Впускной коллектор – часть двигателя внутреннего сгорания, через которую топливо-воздушная смесь попадает в камеры сгорания.

Основная функция впускного коллектора заключается в равномерном распределении горючей смеси (или только воздуха) для каждого цилиндра. Равномерное распределение очень важно для эффективности и производительности двигателя. Он также может служить в качестве крепления для карбюратора, дроссельной заслонки, форсунок и других компонентов двигателя.

Из-за нисходящего движения поршней и ограничения пропускной способности воздуха через дроссельную заслонку, во впускном коллекторе образуется частичный вакуум (давление ниже атмосферного). Этот вакуум может быть существенным, и может использоваться в качестве источника питания для управления вспомогательными системами, такими как: гидроусилитель тормозов, приборов контроля выбросов, круиз-контроля, корректировки угла опережения зажигания, привода стеклоочистителей и т.д.

Еще полученный вакуум может быть использован в системе вентиляции картерных газов. Картерные газы поступают во впускной коллектор и дожигаются вместе с очередной порцией топливо-воздушной смеси.

Впускной коллектор исторически изготавливался из железа, алюминия или чугуна. Но в последнее время все большую популярность у автопроизводителей приобретают композитные пластиковые материалы, например, большинство 4-х цилиндровых двигателей Chrysler, Ford Zetec 2.0, Duratec 2.0 и 2.3, GM Ecotec. Тойота тоже не стала исключением, и практически все новые двигатели, начиная с конца 1990-х годов комплектуются пластиковыми впускными коллекторами, такие как 1ZZ-FE, 2ZZ-GE, 1NZ-FE, 2NZ-FE и новейшие 1ZR-FAE, 2ZR-FAE, 1NR-FE, 1AR-FE, 2AR-FE и т.д.

Композитный пластиковый материал был выбран не случайно. Это связано с физическими свойствами воздуха, способного расширяться при нагреве. Металлический впускной коллектор нагревается от блока двигателя и отдает часть тепла воздуху, проходящему через него. Воздух расширяется и попадает в камеры сгорания в меньшем объеме, что отрицательно сказывается на наполнении цилиндров. Использование же пластика помогло снизить отрицательный эффект и повысить наполняемость цилиндров. А как следствие, увеличение мощности на единицу топлива.

Турбулентность

Обычно топливо поступает во впускной коллектор в виде мельчайших капель (облака) при помощи карбюратора или инжектора. За счет электростатических сил некоторая часть топлива может конденсироваться на стенках коллектора в виде капель. Такой эффект не желателен, поскольку в таком случае изменяется рассчитанное ЭБУ двигателя стехиометрическое соотношение воздух/топливо. Турбулентность во впускном коллекторе вызывает силы в различных пропорциях и векторах воздействующих на топливо, и способствующих лучшему распылению. Достаточное распыление способствует более полному сгоранию топлива и помогает снизить вероятность возникновения детонации в двигателе путем увеличения фронта пламени. Для достижения такой турбулентности внутреннюю поверхность впускного коллектора делают грубой и не полированной. Но здесь нужна золотая середина, потому что только определенная степень турбулентности позволяет добиться максимального эффекта. Если турбулентность будет выше чем достаточная, то произойдут перепады давления в коллекторе и мощность двигателя снизится.

Объемная эффективность

Форма впускного коллектора является очень важным фактором, влияющим на объемную эффективность двигателя. Резкие изменения контура могут спровоцировать падение давления. В результате чего в камеру сгорания поступит меньше воздуха. Сегодня правильные впускные коллекторы имеют гладкие контуры и постепенные переходы между соседними сегментами.

Современные впускные коллекторы обычно используют раннеры. Это отдельные трубы идущие на каждый впускной канал в головку блока цилиндров, которые исходят от центрального входа коллектора. Главная цель раннера состоит в том, чтобы воспользоваться свойством воздуха резонансом Гельмгольца. В момент всасывания воздух проходит с высокой скоростью через открытый впускной клапан. Когда впускной клапан закрывается, воздух, который еще не прошел через него все еще имеет большой импульс и давит на клапан, создавая карман высокого давления. Этот воздух под высоким давлением начинает выравниваться с более низким давлением воздуха в коллекторе. Из-за инерции воздуха выравнивание будет иметь тенденцию к колебаниям: сначала воздух в раннер будет поступать при более низком давлении, чем в коллекторе. Затем давление воздуха в коллекторе будет пытается выровняться обратно с раннером, и колебания повторятся. Этот процесс происходит со скоростью звука, и в большинстве впускных коллекторах перемещается вверх и вниз много раз, прежде чем клапан откроется снова.

Чем меньше площадь поперечного сечения раннера, тем больше изменение давления из-за резонансных колебаний потока воздуха. Этот аспект резонанса Гельмгольца воспроизводит одно из следствий эффекта Вентури. Когда поршень ускоряется вниз, давление на выходе раннера снижается. Такой низкий импульс давления подходит к входу коллектора, где он преобразуется в импульс избыточного давления. Этот импульс проходит обратно через раннер и клапан. Затем клапан закрывается.

Для того чтобы получить максимальный эффект от резонанса Гельмгольца, открытие впускного клапана должно происходить в определенный момент. В противном случае эффект будет отрицательным. Для двигателей внутреннего сгорания это представляет собой достаточно сложную задачу. Причиной тому является динамичный  газораспределительный механизм, который напрямую зависит от частоты вращения коленчатого вала. В то время, как синхронизация импульсов является статичной и зависит от длины раннеров и скорости звука. Традиционным решением обычно является настройка длины раннера под определенные обороты двигателя, на которых двигатель способен развить максимальный момент.Тем не менее современные технологии породили ряд решений, связанных с электронным управлением газораспределительного механизма (VVT-i) и различных схем изменения геометрии впускного коллектора (T-VIS, ACIS).

Видео по теме:

Самые крутые обои на рабочий стол