Как работают впускные коллекторы переменной длины?

Длина впускных каналов оказывает определённое влияние на работу двигателя. Например, более длинные впускные каналы используются для повышения крутящего момента на низких оборотах (крутящий момент на низких оборотах), а более короткие впускные каналы — для повышения мощности на высоких оборотах (лошадиные силы на высоких оборотах). Длина впускных каналов зависит от двигателя и целей, которые преследует владелец транспортного средства.

Также необходимо учитывать диаметр каждой крыльчатки. Всё зависит от массы и скорости воздушного потока. С увеличением числа оборотов в минуту скорость воздушного потока в крыльчатках возрастает, но в какой-то момент она достигает максимума и не может увеличиваться дальше, что является ограничивающим фактором. С увеличением скорости воздушного потока возрастает и его инерция. В нижней части такта впуска инерция воздушного потока помогает направить в цилиндр немного больше воздуха, что увеличивает мощность. Но если бегун не в лучшей форме, этого не произойдёт.

Например, длинный поршень меньшего диаметра будет способствовать увеличению крутящего момента на низких оборотах, потому что он раньше достигнет предельной скорости, но это негативно скажется на максимальной мощности, так как он слишком ограничивает поток. Короткий поршень большего диаметра будет способствовать увеличению максимальной мощности, потому что он позже достигнет максимальной скорости, но это не поможет увеличить крутящий момент на низких оборотах, так как он не сможет набрать достаточную скорость для создания инерции.

Теперь, когда вы знаете, в чём разница между длинами направляющих, вы можете понять, почему использование направляющих с переменной длиной — хорошая идея. Вы получаете лучшее из двух миров. При использовании обычного коллектора вам нужно выбрать именно тот коллектор, который соответствует вашим целям. Если вы планируете участвовать в дрэг-рейсинге, то, скорее всего, вам подойдёт коллектор с каналами для поддержки максимальной мощности. Если же вы участвуете в автокроссе, где большую часть времени находитесь в диапазоне низких оборотов, то вам подойдёт коллектор, который лучше всего повышает крутящий момент на низких оборотах. Всё зависит от ситуации, и для всех случаев не существует правильного или неправильного ответа. Но придётся пойти на компромисс.

Однако обычному водителю, который ездит каждый день, не хочется идти на компромисс, потому что ему нужен крутящий момент на низких оборотах, чтобы ездить от светофора к светофору, а также нужна максимальная мощность, чтобы влиться в поток на шоссе или кого-то обогнать.

В коллекторах с изменяемой длиной каналов используется клапан для переключения между двумя каналами в зависимости от ситуации. При высокой нагрузке на двигатель (низкие обороты) коллектор переключается на более длинный канал меньшего диаметра для получения крутящего момента на низких оборотах. При низкой нагрузке на двигатель (высокие обороты) коллектор переключается на более короткий канал большего диаметра для увеличения мощности. Лучшее из двух миров.

Отказ от ответственности: это упрощённое объяснение работы впускных коллекторов и поршней. Между перепускными клапанами, динамикой воздушного потока, такой как турбулентность, завихрение и т. д., и, конечно же, двигателями с принудительной подачей воздуха (турбинами, нагнетателями) существует целый мир науки, и в нём действуют другие правила.

Примечание: вот изображение

Как описано в одном из комментариев, вы можете видеть вал, который управляет набором заслонок. Вал вращается, что приводит к изменению положения заслонок и, соответственно, характеристик бегунка. На этом изображении видно, что вал управляется с помощью вакуума (запустите механизм и двигайтесь влево). К нему подсоединён модулятор в форме колокола с вакуумной линией. В современных моделях могут использоваться более электронные методы.

Впускные коллекторы переменной длины повышают давление воздуха, поступающего во впускной коллектор, благодаря физическому явлению, называемому резонансом Гельмгольца.

Этот метод также известен как динамический наддув, поскольку он позволяет избежать использования механического устройства (компрессора/нагнетателя) для повышения давления на впуске.

Как Гельмгольц повышает давление воздуха?

Если не вдаваться в технические подробности, то можно сказать, что с любой геометрией воздухозаборника связана определённая частота Гельмгольца, подобно тому, как дуновение в горлышко открытой бутылки издаёт определённую ноту или тон.

На этой частоте молекулы воздуха вибрируют сильнее, что приводит к повышению давления.

Так почему же помогает изменение эффективной геометрии впуска?

От частоты вращения двигателя зависит, как часто открываются и закрываются впускные клапаны. Эти клапаны генерируют импульсы, которые преобразуются в частотную характеристику.

Идея изменения эффективной геометрии заключается в том, чтобы синхронизировать частоту Гельмгольца на впуске воздуха с частотой, необходимой двигателю в диапазоне оборотов в минуту.

Это приводит к тому, что всасываемый воздух поступает в цилиндры под более высоким давлением. Излишне говорить:

▲ Air Pressure → ▲ Bang → ▲ Torque → ▲ Power

Так как же производители меняют геометрию впускного коллектора?

Существует множество способов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки:

• Удлинение/сокращение впускных каналов

  
  
  

  Mazda 787B, победившая в Ле-Мане в 1991 году, — один из первых примеров такого подхода. На видео, ссылка на которое приведена выше, видно, как впускные каналы двигаются вверх и вниз, как у тромбона.

  
  
  

  ▲ RPM → ▼ Length required
  
  




• Регулировка между двумя впускными патрубками разной длины

  
  
  

  Вот что описывает ответ Дастина Дэвиса. Представьте, что воздух проходит через два впускных патрубка, один из которых длинный, а другой — короткий.

  
  
  

  В конце воздуховода дроссельный клапан определяет, сколько воздуха поступает из каждого воздуховода по очереди. Изменение положения клапана влияет на эффективную длину воздуховода

• Колебательные впускные системы

  
  
  

  В таких системах открытие и закрытие впускных клапанов используется для управления эффективной геометрией впуска.

Так почему же такая схема не является более распространённой?

Зачастую затраты перевешивают выгоду. Как бы нам этого ни хотелось, власть — это ещё не всё.

Кроме того, такая настройка обеспечивает лишь незначительное увеличение мощности/крутящего момента. При таком подходе типичное увеличение составит 3–5 %.