Я давно хотел написать про работу нашего впускного коллектора и почему Ваг выбрал именно такую форму и размер для целого семейства своих двигателей. Но ничего лучшего и доступного для понимания, чем об этом написал бывший гонщик и специалист по настройке двигателей Barik-CZ в целом цикле своих статей на драйве2, у меня не получится. Можно начать отсюда, дальше разберетесь
http://www.drive2.ru/b/261635/ И хотя он как профессионал пишет в основном о тюнинге двигателей для решения конкретной задачи увеличения крутящего момента и получения максимальной мощности для гоночных авто, но сами законы физики и химии одинаковы для любого двигателя.
Поэтому остановлюсь только на одном вопросе – а действительно ли так плохо греть воздух на впуске нашего двигателя.
Коротко о главном: форма, длина и размер труб впускного коллектора атмосферного двигателя выбираются для одной цели – получить хорошее наполнение цилиндра свежим зарядом воздуха для эксплуатационных оборотов и типичных нагрузок двигателя. Если не применять сложных систем по регулировке фаз газораспределения впускных клапанов или систем изменения длины впускного коллектора, то производитель бюджетного двигателя всегда вынужден идти на компромисс – получить хороший крутящий момент на низах или выбрать более высокие обороты для получения ощутимого подхвата. Про самые высокие обороты и максимальную мощность рассуждать в этом случае не приходится – как уж получится. Искусство разработчиков бюджетных двигателей и состоит в том, чтобы получить достаточно ровную полку крутящего момента в широком диапазоне оборотов, соответствующих типичным и круизным скоростям передвижения современного авто. Гонщики в расчет не берутся, но и запрета на раскручивание мотора до отсечки нет – вот только орать он начинает при этом не по детски.
Принцип, используемый для дозаряда, «трамбовки», увеличения наполнения цилиндра воздухом, прост. Используется инерция разогнанного во впускной трубе до высоких скоростей столба воздуха, обладающего приличной массой, а значит и энергией. Начиная с момента, когда поршень проходит НМТ и начинает движение вверх и до момента закрытия впускных клапанов, разогнанный воздушный поток (своеобразный аналог жд поезда) продолжает поступать в цилиндр и трамбовать воздух. Дальше про процессы волновой и резонансной настройки впускного коллектора прочтёте сами, максимальный результат всего этого – возможность получить заряд свежего воздуха для атмосферного двигателя до 110% от объема цилиндра. Но все это хорошо работает только для достаточно узкого диапазона оборотов двигателя, поэтому конструктора пытаются как «тришкиным кафтаном» прикрыть наиболее важные для них или указанные сверху дыры. И это один из немногих способов, остающихся у них, для уменьшения заброса ОГ из-за влияния короткого выпускного катколлектора на фазе перекрытия клапанов. Результат – ВК на бюджетных авто, как правило, длинный и рассчитан на работу по дозаряду воздуха практически с низов. К 3800RPM он затыкается и крутящий момент начинает уменьшаться
Теперь о прогреве. Это устройство тоже упоминается Бариком в своих статьях, отмечается его полезность для гражданских авто, говорит про улучшение той же гомогенизации смеси и лучшее сгорание. Но вот его ссылка на конкретное исполнение просто улыбнула – типичный воздухан, примотанный к выпуску, у нас конечно более правильно и наворочено.
В другой части рассматривается влияние конструкции впуска на работу двигателя с точки зрения потерь давления, потому более близко к моему вопросу о догреве воздуха.
http://www.drive2.ru/b/1218056/?page=1Я не совсем согласен с прямым применением закона Бернулли (речь в нем в целом идет о законе сохранения энергии потока, а не о прикладном значении перепада давления) для анализа работы систем впуска, где о свободном истечении потока совсем не идеального воздуха можно говорить только условно.
Но закон есть закон, потому можно принять для ОТДЕЛЬНЫХ участков ВК, что перепад давления или кинетическая энергия потока газа прямо пропорциональны плотности газа и его квадрату скорости:
Вложение:
Бернули.JPG
Становится легко понятным, почему выдыхается наш ВК на высоких оборотах и большой нагрузке. Объем перекачиваемого воздуха при работе двигателя на 6000RPM теоретически в 15 раз превышает тот же объем на 1000RPM, что приводит к возрастанию скорости потока на отдельных участках на эту же величину и относительному росту аэродинамического сопротивления при прямом применении закона в 200раз. На практике эта цифра должна быть меньше, т.к. наполняемость цилиндров тоже значительно уменьшается на высоких оборотах, двигатель как бы теряет литровый объем. Если бы наш двигатель сумел прокачать через себя 4,5 куба воздуха в минуту, то его мощность была бы значительно больше 105 лошадей. В более продвинутых двигателях применяется система изменения длины труб ВК в сторону их укорачивания, что резко снижает потери давления и обеспечивает резонансную настройку впускной системы для высоких оборотов.
А что же будет происходить при уменьшении плотности воздуха из-за нагрева? С одной стороны, уменьшение плотности воздуха потребует перекачки его большего объема (примерно на 13%). Но я уверен, что конструкция ВК обладает определенным запасом по пропускной способности и скорость потока будет изменяться не прямо пропорционально увеличению перекачиваемого объема, особенно для непредельных режимов нагрузки. С другой стороны, уменьшение плотности воздуха приводит к пропорциональному СНИЖЕНИЮ перепада давления во ВК.
Вложение:
плотность воздуха и т.JPG
Что опередит в этом соревновании – имхо неизвестно, но у нас есть важная особенность ЕРС, системы дистанционного управления дроссельной заслонкой – при увеличении Т воздуха и снижении его плотности программа управления пропорционально увеличит открытие дроссельной заслонки (если двигатель работает на частичной нагрузке) для компенсации снижения массового заряда воздуха. Для ДЗ с прямым приводом этого никогда не было. И вот здесь происходит удивительное и полезное дело – из-за большего угла открытия ДЗ произойдет СНИЖЕНИЕ скорости потока воздуха в ее дросселирующем зазоре, а значит и суммарное падение давления воздуха на заслонке тоже значительно уменьшится.
И этому есть два практических подтверждения – звук двигателя при работе системы подогрева воздуха зимой значительно изменяется по сравнению со стоком – его злобный рык УМЕНЬШАЕТСЯ, а сам двигатель очень ЛЕГКО раскручивается до высоких оборотов.
Это говорит о том, что суммарное аэродинамическое сопротивление стоковой системы впуска снижается при допустимом уменьшении плотности воздуха, а наполняемость цилиндров свежим зарядом улучшается. Вполне возможно, что и перепад давления на воздушном фильтре тоже будет снижаться, т.к. воздух с меньшей плотностью будет более свободно проходить через фильтрующий картридж. Результатом этого будет небольшой рост крутящего момента и соответственно мощности на средне-высоких оборотах. На практике это тоже очень хорошо заметно. Ощущения от изменения работы двигателя на зимней трассе при Т воздуха во ВК +25грС удивили даже меня:
viewtopic.php?p=343660#p343828Если Вы думаете, что нагревая воздух в нашем бюджетном впуске до более высокой температуры можно бесплатно получить еще большую прибавку мощности, то это не совсем так. Всё упирается в рост температуры в камере сгорания и детонационную стойкость бензина – летом это и так ярко выражено при горячем двигателе и Т на впуске более +40…50, зимой возможно будет несколько по другой причине. Позволит ли «зимний» бензин применить такой «тюнинг» - неизвестно, вполне возможно, что он начнет детонировать и при более низкой [относительно летних значений] температуре в КС, на том все и закончится – мозги откатят УОЗ на более поздние значения, «ехать не будет».
На сколько все это соответствует действительности – пусть каждый из пользователей подогрева впускного воздуха решит сам. Возможно, что все эти улучшения будут работать в достаточно узком диапазоне догрева впускного воздуха, а оптимум будет находится где-то на уровне +25...+30грС. Опять же по личному ощущению, машина бежала в прошлую зиму-весну даже веселее чем летом
Остается один вопрос – почему Ваг отказался от применения этой системы на современных атмосферных двигателях?
на редакционном авто ЗР, масло при этом чудодействаии тоже заменялось - стуки сразу прошли на 3000 км пробега. И не стоит насиловать авто скоростными забегами по холодным трассам - может лучше посмотреть в сторону подогревателя впускного воздуха?
