Қозғалтқыш технологиясы: Кіріс коллекторы – жанар-жағармай/ауа қоспасын цилиндрлерге таратады. Тиімді жұмыс үшін тең үлестіру маңызды. Автокөлік туралы көбірек біліңіз!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Автомобиль технологиясы
Automotive technology
Кіру коллекторы немесе сіңіру коллекторы (американ тілінде) – цилиндрлерге отын/ауа қоспасын жеткізетін ішкі жану қозғалтқышының бөлігі. «Коллектор» сөзі көне ағылшын тіліндегі *manigfeald* (англосаксон тіліндегі *manig* [көп] және *feald* [қайталап]) сөзінен шыққан және бір (құбырды) көпке көбейтуді білдіреді. Керісінше, түтін коллекторы бірнеше цилиндрден түтін газдарын жинап, оларды азырақ құбырларға – көбінесе бір құбырға дейін – шоғырландырады. Сіңіру коллекторының негізгі функциясы – жану қоспасын (немесе тікелей инъекциялық қозғалтқыштағы ауаны) цилиндр басының әрбір кіріс портына тең бөлу. Тиімділік пен қозғалтқыш өнімділігін оңтайландыру үшін тең таралу маңызды. Ол сондай-ақ карбюратор, дроссельді клапан, отын инжекторлары және қозғалтқыштың басқа да компоненттерін орнатуға арналған негіз ретінде де қызмет ете алады. Поршеньдердің төмен қарай қозғалысы және дроссельді клапанның тудыратын кедергісі салдарынан, поршеньдік жанасудан қоздырылатын қозғалтқышта сіңіру коллекторында жартылай вакуум (атмосфералық қысымнан төмен) пайда болады. Бұл коллекторлық вакуум айтарлықтай болуы мүмкін және автомобильдің қосалқы жүйелерін басқару үшін қосалқы қуат көзі ретінде қолданылуы мүмкін: гидро күшпен жұмыс істейтін тежегіштер, шығарындыларды бақылау құрылғылары, круиздік жүйе, отты баптау, желдеткіштер, электр терезелер, желдету жүйесінің клапандары және т.б. Бұл вакуум қозғалтқыштың картер корпусынан поршеньнің ұрылуынан пайда болатын газдарды сору үшін де пайдаланылуы мүмкін. Бұл оң коленкалы желдету жүйесі деп аталады, онда газдар отын/ауа қоспасымен бірге жағылады. Сіңіру коллекторы дәстүрлі түрде алюминийден немесе шойыннан жасалған, бірақ композиттік пластик материалдарды қолдану кеңінен таралды (мысалы, көптеген Chrysler 4 цилиндрлі қозғалтқыштары, Ford Zetec 2.0, Duratec 2.0 және 2.3, сондай-ақ GM Ecotec сериясы).
An inlet manifold or intake manifold (in American English) is the part of an internal combustion engine that supplies the fuel/air mixture to the cylinders. The word manifold comes from the Old English word manigfeald (from the Anglo Saxon manig [many] and feald [repeatedly]) and refers to the multiplying of one (pipe) into many. In contrast, an exhaust manifold collects the exhaust gases from multiple cylinders into a smaller number of pipes – often down to one pipe. The primary function of the intake manifold is to evenly distribute the combustion mixture (or just air in a direct injection engine) to each intake port in the cylinder head(s). Even distribution is important to optimize the efficiency and performance of the engine. It may also serve as a mount for the carburetor, throttle body, fuel injectors and other components of the engine. Due to the downward movement of the pistons and the restriction caused by the throttle valve, in a reciprocating spark ignition piston engine, a partial vacuum (lower than atmospheric pressure) exists in the intake manifold. This manifold vacuum can be substantial, and can be used as a source of automobile ancillary power to drive auxiliary systems: power assisted brakes, emission control devices, cruise control, ignition advance, windshield wipers, power windows, ventilation system valves, etc. This vacuum can also be used to draw any piston blow by gases from the engine's crankcase. This is known as a positive crankcase ventilation system, in which the gases are burned with the fuel/air mixture. The intake manifold has historically been manufactured from aluminium or cast iron, but use of composite plastic materials is gaining popularity (e. g. most Chrysler 4 cylinders, Ford Zetec 2.0, Duratec 2.0 and 2.3, and GM's Ecotec series).
Турбуленттілік
Карбюратор немесе жанармай инжекторлары жанармай тамшыларын коллектордағы ауаға шашыратып жібереді. Электростатикалық күштер мен шекаралық қабаттан конденсация нәтижесінде, жанармайдың бір бөлігі коллектор қабырғаларында жиналып, көлшіктерге айналады, ал жанармайдың беттік кернеуіне байланысты кішкентай тамшылар ауа ағынында ірі тамшыларға бірігуі мүмкін. Екі жағдай да тиімсіз, себебі олар ауа-жанармай арақатынасындағы үйлесімсіздіктерге алып келеді. Қолданыстағы турбуленттілік жанармай тамшыларын бөлшектеп, атомдану деңгейін жақсартады. Жақсы атомдану барлық жанармайдың толық жануына мүмкіндік береді және жалын фронтын кеңейту арқылы қозғалтқыштың соққысын азайтуға көмектеседі. Бұл турбуленттілікті қамтамасыз ету үшін, цилиндр басындағы сорғыштар мен каналдардың беттерін дөрекі және жылтыратылмаған күйде қалдыру жиі қолданылады. Бірақ, қолданыстағы турбуленттілік белгілі бір шекте ғана пайдалы. Жанармай жеткілікті түрде атомданып болғаннан кейін, қосымша турбуленттілік қажетсіз қысым төмендеуіне және қозғалтқыш қуатының төмендеуіне себеп болады.
The carburetor or the fuel injectors spray fuel droplets into the air in the manifold. Due to electrostatic forces and condensation from the boundary layer, some of the fuel will form into pools along the walls of the manifold, and due to surface tension of the fuel, small droplets may combine into larger droplets in the airstream. Both actions are undesirable because they create inconsistencies in the air fuel ratio. Turbulence in the intake helps to break up fuel droplets, improving the degree of atomization. Better atomization allows for a more complete burn of all the fuel and helps reduce engine knock by enlarging the flame front. To achieve this turbulence it is a common practice to leave the surfaces of the intake and intake ports in the cylinder head rough and unpolished. Only a certain degree of turbulence is useful in the intake. Once the fuel is sufficiently atomized, additional turbulence causes unneeded pressure drops and a drop in engine performance.
Көлемдік тиімділік
Қабылдау коллекторының конструкциясы және бағыты қозғалтқыштың көлемдік тиімділігінің маңызды факторы болып табылады. Контурдың күрт өзгеруі қысымның төмендеуіне алып келеді, нәтижесінде жану камерасына аз ауа (және/немесе отын) енгізіледі; жоғары өнімділік коллекторлары тегіс контурларға және жанындағы сегменттер арасындағы біртіндеп өтулерге ие. Қазіргі заманғы қабылдау коллекторлары көбінесе жүгірушілерді қолданады – карбюратордың астындағы орталық көлемнен немесе «пленумнан» шығатын, цилиндр басындағы әрбір сорғы портына дейін созылатын жеке түтіктер. Жүгірушінің мақсаты – ауаның Гельмгольц резонанстық қасиетін пайдалану. Ауа ашық клапан арқылы жоғары жылдамдықпен ағып өтеді. Клапан жабылғанда, клапанға әлі кірмеген ауа инерциясын сақтайды және клапанға қарсы қысым жасайды, жоғары қысымды қалта құрайды. Бұл жоғары қысымды ауа коллектордағы төмен қысымды ауамен теңестіріледі. Ауаның инерциясына байланысты теңестіру тербеліске ұшырайды: алдымен жүгірушідегі ауа коллектордағыдан төмен қысымда болады. Содан кейін коллектордағы ауа кері жүгірушіге теңестіруге тырысады, және тербеліс қайталанады. Бұл процесс дыбыс жылдамдығымен жүреді және көптеген коллекторларда клапан қайта ашылғанға дейін жүгірушіге бірнеше рет жоғары және төмен қозғалады. Жүгірушінің көлденең қимасы неғұрлым кіші болса, берілген ауа ағыны үшін резонанстағы қысым өзгерісі соғұрлым жоғары болады. Гельмгольц резонансының бұл аспектісі Вентури эффектісінің бір нәтижесін көрсетеді. Поршень төмен қарай жылдамдық алғанда, қабылдау жүгірушісінің шығысындағы қысым төмендейді. Бұл төмен қысым импульсі кіріс соңына дейін жетеді, онда ол жоғары қысым импульсіне айналады. Бұл импульс кері жүгіруші арқылы жүреді және клапан арқылы ауаны итеріп жібереді. Содан кейін клапан жабылады. Гельмгольц резонансының толық күшін пайдалану үшін қабылдау клапанының ашылуы дұрыс уақытқа сәйкес келуі керек, әйтпесе импульс кері әсер етуі мүмкін. Бұл қозғалтқыштар үшін қиын мәселе, себебі клапан уақыты динамикалық және қозғалтқыштың айналымдарына байланысты, ал импульс уақыты статикалық және қабылдау жүгірушісінің ұзындығына және дыбыс жылдамдығына байланысты. Дәстүрлі шешім – максималды өнімділікті қамтамасыз ететін қозғалтқыштың нақты айналымдарына сәйкес қабылдау жүгірушісінің ұзындығын реттеу. Алайда, қазіргі заманғы технология электронды басқарылатын клапан уақытын (мысалы, Valvetronic) және динамикалық қабылдау геометриясын қамтитын бірқатар шешімдерді тудырды (төменде қараңыз). «Резонанстық реттеу» нәтижесінде кейбір табиғи түрде сорғылы жүйелер көлемдік тиімділігі 100% -дан жоғары жұмыс істейді: жану камерасындағы ауа қысымы қысымды соғудан бұрын атмосфералық қысымнан жоғары болады. Осы қабылдау коллекторының конструкциялық ерекшелігімен бірге, шығарылатын коллектордың конструкциясы, сондай-ақ, қабылдау клапанының ашылу уақыты цилиндрдің толық босатылуын қамтамасыз ету үшін калибрленуі мүмкін. Шығарылатын коллекторлар поршень жоғарғы өлі нүктеге жеткенге дейін цилиндрде вакуум құрайды. Ашылатын қабылдау клапаны әдеттегі қысылу қатынастарында поршень төмен қарай қозғала бастамас бұрын цилиндрдің 10% -ын толтыра алады. Цилиндрдегі қысымды арттырудың орнына, ауа әлі де ағып жатқанда, поршень төменгі өлі нүктеге жеткеннен кейін қабылдау клапаны ашық қалуы мүмкін. Кейбір қозғалтқыштарда қабылдау жүгірушілері ең аз кедергі үшін тік болады. Алайда, көптеген қозғалтқыштарда жүгірушілер қисық, кейбіреулері қажетті жүгіруші ұзындығына жету үшін өте иілген. Бұл бұрылыстар тұтас қозғалтқыштың тығыздығын арттырады, нәтижесінде, коллекторды ықшамдауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, бұл «жылан» тәрізді жүгірушілер өзгермелі ұзындықтағы / бөлінген жүгірушілердің кейбір түрлері үшін қажет және пленумның көлемін азайтуға мүмкіндік береді. Кем дегенде алты цилиндрлі қозғалтқышта орташа қабылдау ағыны тұрақты болады және пленум көлемі кішірек болуы мүмкін. Пленумдағы тұрақсыз толқындарды болдырмау үшін ол мүмкіндігінше ықшам жасалады. Аэродинамикалық себептерге байланысты, әрбір жүгіруші ауа беруге арналған кіріске қарағанда пленум бетінің кішірек бөлігін пайдаланады. Әрбір жүгіруші негізгі кіріске шамамен бірдей қашықтықта орналасады. Цилиндрлері бір-бірінен кейін от алатын жүгірушілер көршілес орналастырылмайды. 180 градусты қабылдау коллекторларында, бастапқыда карбюраторлы V8 қозғалтқыштары үшін жасалған, екі жазықтық, екіге бөлінген пленумды қабылдау коллекторы қабылдау импульстарын, коллектор от жағу ретімен 180 градусқа бөледі. Бұл бір цилиндрдің қысым толқындарының екіншісімен араласуын азайтады, нәтижесінде тегіс орташа ағыннан жақсы крутящий момент пайда болады. Мұндай коллекторлар бастапқыда екі немесе төрт барабанды карбюраторлар үшін жасалған, бірақ қазірде газ педалі және көп нүктелі отын инъекциясымен де қолданылады. Мысалы, Honda J қозғалтқышы 3500 айналымнан жоғары ағынды және қуатты арттыру үшін бір жазықтыққа коллекторға айналады. Ескі жылу көтергіш коллекторларында карбюраторлы қозғалтқыштар үшін «ылғалды жүгірушілер» қабылдау коллекторы арқылы шығарылатын газдарды ауыстыру арқылы буландыруға қажетті жылуды қамтамасыз етеді. Шығарылатын газдардың ауыстыру мөлшері шығарылатын коллектордағы жылу көтергіш клапанымен бақыланады, және коллектордағы жылуға байланысты кернеуді өзгертетін екі металл серіппесін қолданды. Бүгінгі күні жанармай инжекторлы қозғалтқыштарға мұндай құрылғылар қажет емес.
The design and orientation of the intake manifold is a major factor in the volumetric efficiency of an engine. Abrupt contour changes provoke pressure drops, resulting in less air (and/or fuel) entering the combustion chamber; high performance manifolds have smooth contours and gradual transitions between adjacent segments. Modern intake manifolds usually employ runners, individual tubes extending to each intake port on the cylinder head which emanate from a central volume or "plenum" beneath the carburetor. The purpose of the runner is to take advantage of the Helmholtz resonance property of air. Air flows at considerable speed through the open valve. When the valve closes, the air that has not yet entered the valve still has a lot of momentum and compresses against the valve, creating a pocket of high pressure. This high pressure air begins to equalize with lower pressure air in the manifold. Due to the air's inertia, the equalization will tend to oscillate: At first the air in the runner will be at a lower pressure than the manifold. The air in the manifold then tries to equalize back into the runner, and the oscillation repeats. This process occurs at the speed of sound, and in most manifolds travels up and down the runner many times before the valve opens again. The smaller the cross sectional area of the runner, the higher the pressure changes on resonance for a given airflow. This aspect of Helmholtz resonance reproduces one result of the Venturi effect. When the piston accelerates downwards, the pressure at the output of the intake runner is reduced. This low pressure pulse runs to the input end, where it is converted into an over pressure pulse. This pulse travels back through the runner and rams air through the valve. The valve then closes. To harness the full power of the Helmholtz resonance effect, the opening of the intake valve must be timed correctly, otherwise the pulse could have a negative effect. This poses a very difficult problem for engines, since valve timing is dynamic and based on engine speed, whereas the pulse timing is static and dependent on the length of the intake runner and the speed of sound. The traditional solution has been to tune the length of the intake runner for a specific engine speed where maximum performance is desired. However, modern technology has given rise to a number of solutions involving electronically controlled valve timing (for example Valvetronic), and dynamic intake geometry (see below). As a result of "resonance tuning", some naturally aspirated intake systems operate at a volumetric efficiency above 100%: the air pressure in the combustion chamber before the compression stroke is greater than the atmospheric pressure. In combination with this intake manifold design feature, the exhaust manifold design, as well as the exhaust valve opening time can be so calibrated as to achieve greater evacuation of the cylinder. The exhaust manifolds achieve a vacuum in the cylinder just before the piston reaches top dead center. The opening inlet valve can then—at typical compression ratios—fill 10% of the cylinder before beginning downward travel. Instead of achieving higher pressure in the cylinder, the inlet valve can stay open after the piston reaches bottom dead center while the air still flows in. In some engines the intake runners are straight for minimal resistance. In most engines, however, the runners have curves, some very convoluted to achieve desired runner length. These turns allow for a more compact manifold, with denser packaging of the whole engine, as a result. Also, these "snaked" runners are needed for some variable length/ split runner designs, and allow the size of the plenum to be reduced. In an engine with at least six cylinders the averaged intake flow is nearly constant and the plenum volume can be smaller. To avoid standing waves within the plenum it is made as compact as possible. The intake runners each use a smaller part of the plenum surface than the inlet, which supplies air to the plenum, for aerodynamic reasons. Each runner is placed to have nearly the same distance to the main inlet. Runners whose cylinders fire close after each other, are not placed as neighbors. In 180 degree intake manifolds, originally designed for carburetor V8 engines, the two plane, the split plenum intake manifold separates the intake pulses which the manifold experiences by 180 degrees in the firing order. This minimizes interference of one cylinder's pressure waves with those of another, giving better torque from smooth mid range flow. Such manifolds may have been originally designed for either two or four barrel carburetors, but now are used with both throttle body and multi point fuel injection. An example of the latter is the Honda J engine which converts to a single plane manifold around 3500 rpm for greater peak flow and horsepower. Older heat riser manifolds with 'wet runners' for carbureted engines used exhaust gas diversion through the intake manifold to provide vaporizing heat. The amount of exhaust gas flow diversion was controlled by a heat riser valve in the exhaust manifold, and employed a bi metallic spring which changed tension according to the heat in the manifold. Today's fuel injected engines do not require such devices.