение электромагнитного клапана управления вакуумом
- Отсоединение или повреждение вакуумных трубопроводов
- Накопление чрезмерного количества углерода на заслонках системы изменения геометрии впускного коллектора
- Неисправность клапана системы рециркуляции отработавших газов
- Неисправность датчика массового расхода воздуха
- Неисправность датчика барометрического давления
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.
Основные неисправности
Как и любое устройство, впускной коллектор может выйти из строя. Причиной поломки может стать как банальный износ определенных деталей, так и другие внешние факторы.
Читать далее: Ошиповка шин как купить ремонтные шипы правильно
Разгерметизация.Нарушение целостности корпуса чаще всего случается из-за износа герметизирующих прокладок. В этом случае возникает дополнительная накачка воздуха в коллектор – подсос. Это не так хорошо, как может показаться: двигатель рассчитан на получение строго определенного количества воздуха в своем режиме работы.
Отложения.В двигателях с центральным впрыском или карбюратором на внутренних стенках могут оседать примеси из топлива. Но гораздо больше проблеме наростов во впускном коллекторе бывает у систем с рециркуляцией выхлопных газов. Налет на внутренней части нарушает геометрию впускного коллектора, поток воздуха проходит с меньшей турбулентностью, хуже происходит перемешивание его с топливом. Засор коллектора можно устранить с помощью чистки.
Поломка заслонок.Если заслонки во впускном коллекторе сделаны из некачественного материала, они могут выйти из строя. Такой “болезнью” страдают многие немецкие модели автомобилей.
Помимо низкого качества самих заслонок, причиной неисправности может стать попадание масла в пространство коллектора. В этом случае придется искать причину расхода масла и устранять ее, и только после заниматься ремонтом заслонок.
Неисправность датчиков.Датчики температуры и давления могут выйти из строя, что приводит к поступлению неверных данных на ЭБУ. Иногда сбой в системе настолько существенный, что блок управления переключает двигатель на аварийный режим. Проверку датчиков делают на СТО, и при необходимости меняют их на новые.
Впускной коллектор с изменяемой геометрией
Современные технологии позволяют за короткий промежуток времени впрыскивать в цилиндры большое количество топлива. Гораздо сложнее обеспечить эффективное наполнение цилиндров свежим зарядом воздуха.
Впускной коллектор с изменяемой геометрией – один из действенных способов повысить мощность и крутящий момент двигателя при сохранении его объема. Давайте рассмотрим устройство, принцип работы заслонок, способы реализации изменения длины и формы впускного коллектора.
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.
Установлено, что от скорости воздушного потока зависит степень наполняемости цилиндров топливовоздушной смесью в бензиновых и воздухом — в дизельных двигателях. На разных режимах работы двигателя скорость воздушного потока различна и зависит oт разрежения во впускном коллекторе. Для получения высоких характеристик от двигателя, необходимо обеспечить высокую скорость потока в цилиндры.
При малых оборотах двигателя — воздушному потоку необходим длинный путь, чтобы «разогнаться» и при «встрече» с впрыснутым топливом образовалась стехиометрическая смесь и поступила в цилиндр максимально готовой к процессу поджига и горения. На высоких оборотах — воздуха необходимо больше и он должен быстрее быть доставлен к впускному клапану, поэтому проходимый им путь должен быть короче. Исходя из этих требований разработаны и применяются системы изменения длины впускного коллектора. На рисунке приведена общая схема системы с переменной длиной впускного коллектора автомобиля СИТРОЕН.
Переменное сечение впускного коллектора
Такой вид изменения геометрии используется автопроизводителями машин, имеющих разные системы двигателей. В зависимости сечения трубопровода, скорость потока может уменьшаться или увеличиваться. Если оно имеет меньший разрез, скорость будет больше. Данная конструкция оснащена отдельными цилиндрами, имеющими два впускных канала. В каждом есть собственные впускные клапаны.
В канальной паре присутствует заслонка. Система изменения геометрии впускного коллектора в данном случае осуществляется под воздействием электродвигателя, также может происходить от вакуумного регулятора.
В основу действия положен принцип, подразумевающий работу силового агрегата при малых оборотах, когда заслонки закрыты. Открытие впускного клапана обеспечивает поступление топливовоздушной смеси в цилиндр лишь по одному каналу. Такая подача воздуха посредством одного канала доходит до камеры по спирали. Так лучше происходит смешивание с топливом. Эксплуатация двигателя на высоких оборотах, при закрытых заслонках, обеспечивает прохождение воздушного потока по двум каналам. В результате чего повышается в несколько раз мощность мотора.
Причины возникновения ошибки P2004
Наиболее распространенными причинами возникновения ошибки P2004 являются:
- Неисправность электромагнитного клапана системы изменения геометрии впускного коллектора
- Короткое замыкание, износ или повреждение электрических проводов, относящихся к электромагнитному клапану системы изменения геометрии впускного коллектора
- Обрыв электрических проводов, относящихся к электромагнитному клапану системы изменения геометрии впускного коллектора
- Коррозия соединителя электромагнитного клапана системы изменения геометрии впускного коллектора
- Ослабление или повреждение винтов воздушной заслонки системы изменения геометрии впускного коллектора
- Повреждение воздушной заслонки системы изменения геометрии впускного коллектора
- Засорение вакуумного фильтра электромагнитного клапана управления вакуумом
- Загрязнение электромагнитного клапана управления вакуумом
- Отсоединение или повреждение вакуумных трубопроводов
- Накопление чрезмерного количества углерода на заслонках системы изменения геометрии впускного коллектора
- Неисправность клапана системы рециркуляции отработавших газов
- Неисправность датчика массового расхода воздуха
- Неисправность датчика барометрического давления
Рабочий механизм (пневмокамера) системы изменения длины впускного коллектора
Это самое слабое звено в этой цепи.
Пневмокамера состоит из корпуса (металлического или пластикового), штока, диафрагмы и пружины.
Чаще всего система изменения геометрии впускного коллектора выходит из строя именно из-за изношенной диафрагмы пневмокамеры. Её можно назвать расходным материалом.
Чтобы проверить целостность пружины и диафрагмы, достаточно отсоединить вакуумную трубку и вдавить шток. Шток должен войти без заеданий, а при отпускании – должен резко выдвинуться. Значит пружина цела и ось заслонок не заедает.
Теперь вдавливаем шток и закрываем штуцер пальцем. Шток не должен выходить из пневмокамеры полностью. Если выходит – значит диафрагма порвана.
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.
Какой ремонт может исправить ошибку P2004?
Для устранения ошибки P2004 может потребоваться:
- Замена электромагнитного клапана системы изменения геометрии впускного коллектора
- Ремонт или замена электрических проводов или соединителей, относящихся к электромагнитному клапану системы изменения геометрии впускного коллектора
- Закручивание или замена винтов воздушной заслонки системы изменения геометрии впускного коллектора
- Замена воздушной заслонки системы изменения геометрии впускного коллектора
- Очистка вакуумного фильтра электромагнитного клапана управления вакуумом
- Очистка электромагнитного клапана управления вакуумом
- Надлежащее подключение или замена вакуумных трубопроводов
- Удаление отложений углерода с заслонок системы изменения геометрии впускного коллектора
- Замена клапана системы рециркуляции отработавших газов, датчика массового расхода воздуха или датчика барометрического давления
Как механик диагностирует ошибку P2004?
При диагностировании данной ошибки механик выполнит следующее:
- Подключит сканер OBD-II к диагностическому разъему автомобиля и считает все сохраненные данные и коды ошибок (если вместе с ошибкой P2004 также появились другие ошибки, связанные с клапаном системы рециркуляции отработавших газов, датчиком массового расхода воздуха и/или датчиком барометрического давления, рассмотрит и устранит их в первую очередь)
- Очистит коды ошибок с памяти компьютера и проведет тест-драйв автомобиля, чтобы выяснить, появляется ли код P2004 снова
- Если код ошибки появится снова, визуально осмотрит электрические провода, относящиеся к электромагнитному клапану системы изменения геометрии впускного коллектора, на предмет короткого замыкания, износа и наличия повреждений
- При необходимости отремонтирует или заменит все закороченные, изношенные или поврежденные компоненты
- Визуально осмотрит электрические соединители, относящиеся к электромагнитному клапану системы изменения геометрии впускного коллектора, на предмет коррозии и наличия повреждений
- При необходимости отремонтирует или заменит все поврежденные или подвергнутые действию коррозии компоненты
- Проверит вакуумные трубопроводы и шланги на предмет ослабления и наличия повреждений
- При необходимости отремонтирует или заменит все ослабленные или поврежденные компоненты
- Проверит заслонку системы изменения геометрии впускного коллектора на предмет повреждения
- Проверит клапан системы рециркуляции отработавших газов на предмет накопления чрезмерного количества углерода
- После выполнения ремонтных работ снова очистит присутствующие коды ошибок с памяти компьютера и проведет тест-драйв автомобиля, чтобы выяснить, появляется ли код P2004 снова
- Если код ошибки не исчезнет, проверит электромагнитный клапан системы изменения геометрии впускного коллектора с помощью сканера
Механик будет открывать и закрывать электромагнитный клапан системы изменения геометрии впускного коллектора, используя сканер, тем самым поверяя реакцию клапана. При отсутствии отклика механик заменит неисправный электромагнитный клапан.
Для чего создавалась система изменения геометрии впускного коллектора?
Главным предназначением внедрения этой системы является создать необходимые условия для работы двигателя при различных режимах. Собственно, эту же цель преследовала и система изменения фаз газораспределения, о чем мы говорили ранее. В результате применения подобной схемы, удалось добиться экономии топлива, изменить соотношения крутящего момента и оборотов на различных диапазонах работы двигателя. Наконец, далеко не последнюю роль играют и нормы экологической безопасности, которые предъявляются к автомобилям и становятся все жестче.
Применяется такая система, как на бензиновых, так и на дизельных моторах, правда, с небольшими конструктивными изменениями.
Как видим, технологии далеко шагнули вперед и если сравнивать современный автомобиль с тем, который был произведен всего 10 лет назад, то разница будет весьма ощутимой по всем параметрам: экологичности, мощности, экономии топлива. Применение таких систем позволяет добиться высокой мощности от двигателей, которые обладают малым объемом.
Установлено, что от скорости воздушного потока зависит степень наполняемости цилиндров топливовоздушной смесью в бензиновых и воздухом — в дизельных двигателях. На разных режимах работы двигателя скорость воздушного потока различна и зависит oт разрежения во впускном коллекторе. Для получения высоких характеристик от двигателя, необходимо обеспечить высокую скорость потока в цилиндры.
При малых оборотах двигателя — воздушному потоку необходим длинный путь, чтобы «разогнаться» и при «встрече» с впрыснутым топливом образовалась стехиометрическая смесь и поступила в цилиндр максимально готовой к процессу поджига и горения. На высоких оборотах — воздуха необходимо больше и он должен быстрее быть доставлен к впускному клапану, поэтому проходимый им путь должен быть короче. Исходя из этих требований разработаны и применяются системы изменения длины впускного коллектора. На рисунке приведена общая схема системы с переменной длиной впускного коллектора автомобиля СИТРОЕН.
Установлено, что от скорости воздушного потока зависит степень наполняемости цилиндров топливовоздушной смесью в бензиновых и воздухом — в дизельных двигателях. На разных режимах работы двигателя скорость воздушного потока различна и зависит oт разрежения во впускном коллекторе. Для получения высоких характеристик от двигателя, необходимо обеспечить высокую скорость потока в цилиндры.
При малых оборотах двигателя — воздушному потоку необходим длинный путь, чтобы «разогнаться» и при «встрече» с впрыснутым топливом образовалась стехиометрическая смесь и поступила в цилиндр максимально готовой к процессу поджига и горения. На высоких оборотах — воздуха необходимо больше и он должен быстрее быть доставлен к впускному клапану, поэтому проходимый им путь должен быть короче. Исходя из этих требований разработаны и применяются системы изменения длины впускного коллектора. На рисунке приведена общая схема системы с переменной длиной впускного коллектора автомобиля СИТРОЕН.