Резонансный наддув своими руками

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 05.10.2024

Задача повышения мощности и крутящего момента двигателя была актуальна всегда. Мощность двигателя напрямую связана с рабочим объемом цилиндров и количеством подаваемой в них топливо-воздушной смеси. Т.е., чем больше в цилиндрах сгорает топлива, тем более высокую мощность развивает силовой агрегат. Однако самое простое решение - повысить мощность двигателя путем увеличения его рабочего объема приводит к увеличению габаритов и массы конструкции. Количество подаваемой рабочей смеси можно поднять за счет увеличения оборотов коленчатого вала (другими словами, реализовать в цилиндрах за единицу времени большее число рабочих циклов), но при этом возникнут серьезные проблемы, связанные с ростом сил инерции и резким увеличением механических нагрузок на детали силового агрегата, что приведет к снижению ресурса мотора. Наиболее действенным способом в этой ситуации является наддув.

Представим себе такт впуска двигателя внутреннего сгорания: мотор в это время работает как насос, к тому же весьма неэффективный - на пути воздуха находится воздушный фильтр, изгибы впускных каналов, в бензиновых моторах - еще и дроссельная заслонка. Все это, безусловно, снижает наполнение цилиндра. Ну а что требуется, чтобы его повысить? Поднять давление перед впускным клапаном - тогда воздуха в цилиндре "поместится" больше. При наддуве улучшается наполнение цилиндров свежим зарядом, что позволяет сжигать в цилиндрах большее количество топлива и получать за счет этого более высокую агрегатную мощность двигателя.

Виды наддува

В ДВС применяют три типа наддува:

• резонансный –при котором используется кинетическая энергия объема воздуха во впускных коллекторах (нагнетатель в этом случае не нужен)
• механический – в этом варианте компрессор приводится во вращение ремнем от двигателя
газотурбинный (или турбонаддув) – турбина приводится в движение
• потоком отработавших газов.

У каждого способа свои преимущества и недостатки, определяющие область применения.

Резонансный наддув

Механический наддув

Механические нагнетатели (по англ. supercharger) позволяют довольно простым способом существенно поднять мощность мотора. Имея привод непосредственно от коленчатого вала двигателя, компрессор способен закачивать воздух в цилиндры при минимальных оборотах и без задержки увеличивать давление наддува строго пропорционально оборотам мотора. Но у них есть и недостатки. Они снижают КПД ДВС, так как на их привод расходуется часть мощности, вырабатываемой силовым агрегатом. Системы механического наддува занимают больше места, требуют специального привода (зубчатый ремень или шестеренчатый привод) и издают повышенный шум.

Существует два вида механических нагнетателей: объемные и центробежные.
Типичными представителемя объемных нагнетателей являются нагнетатель Roots и компрессор Lysholm.

Конструкция Roots напоминает масляный шестеренчатый насос. Два ротора вращаются в противоположные стороны внутри овального корпуса. Оси роторов связаны между собой шестернями. Особенность такой конструкции в том, что воздух сжимается не в нагнетателе, а снаружи – в трубопроводе, попадая в пространство между корпусом и роторами. Основной недостаток – в ограниченном значении наддува. Как бы безупречно ни были подогнаны детали нагнетателя, при достижении определенного давления воздух начинает просачиваться назад, снижая КПД системы. Способов борьбы немного: увеличить скорость вращения роторов либо сделать нагнетатель двух- и даже трехступенчатым. Таким образом можно повысить итоговые значения до приемлемого уровня, однако многоступенчатые конструкции лишены своего главного достоинства – компактности. Еще одним минусом является неравномерное нагнетание на выходе, ведь воздух подается порциями. В современных конструкциях применяются трехзубчатые роторы спиральной формы, а впускное и выпускное окна имеют треугольную форму. Благодаря этим ухищрениям нагнетатели объемного типа практически избавились от пульсирующего эффекта. Невысокие скорости вращения роторов, а следовательно, долговечность конструкции вкупе с низким шумом привели к тому, что ими щедро оснащают свою продукцию такие именитые бренды, как DaimlerChrysler, Ford и General Motors. Объемные нагнетатели поднимают кривые мощности и крутящего момента, не изменяя их формы. Они эффективны уже на малых и средних оборотах, а это наилучшим образом сказывается на динамике разгона. Проблема лишь в том, что подобные системы очень прихотливы в изготовлении и установке, а значит, довольно дороги.

Газотурбинный наддув

Более широко на современных автомобильных двигателях применяются турбокомпрессоры. По сути, это тот же центробежный компрессор, но с другой схемой привода. Это самое важное, можно сказать, принципиальное отличие механических нагнетателей от "турбо". Именно схема привода в значительной мере определяет характеристики и области применения тех или иных конструкций. У турбокомпрессора крыльчатка-нагнетатель сидит на одном валу с крыльчаткой-турбиной, которая встроена в выпускной коллектор двигателя и приводится во вращение отработавшими газами. Частота вращения может превышать 200.000 об./мин. Прямой связи с коленвалом двигателя нет, и управление подачей воздуха осуществляется за счёт давления отработавших газов.

К достоинствам турбонаддува относят: повышение КПД и экономичности мотора (механический привод отбирает мощность у двигателя, этот же использует энергию отработавших газов, следовательно, КПД увеличивает). Не следует путать удельную и общую экономичность мотора. Естественно, для работы двигателя, мощность которого возросла за счет применения турбонаддува, требуется больше топлива, чем для аналогичного безнаддувного мотора меньшей мощности. Ведь наполнение цилиндров воздухом улучшают, как мы помним, для того, чтобы сжечь в них большее количество топлива. Но массовая доля топлива, приходящаяся на единицу мощности в час у двигателя, оснащенного ТК, всегда ниже, чем у схожего по конструкции силового агрегата, лишенного наддува. Турбонаддув дает возможность достичь заданных характеристик силового агрегата при меньших габаритах и массе, чем в случае применения "атмосферного" двигателя. Кроме того, у турбодвигателя лучше экологические показатели. Наддув камеры сгорания приводит к снижению температуры и, следовательно, уменьшению образования оксидов азота. В бензиновых двигателях наддувом добиваются более полного сгорания топлива, особенно на переходных режимах работы. В дизелях дополнительная подача воздуха позволяет отодвинуть границу возникновения дымности, т. е. бороться с выбросами частиц сажи. Дизели существенно лучше приспособлены к наддуву вообще, и к турбонаддуву в частности. В отличие от бензиновых моторов, в которых давление наддува ограничивается опасностью возникновения детонации, им такое явление неведомо. Дизель можно наддувать вплоть до достижения предельных механических нагрузок в его механизмах. К тому же отсутствие дросселирования воздуха на впуске и высокая степень сжатия обеспечивают большее давление отработавших газов и их меньшую температуру в сравнении с бензиновыми моторами. В общем, как раз то, что нужно для применения турбокомпрессора. Турбокомпрессоры более просты в изготовлении, что окупает ряд присущих им недостатков.

Комбинированные системы

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам впуска двигателя внутреннего сгорания, использующим колебание столба воздуха или горючей смеси в трубопроводах. Система резонансного наддува ДВС содержит впускной коллектор и подключенный к нему резонаторный блок с переменными параметрами, выполненный в виде объемного резонатора с внутренней перегородкой, установленной с возможностью перемещения вдоль оси при перепаде давлений в интервале между дном резонатора и фиксированным положением. В перегородке предусмотрены средства для перепуска газовой среды. Рассмотрен вариант с запорным элементом, установленным на входе объемного резонатора, а также выполнение средства для перепуска газовой среды в виде калиброванного отверстия в перегородке, в виде системы игла-отверстие. Изобретение обеспечивает режим негармонического периодического колебания и повышение эффективности наддува. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, в частности к устройствам для впуска, использующим колебания столба воздуха или горючей смеси в трубопроводах для повышения коэффициента заполнения цилиндра двигателя внутреннего сгорания.

Из предшествующего уровня техники известна система резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания (см. авт. свид. СССР N 557197, кл. F 02 В 27/00, 1977), содержащая емкость с подвижной подпружиненной перегородкой, размещенной внутри емкости и разделяющей ее внутренний объем на две полости, к одной из которых подключен впускной коллектор, а к другой - выхлопная магистраль, при этом впускной коллектор и выхлопная магистраль выполнены в виде основного канала, сообщенного с атмосферой, и ответвления, подключенного к емкости. Кроме того, участки впускного коллектора и выхлопной магистрали, заключенные между емкостью и крайними патрубками, выполнены длиной, равной резонансной. Под действием переменного давления в полости, сообщающейся с выхлопной магистралью, перегородка приходит в движение и действует как насос, повышающий давление во впускном коллекторе, при этом колебательная система перегородка - пружина выполнена настроенной в резонанс с частотой (периодом) колебаний давления в системе впуска и выхлопа.

Известна также система резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания (см. авт. свид. СССР N 757756, кл. F 02 В 27/00, 1980), содержащая впускные коллекторы, подключенные при помощи трубопроводов к воздухоочистителю и генератору волн давлений, выполненного в виде цилиндра с подпружиненным поршнем, который связан с приводом от коленчатого вала.

Недостаток известных систем заключается в том, что генератор волн давления является гармоническим, так как либо настроен на заданную частоту гармонических колебаний (система перегородка - пружина, либо связан с приводом гармонических перемещений (коленчатым валом). Периодические колебания давления во впускном коллекторе двигателя внутреннего сгорания, строго говоря, не являются гармоническими. В результате эффективность известных систем резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания является невысокой. Кроме того, генераторы гармонических волн давления имеют довольно сложную конструкцию.

Известна также система резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания (см. авт. свид. СССР N 498407 кл. F 02 М 35/10, 1976), взятая в качестве прототипа и включающая впускной коллектор и подключенный к нему резонаторный блок с переменными параметрами, выполненный в виде двух резонаторов, один из которых снабжен установленной на входе заслонкой, связанной с приводом, управляемым датчиком давления во впускном коллекторе. Известная система резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания обеспечивает изменение резонансной частоты резонаторного блока в зависимости от числа оборотов двигателя.

Недостаток известной системы, как и описанных выше, заключается в том, что она не обеспечивает высокой эффективности наддува, поскольку собственные колебаний в резонаторном блоке являются гармоническими, а колебания давления во впускном коллекторе - негармоническим.

Задача изобретения - разработка системы резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания с таким резонаторным блоком, конструктивное выполнение которого обеспечило бы режим негармонического периодического колебания, что повысило бы эффективность наддува.

Поставленная задача решена тем, что в системе резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащей впускной коллектор и подключенный к нему резонаторный блок с переменными параметрами, согласно изобретению резонаторный блок с переменными параметрами выполнен в виде объемного резонатора с внутренней перегородкой, установленной с возможностью перемещения вдоль оси резонатора под действием перепада давления на ее стенках в интервале между дном резонатора и фиксированным положением. При этом перегородка снабжена средствами для перепуска газовой среды.

Поставленная задача согласно второму варианту решена тем, что в системе резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащей впускной коллектор, подключенный к нему резонаторный блок с переменными параметрами и запорный элемент с приводом, согласно изобретению резонаторный блок с переменными параметрами выполнен в виде объемного резонатора с внутренней перегородкой, установленной с возможностью перемещения вдоль оси резонатора под действием перепада давления на ее стенках в интервале между дном резонатора и фиксированным положением. При этом перегородка снабжена средствами для перепуска газовой среды, а запорный элемент установлен на входе объемного резонатора.

Средства для перепуска газовой среды выполнены либо в виде калиброванного отверстия в перегородке, либо в виде системы игла - отверстие, при этом игла либо связана со стенкой объемного резонатора через исполнительный механизм датчика давления во впускном коллекторе, либо жестко закреплена на стенке резонатора. В последнем случае игла со стороны острия снабжена опорной тарелкой, а с противоположной стороны - цилиндрическим участком с кольцевыми канавками, причем внешний диаметр цилиндрического участка соответствует скользящей посадке относительно диаметра отверстия.

Такое выполнение системы резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания обеспечивает повышение эффективности наддува, поскольку благодаря предложенному конструктивному выполнению резонаторного блока обеспечивается режим периодических негармонических колебаний, адекватных периодическим негармоническим колебаниям газовой смеси во впускном коллекторе двигателя внутреннего сгорания.

Для повышения эффективности работы двигателя внутреннего сгорания в период его запуска предусмотрено (согласно второму варианту выполнения системы) отключение резонаторного блока от системы.

Выполнение средств для перепуска газовой среды в виде системы игла - отверстие, причем игла закреплена на стенке объемного резонатора посредством исполнительного механизма, подключенного к датчику давления во впускном коллекторе, позволяет регулировать процесс перетекания газовой среды в зависимости от скорости изменения давления во впускном коллекторе.

При отсутствии средств для перепуска газовой среды полость 9 герметична, а следовательно, при изменении среднего за много циклов давления во впускном коллекторе изменяется и соотношение средних давлений между полостями и, как следствие, момент смены жесткости резонатора. Наличие отверстия позволяет выравнивать среднее давление в обеих полостях, сохраняя заданное соотношение продолжительности фаз всасывания и выпуска.

На фиг. 1 изображена (схематично) система резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - система согласно второму варианту выполнения; на фиг. 3 - средства для перепуска газовой среды в виде системы игла - отверстие; на фиг. 4 - второй вариант выполнения средств для перепуска газовой среды в виде системы игла - отверстие; на фиг. 5 - конструкция перестраиваемого объемного резонатора.

Система резонансного наддува двигателя 1 внутреннего сгорания (фиг. 1) содержит впускной коллектор 2, подключенный к нему посредством канала 3 резонаторный блок, который включает объемный резонатор 4, подвижную перегородку 5 с отверстием 6 (калиброванным). Перегородка 5 размещена внутри объемного резонатора 4 и соединена с его стенкой, например через сильфон 7. Перегородка 5 разделяет внутренний объем резонатора 4 на две полости 8 и 9 переменного объема и сообщающиеся между собой через калиброванное отверстие 6. В предпочтительном варианте впускной коллектор 2 включает два участка 10 и 11, расположенные друг относительно друга под углом большим 90 o , при этом участок 11 и канала 3 соосны, а соединение участков 10 и 11 выполнено с образованием выступа 12.

Система резонансного наддува двигателя 1 внутреннего сгорания содержит также (согласно второму варианту выполнения системы) средства для отключения резонаторного блока в период запуска двигателя 1, которые включают запорный элемент, например заслонку 13 (фиг. 2), установленную в канале 3 с возможностью поворота вокруг оси 14 и связанную с приводом 15, вход которого соединен со стартером 16 двигателя 1. Подвижная перегородка 5 закреплена внутри объемного резонатора 4 таким образом, чтобы минимальный объем полости 8 соответствовал собственной частоте резонатора 4, приблизительно соответствующей (t_min) -1 , где t_min - минимальная длительность фазы газораспределения.

Средства для перепуска газовой среды между полостями 8 и 9 могут быть выполнены не только в виде калиброванного отверстия 6, но и в виде системы игла - отверстие (фиг. 3). Подвижная перегородка 5 крепится в этом случае к стенке резонатора 4 с помощью сильфона 7 и неподвижной перегородки 17, в которой выполнено отверстие 18. Игла 19 связана с выходом исполнительного механизма 20, вход которого соединен с выходом датчика 21 давления во впускном коллекторе 2.

В другом варианте (фиг. 4) игла 19' жестко закреплена на стенке резонатора 4 и со стороны острия снабжена тарелкой 22, а с противоположной стороны - цилиндрическим участком 23 с кольцевыми канавками 24, при этом внешний диаметр участка 23 соответствует скользящей посадке относительно отверстия 18'.

Для расширение диапазона резонансного режима работы системы наддува объемный резонатор 4 соединен с впускным коллектором 2 посредством бокового канала 3, а днища 24 и 25 (фиг. 5) выполнены с возможностью осевого перемещения и связаны соответственно с исполнительными механизмами 26 и 27, входы которых подключены к выходам блока управления (не показан), вход которого подключен к датчику числа оборотов двигателя, и к датчику давления во впускном коллекторе 2 (датчики не показаны).

Система резонансного наддува двигателя 1 внутреннего сгорания работает следующим образом.

В фазе впуска происходит понижение давления во впускном коллекторе 2 двигателя 1 внутреннего сгорания. Волна разрежения, распространяясь по каналу 3, достигает объемного резонатора 4. Давление в полости 8 понижается, и перегородка 5 под действием перепада давления на ее стенках перемещается в крайнее нижнее положение. Возникающая в результате этого волна сжатия из резонатора 4 распространяется по каналу 3, а затем по участку 11 впускного коллектора 2 в полость цилиндра двигателя 1, увеличивая его наполнение. Благодаря тому, что канал 3 и участок 11 соосны, практически вся энергия волны сжатия, распространяющаяся от резонатора 4, поступает в цилиндр. При повышении давления во впускном коллекторе 2 (в фазе обратного выброса) волна давления сжатия, распространяясь по участку 11 впускного коллектора 2, достигает выступа 12, образованного пересечением цилиндрического участка 10 и полуконического участка 11 коллектора 2.

В результате обтекания выступа 12 высокоскоростным потоком возникает разрежение в участке 10 вблизи места соединения его с участком 11 и каналом 3, и следовательно, практически вся энергия волны сжатия, распространяющаяся от механизма газораспределения, поступает в объемный резонатор 4. Давление в полости 8 объемного резонатора 4 повышается, и перегородка 5 под действием перепада давления на ее стенках перемещается в крайнее верхнее положение. Возникшая при этом волна разрежения из резонатора 4 распространяется по каналу 3, а затем по участку 11 впускного коллектора 2 к двигателю.

Из вышесказанного следует, что параметры объемного резонатора 4 оказываются различными для возбуждаемых в нем волн различных фаз колебаний давления во впускном коллекторе 2, а именно, объем резонатора минимален для фазы впуска и максимален для фазы обратного выброса. Следовательно, длительности возбуждаемых в нем волн сжатия и разрежения не будут одинаковыми. Иными словами, периодические колебания не будут являться гармоническими.

При изменении числа оборотов двигателя изменяется давление во впускном коллекторе 2 двигателя 1. При неизменной величине давления в полости 9 объемного резонатора 4 это приводит к изменению величины рабочего объема резонатора, соответствующего фазе обратного выброса, что приводит к изменению соотношения длительностей волн разрежения и сжатия. Наличие в подвижной перегородке 5 средств для перепуска газовой среды (калиброванного отверстия 6 или системы игла - отверстие) позволяет поддерживать при различных режимах работы двигателя максимальную величину перепада давления между полостями 8 и 9 неизменным и, следовательно, сохранять соотношение длительностей волн сжатия и разрежения. Диаметр отверстия 6 выбирается из следующих рекомендаций. Время перетекания половины количества газа, находящегося в камере, под действием максимально возможного перепада давления во впускном коллекторе должно примерно соответствовать минимально возможному времени изменения давления во впускном коллекторе.

Наличие отверстия 6 в перегородке 5 приведет к тому, что происходит перетекание газа из одной полости резонатора 4 в другую, причем интенсивность перетекания газа будет тем больше, чем больше перепад давления газа в полостях 8 и 9. Иными словами, скорость перетекания газа из одной полости резонатора 4 в другую будет максимальна при крайних положениях подвижной перегородки 5. Наличие перемещаемой иглы 19 в отверстии 18 позволяет регулировать скорость перетекания газа в зависимости от давления во впускном коллекторе 2 (фиг. 3), что позволяет повысить КПД за счет снижения величины перетекания газа.

Таким образом, при циклических колебаниях давления имеет место периодическое перетекание газа из одной полости резонатора 4 в другую, снижающее эффективность резонатора 4. Для уменьшения величины перетекания газа и повышения КПД необходимо в крайних положениях перегородки 5 уменьшить величину перетекания. Поскольку подвижная перегородка 5 строго следит за изменением перепада давления, выполнение средств для перепуска газовой среды в виде неподвижной иглы 19', расположенной соосно в отверстии 18', выполненном в перегородке 5, позволяет плавно изменять сечение канала между полостями 8 и 9 в зависимости от положения перегородки 5. Кроме того, наличие тарелки 22 и цилиндрического участка 23 с лабиринтным уплотнением на поверхности обеспечивает перекрытие отверстия 18' в крайних положениях подвижной перегородки 5. Следовательно, в первую половину цикла перегородка 5 расположена на тарелке и отверстие 18' перекрыто, а разность давлений в камерах максимальна. Во второй половине цикла перегородка 5 перемещается от упора, отслеживая наполнение камеры 8. В начале перемещения, когда разница давлений минимальна, целесообразно иметь максимально необходимую площадь для перетекания. По мере удаления от упора разность давлений увеличивается, следовательно, площадь отверстия должна уменьшаться. Профиль иглы 19' определяет закон уменьшения площади перепускного отверстия в зависимости от перемещения перегородки 5 вверх. В крайнем верхнем положении перегородки 5 сечение зазора между иглой 19' и стенками отверстия 18' минимально за счет лабиринтного уплотнения, а разность давлений в полостях 8 и 9 максимальна.

1. Система резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащая впускной коллектор и подключенный к нему резонаторный блок с переменными параметрами, отличающаяся тем, что резонаторный блок с переменными параметрами выполнен в виде объемного резонатора с внутренней перегородкой, установленной с возможностью перемещения вдоль оси резонатора под действием перепада давления на ее стенках в интервале между дном резонатора и фиксированным положением, при этом перегородка снабжена средствами для перепуска газовой среды.

2. Система резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащая впускной коллектор, подключенный к нему резонаторный блок с переменными параметрами и запорным элементом с приводом, отличающаяся тем, что резонаторный блок с переменными параметрами выполнен в виде объемного резонатора с внутренней перегородкой, установленной с возможностью перемещения вдоль оси резонатора под действием перепада давления на ее стенках в интервале между дном резонатора и фиксированным положением, при этом перегородка снабжена средствами для перепуска газовой среды, а запорный элемент установлен на входе объемного резонатора.

3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что средства для перепуска газовой среды выполнены в виде калиброванного отверстия в перегородке.

4. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что средства для перепуска газовой среды выполнены в виде системы игла-отверстие, при этом игла соединена с исполнительным механизмом, жестко закрепленным на стенке резонатора и связанным с датчиком давления во впускном коллекторе.

5. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что средства для перепуска газовой среды выполнены в виде системы игла-отверстие, при этом игла со стороны острия снабжена опорной тарелкой, а с противоположной стороны цилиндрическим участком с кольцевыми канавками на нем, причем внешний диаметр цилиндрического участка соответствует скользящей посадке относительно диаметра отверстия.

думаю это такое явление, когда импульсы давления наддувного воздуха создаются в моменты перекрытия клапанов.

Учение Маркса всесильно, потому что оно верно.

Есть такой режим в одном из тактов - перекрытие клапанов. Это когда выпускной закрывается, но ещё на закрылся, а впускной уже открылся. И порция покидающих цилиндр выхлопных газов как бы затягивает больше свежей бензо-воздушной смеси. Вкупе с правильно подобранной длиной впускного и выпускного трактов получается "неплохая прибавка к пенсии". Вдобавок впускной тракт делают двойным с лепестками перекрывающими то один, то другой канал на разных оборотах. Возможно те, кто употребил термин "резонансный наддув", имели в виду вышеизложенное.

я не могу объяснить что это такое, сам не знаю.
может что то из серии "азот в колесах"?
или действительно что то хорошее? :)

Есть такой режим в одном из тактов - перекрытие клапанов. Это когда выпускной закрывается, но ещё на закрылся, а впускной уже открылся. И порция покидающих цилиндр выхлопных газов как бы затягивает больше свежей бензо-воздушной смеси. Вкупе с правильно подобранной длиной впускного и выпускного трактов получается "неплохая прибавка к пенсии". Вдобавок впускной тракт делают двойным с лепестками перекрывающими то один, то другой канал на разных оборотах. Возможно те, кто употребил термин "резонансный наддув", имели в виду вышеизложенное.

А что касается нулевика, то без перестройки "мозгов" и массы других переделок он почти ничего не даст.

В этой статье Вы узнаете как сделать тюнинг системы подачи воздуха или системы впуска своими руками. Все результаты начальный промежуточный и конечный были измерены на автомобиле Holden VL Turbo при разгоне от 0 до 100км/ч. Конечный результат уменьшение время разгона до 100 км/ч на 0.55 секунды. Затраты 30%, в России можно обойтись и 300 рублями.

Статья была написана иностранным другом по тюнингу, чем Мы ему и благодарны!

Начнём, автомобиль для тюнинга Holden VL Turbo 6-ти цилиндровый двигатель объёмом 3-и литра с турбиной. Цель данного тюнинга заключалось в увеличении мощности двигателя при минимальных затратах и путём доработки системы впуска двигателя. А так же возможность сделать тюнинг своими руками.

Для тюнинга воздухозаборника вполне достаточно купить фильтр нулевого сопротивления, но цель немножко другая и конечный результат должен быть более эффективным, чем от фильтра нулевого сопротивления. Для измерения давления был сделан очень простой, но функциональный манометр, схема которого изображена на рисунке. Датчик должен быть подключён последовательно в разные точки системы подачи воздуха в камеру сгорания для получения данных о точках снижения давления.

Рассмотрим простую схему. если давление в самом конце системы подачи воздуха больше, чем в начале, значит поток воздуха не может пройти спокойна какой то узел системы. В результате получается дефицит воздуха в камере сгорания, а ещё в школе нас учили, что чем больше воздуха, тем быстрее и объёмнее протекает процесс горения, а это, в нашем случае, увеличение мощности двигателя. Ещё одним не мало важным параметром является температура подаваемого воздуха в камеру сгорания. Чем больше температура тем воздух менее плотнее, а значит и содержит меньше кислорода и опять же по предыдущей схеме уменьшается мощность двигателя. В итоге нужно подать как можно прохладнее воздух, для увеличения количество кислорода в нём.

Стоковая система Holden VL Turbo

Воздух подаётся с начало в впускной патрубок, потом в коробку воздушного фильтра, далее через фильтр тщательной очистки проходит кислородный датчик и через гофру в турбо компрессор.

Тестируем

Теперь задача убрать все места которые мешают прямой подачи воздуха. Замеры собранным манометром показали вот такие данные:

Впускной патрубок: 3.5
Нижняя часть коробки воздушного фильтр: 4
Фильтр: 1
Верхняя часть коробки воздушного фильтр: 2
Датчик воздуха: 14.5
Гофра: 4.5
Непосредственно возле турбины: 29.5

Единица измерения- изменение столбика жидкости в сосуде.

А ещё была замерена температура воздуха с помощью цифрового температурного датчика. В нижней части коробки воздушного фильтр температура 30 градусов. Но спустя некоторое время она возросла до 50, что ни есть хорошо и это при температуре окружающей среды 15 градусов.

И так исходные данные:

Пиковое давление: 29.5
Пиковая температура: 50°C
Разгон 0-100 км/ч: 8.0 сек

Доработка

1. Удаление 2-го из 3-го фильтра грубой очистки( от камней, листьев и т.д.) Результат: снижение общего давления в системе на 32% вполне не плохо, не потратив не копейки. Если фильтр нулевого сопротивления в среднем даёт всего 3% снижения давления, а за него нужно отдать кругленькую сумму, да ещё обслуживать каждые 3000 км. Разгон от 0 до 100км/ч уменьшился до 7.7 секунд.

2. В результате повторного замера, задача в снижении сопротивления в верхней чати коробки воздушного фильтра пропала. 7 единиц давления мы имеем в низу коробки. Выход нашёлся один, в нижней части коробки воздушного фильтра было сделано отверстие диаметром 100мм. вставлен патрубок такого же диаметра, загнутый под 90 градусов и выведен в колёсную арку. В переднюю часть авто воздухозаборник не был выведен в связи с опасностью попадание инородных предметов, тем более две из трёх перегородок грубой очистки были сняты. А разместив в арке получаем неплохой приток воздуха на скорости и более-менее неплохую защиту от попадания грязи. Начало воздухозаборного патрубка был увеличен путём нагрева и растягивания конусным предметом. Результат: давление уменьшилось с начальных 4 до 1 единицы, а температура воздуха уменьшилась с 50°C до 20°C. Разгон от 0 до 100км/ч уменьшился до 7.6 секунд. Затраты 150 рублей за патрубок.

3. Замена гофрированного патрубка от датчика кислорода к турбине, потери 4.5 единиц. Как раз в гофре идёт сильные завихрения потока воздуха, в чём и проявляется увеличения сопротивления на 26%. Цена обычного патрубка, такого же диаметра 150 рублей. Результат: давление уменьшилось на 4 единицы. Разгон от 0 до 100км/ч уменьшился до 7.45 секунд. Затраты на новый патрубок так же 150 рублей.

Подведение итогов:

Бюджет 300 рублей

Уменьшение сопротивления на половину. Уменьшение температуры воздуха.

выигрышное время 0.55 секунды при разгоне от 0 до 100км/ч. Показание теста на стенде выросли на всех участках кривой одинаково, а значит прирост как на малых, так и на больших оборотах, при минимальных затратах.

В основу заложен принцип вихревого смешивания топлива и воздуха во впускном тракте. Завихритель под карбюратор это простое устройство, представляющее собой пластину с вихревыми каналами. Устанавливается завихритель под штатный серийный карбюратор. Через форсунки в колодце поступает воздух. Создается вихревой поток, который эффективно дробит бензиновые капли. Эффективность смешивания топливовоздушной смеси улучшается в разы. Завихритель воздушного потока способствует созданию гремучей смеси. Возрастает интенсивность и полнота сгорания топлива. В 80-х подобные девайсы немцы применяли на карбюраторных фольцвагенах гольф. Очень существенно снижается показатель токсичности СО2.

Установили завихритель воздуха. Холостой ход поднялся до 1100 об/мин, было 900 об/мин. Снизился расход топлива по городу, но не более 1 литра. Улучшилась динамичность в диапазоне оборотов 900 – 1800 об/мин.

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

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:

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).

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.

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).
" alt="">

В данной статье я хочу рассказать о своих мыслях на тему изменения внутреннего облика автомобиля, а поможет мне в этом, как и во многом другом — микроэлектроника, в лице всем известного контроллера Arduino.

Итак, за время своего водительского стажа (порядка 8 лет) я успел испробовать на себе немалое число моделей автомобилей, находившихся либо в моей личной собственности, либо во владении родственников или друзей: ВАЗ 2109, 21099, 2112, Honda Accord, Honda Civic, Volkswagen Jetta, Mitsubishi Lancer X, Skoda Oktavia, BMW E34 и многие другие. Из всех авто, пожалуй, наиболее сильно мне запомнилась Honda Accord 1993 года выпуска, с замененным на неродной 200-сильный легендарный двигатель H22A, находящаяся в данной конфигурации в моем владении 2 долгих года. Что мне в ней нравилось — её характер, мотор с легкостью раскручивался до 7500 оборотов и обладал выраженным подхватом ровно с 4000 оборотов. Однако низов на нем не было, совсем!

Сегодня я езжу уже на другом автомобиле — Suzuki SX4, у него данная проблема носит еще более выраженный характер ввиду 1600 кубового всего 112 сильного двигателя и немалой массы в 1330 кг (вместе с водителем).

По видимому такие настройки динамики вводятся авто производителями в угоду снижения токсичности выхлопа, расхода топлива и повышения надежности двигателей (искусственно заниженная мощность на низких оборотах продлевает жизнь всем трущимся деталям в двигателе).

Данная проблема кардинально решается несколькими методами:
— замена мотора на более объемный;
— установка небольшой турбины с ранним спулом (довольно популятный метод, дает эффект более объемного двигателя с 1500-2000 оборотов);
— установка объемного компрессора с приводом от коленчатого вала двигателя (дает эффект более объемного двигателя практически с холостых оборотов но занимает очень много места в подкапотном пространстве, метод практически не пользуется популярностью).

В один прекрасный день мне в голову пришла идея — а что если взять холодную часть турбины (центробежный компрессор) и вращать его крыльчатку не отработанными выхлопными газами и не при помощи ремня от коленчатого вала ДВС, а мощным электродвигателем, обороты которого можно менять при помощи электроники и выставлять такие, какие точно нужны для поддержания необходимого уровня наддува, а соответственно и мощности и крутящего момента автомобиля на любых (!) оборотах:

А что если не ограничиться 3000 оборотами и крутить электродвигатель и дальше, до 4000 — 5000 оборотов? Таким образом можно перекрыть практически весь повседневный диапазон оборотов, использующийся при вождении автомобиля в 90% случаев.

Да, на это потребуется довольно большая мощность — по моим расчетам при частоте вращения коленчатого вала 4000 оборотов для ДВС объемом 1600 куб см и необходимого наддува в 0,4 бара (максимальный уровень наддува, поддерживаемый большинством штатных ЭБУ автомобилей без перепрошивки и внедрения в электронику авто) — отбираемая мощность на привод крыльчатки компрессора составит около 4,5 кВт (с учетом среднестатистического КПД центробежного компрессора в 50%).

В свободной продаже сейчас есть довольно мощные и в тоже время небольшие по габаритам авто\авиамодельные бесколлекторные электродвигатели, развивают мощность в максимуме до 10-15 кВт и имеющие напряжение питания 50-70 вольт:

Недолго думая был куплен диагностический адаптер — ELM 327 bluetooth mini:

И на его основе сделан считыватель данных об оборотах и положении дроссельной заслонки двигателя. На фото по порядку: диагностический адаптер, arduino uno, простенький бесколлекторный двигатель и регулятор к нему.

Написан небольшой скетч для ардуино:

Скетч заработал сразу — моторчик при заведенном двигателе стал вращаться со скоростью, пропорциональной оборотам двигателя:

Читайте также: