Объем впускного ресивера на что влияет
Теория впуска подробно.
Предлагаю ещё раз более подробно рассмотреть систему впуска на атмосферных двигателях. Старую статью про впуск я не буду удалять – там есть графики, всё наглядно… Но там нет теории, только сравнения одного с другим…
Итак: прежде чем сделать какие-то выводы для себя нужно знать каким образом параметры впуска влияют на ВСХ (внешние скоростные характеристики) двигателя – в простонародии «график мощности и крутящего момента».
Начнём по порядку:
Дело в том, одним из основных факторов являются процессы колебательного характера во впускных каналах. А почему они происходят? Потому что двигатель, засасывая воздух, создаёт разряжение, воздух движется по впускным каналам ресивера, набирает скорость и инерцию (кинетическую энергию). Но в какой-то момент впускной клапан закрывается и тот воздух, который двигался по каналу, но не успел пройти через седло впускного клапана ударяется об него и отскакивает назад как мяч от стены. После этого он начинает двигаться в обратную сторону, в направлении ресивера. Вот здесь могут быть два варианта:
1 – если обороты двигателя низкие то «отскочивший» назад воздух залетает в тело ресивера и создаёт в нём немного повышенное давление, следовательно тот цилиндр который в этот момент находится на фазе впуска получает дополнительную порцию воздуха, тем самым процент его наполнения увеличивается (для тех кто не знает – это хорошо)))
2 – если обороты высокие то этот воздух не успевает долететь до самого ресивера поскольку на полпути впускной клапан этого цилиндра снова открывается и этот воздух начинает метаться «между небом и землёй» не оказывая положительного воздействия на крутящий момент.
Естественно на данное явление влияет не только обороты, но и длинна каналов ресивера, поскольку обороты – это время которое даётся воздуху чтобы дойти до ресивера, а длинна каналов это расстояние которое нужно за это время пройти… И ещё один момент: на коротких каналах воздух в них имеет меньший объём — меньшую массу — меньшую инерцию покоя. Следовательно при быстром открытии клапана (на высоких оборотах) воздух быстрее начинает движение, наполнение начинается раньше, а следовательно каждый цилиндр наполняется дольше (аналогично эффекту от большой фазы распред. вала). Однако канал может быть слишком коротким и тогда масса воздуха в нём будет маленькой, следовательно воздух имеет маленькую кинетическую энергию. Поэтому воздух не может достаточно сильно «подпирать» сам себя, и процент наполнения снижается… Это как паровоз с десятью вагонами сложнее остановить чем с тремя. А так же при «отскоке» на длинных каналах большее количество воздуха попадёт в тело ресивера (если успеет) и вызовет большее наполнение следующего, по порядку работы, цилиндра чем на коротких каналах.
В этом и заключается разница длинных и коротких каналов. Как все знают – на спортивных ресиверах длинна каналов меньше чем на стоке. А как обстоит дело на дросселях? Здесь всё тоже самое, только нет самого ресивера)) Дросселя всегда используют только атмосферное давление без всяких «перенаполнений». При «отскоке» воздух просто выбрасывается назад в атмосферу (если успеет). В остальном длинна каналов оказывает такое же влияние на ВСХ двигателя, как и в случае с ресивером.
Теперь коснёмся объёма ресивера:
Как было сказано выше воздух пульсирует в каналах ресивера и на разных оборотах от объёма самого ресивера могут возникнуть также два варианта явлений:
1 – если обороты и длинна каналов подходящие и отражённый воздух успевает долетать до тела ресивера то при маленьком объёме самого тела создаётся большее увеличение давления, поскольку объём «отскочившего» воздуха составляет довольно немалый процент от того воздуха который там уже находится. Если объём ресивера большой то «дополнительный» воздух оказывает меньшее влияние на ВСХ двигателя. Это как налить литр воды в наполовину полное ведро или наполовину полную 3-х литровую банку… Получается что маленький объём ресивера всегда лучше и нужно лишь подобрать длину каналов? Нет, не всё так просто…))
2 – второе явление состоит в следующем: мотор при работе высасывает воздух из ресивера, который стремиться восполнить этот самый воздух через дроссельную заслонку. В результате чего в самом ресивере создаётся разряжение. Чем выше обороты тем больше воздуха сосёт мотор в единицу времени тем сильнее разряжение. А поскольку разряжение выше – то мотор засасывает разряженный воздух – соответственно большой мощности взяться неоткуда… Другое дело – дросселя, там объём воздуха ограничен только лишь объёмом атмосферы планеты Земля… Для этого и нужен большой объём – чтобы уменьшить разницу между атмосферным давлением и давлением в ресивере (одновременно увеличивается разница между давлением в каналах ГБЦ и давлением в теле ресивера) т.е. увеличить по максимуму относительно давление на впуске.
Следующая тема для разговора это сообщение ресивера с атмосферой, т.е. восполнение объёма воздуха взамен тому который был «высосан» мотором.
На дросселях такой проблемы нет – там воздух идёт «в полную дырку» насколько это позволяет сам канал в ГБЦ. На ресивере всё иначе – воздух в него заходит через общую заслонку, диаметра которой как правило не хватает. Например площадь сечения всех впускных каналов в расточенной до 37мм ГБЦ составляет – 43 см2, а площадь сечения волговского дросселя на 60мм – 28см2. Почему мы берём все 4 канала? Да потому что на высоких оборотах они сосут фактически одновременно. Итак:
1 – если диаметр заслонки маленький – воздуху не хватит площади её сечения для того чтобы «прокормить» мотор на высоких оборотах. На низких маленький дроссель не даст хорошего сообщения с атмосферой и давление в ресивере будет низким (большое разряжение, а как влияет на двигатель большое разряжение описывалось выше).
2 – если диаметр большой – то всё будет наоборот…
Ещё один не маловажный момент – это длинна воздуховода от воздушного фильтра до дроссельной заслонки. Если длинна большая – то это даёт хорошие низы – поскольку воздух движущийся по воздуховоду подобно паровозу подпирает воздух в ресивере. Но в какой-то момент (с повышением оборотов) мотор начинает забирать воздух быстрее и «паровоз» начинает тормозить весь процесс подобно прицепу на «Камазе»…)) Сравнение не очень научное – зато в тему ;-). Если длинна маленькая – низы похуже, зато лучше середина, поскольку нет «эффект прицепа» отсутствует. На верхах разницы практически нет, поскольку с одной стороны «эффект прицепа» никто не отменял, однако при большой длине воздуховода в нём находится больше воздуха, и всё это начинает работать подобно ресиверу с большим объёмом (объём воздуховода как бы прибавляется к объёму ресивера). При маленькой длине воздуховода наоборот: объёма нет, но нет и тормозящего воздух «прицепа»…) На дросселях такого явления нет по всем понятным причинам – там просто нет воздуховода и всё))
И последний «лот» сегодняшнего вечера – это конусность каналов. Проще говоря это сужение канала от ресивера к ГБЦ. При этом создаётся эффект «реактивного сопла». Воздух при сужении канала начинает быстрее двигаться, лучше наполняет цилиндр, короче одни плюсы… Кроме минусов, которые заключаются в том, что для получения эффекта «реактивного сопла» мотор должен забирать воздух в довольно больших объёмах. А до этого момента воздуху при сужении канала становится тесно и в цилиндр его «пролазит» меньше обычного. На дросселях всё точно так же.
Итак, подведём итог: А какой тут итог?) Все параметры впуска – это компромисс, никогда не угадаешь, где заканчивается эффективность того или иного параметра, какие конкретно размеры необходимы чтобы попасть «в яблочко». И хотя общие принципы понятны, но для точного подбора нужен расчет, товарищи… Только расчёт…
Впускной коллектор \ Спортивный ресивер.
В начале статьи я хочу рассказать вам немного теории. В сущности, спортивным ресивером чаще всего называют впускной коллектор, а это не верно, впускной коллектор и ресивер это две взаимосвязанные, но разные детали.
Что делает впускной коллектор – впускной коллектор направляет воздушный поток в головку блока цилиндров, количеством воздуха управляет дроссельная заслонка. Смешивание воздуха с топливом обычно происходит в короткой части впускного коллектора или в ГБЦ, ресивер же служит для накапливания воздуха и компенсации колебаний.
Выбор системы впуска обусловлен назначением автомобиля на тюнинговом автомобиле будет разумно применять спортивный ресивер последовательно типа с одной дроссельной заслонкой(рис.1), тогда как на спортивном авто будет применяться впускной коллектор с одной дроссельной заслонкой на каждый цилиндр, или прямой 4-х дроссельный впускной коллектор (рис.3)
Несмотря на то, что система с одним дросселем и «многодроссель» имеют два разных назначения, тем не менее, они имеют много общих особенностей. Оба требуют идеальной формы отверстий для впуска воздуха в рабочие каналы к камерам сгорания. Оба требуют тщательной проработки деталей конструкции, таких как конусность рабочих каналов. Независимо от предназначения двигателя желательно разогнать воздух на пути к камере сгорания. Увеличение скорости воздушного потока, в разумных пределах, выгодно, потому что высокая скорость обеспечивает высокую турбулентность топливовоздушной смеси, тем самым, улучшая процесс горения. Так же улучшается наполнение камеры сгорания, которое обеспечивает большую мощность.
В симметричном впускном коллекторе (рис.4) вероятность равного распределения потока к каждому цилиндру выше, чем в более компактном несимметричном коллекторе (рис.5).
Длинна воздушных каналов значительно влияет на количество воздуха, которое попадает в цилиндр во время цикла впуска, при работе двигателя на режимах без наддува. Из-за сложности этого процесса он лучше изучен отдельно от турбонагнетателя. Здесь достаточно сказать, что двигатели с более высокими рабочими оборотами (более 2700 — 3000 об/мин) требуют более коротких и прямых впускных патрубков, а двигатели с низкими рабочими оборотами и моментом в среднем диапазоне оборотов требуют более длинных впускных патрубков. В системах впрыска топлива, где внутри впускных патрубков проходит только воздух (например, смесеобразование происходит в каналах ГБЦ), конструкция патрубков может быть любой.
Любой коллектор двигателя с системой впрыска топлива будет иметь ресивер (за исключением случаев, когда используется прямой многодроссельный впуск). Объём ресивера должен быть функцией рабочего объёма двигателя – в общем случае 50-70% от объёма двигателя. Одно из важных мест конструкции коллектора – пересечение впускных патрубков и ресивера. Это пересечение должно быть выполнено в форме раструба.
Возможно это – форма идеального отверстия для впуска воздуха.
Форма пересечения между ресивером и впускным патрубком должна приблизиться к идеальной форме отверстия для впуска воздуха.
======== ================== ================== ========
С одной стороны, имплантация впускного ресивера позволяет добиться большей подачи воздуха в цилиндры, но, с другой, решает и ряд других задач. Например, ресивер позволяет, также как и коллектор, сгладить пульсацию воздуха и сделать впуск ровнее. Кроме того, изменяя длину впускных патрубков, можно изменять распределение максимального крутящего момента по оборотам. Как говорилось выше, удлиненные патрубки позволяют увеличить момент на низких оборотах, а укороченные — на средних и высоких. Со спортивным ресивером двигатель раскручивается до максимальных оборотов гораздо охотнее и быстрее, он с готовностью откликается на утопленную в пол педаль газа, он дышит. Ведь необходимым итогом данной установки является увеличение количества воздуха, подаваемого в цилиндры.
Таким образом, установка данного спортивного ресивера и настройка под него мотора позволит добиться достаточно серьёзных изменений в поведение мотора, а именно:
• Увеличение крутящего моменты
• Увеличение мощности мотора (что следует из предыдущего пункта)
• Выравнивание мощностных кривых с приближением к горизонту
• Более чуткий отклик мотора на изменение положения педали «газа».
Что представляет собой хороший впускной коллектор? Это прежде всего – спрямлённый путь для воздуха, плавные изгибы, и теплоизоляция. Так же важны симметрия и длинна каналов.
Для более серьезных моторов устанавливаются системы 4-х дроссельного впуска.
Впуск и выпуск (как повысить мощность малой кровью)
Сразу хочу сказать, что это не инструкция по повышению мощности, а лишь мои мысли откуда по крошкам можно получить дополнительную мощность. Сами понимаете – чудес не бывает.
Общий смысл в том, чтобы повысить наполняемость цилиндров воздухом. Наполняемость современных двигателей порядка 80-85%, т.е. получается на Спектре двигатель работает на 80% от теоретической мощности. Равносильно тому, что у нас стоял бы двигатель 1,3л со 100% наполняемостью.
Потери в воздухозаборнике составляют до 0,07bar. Это равно примерно 7% мощности. Т.е. если убрать воздухозаборник, то можно получить до +7% к мощности.
2) Далее идет воздушный фильтр.
Но на нем потери минимальны. При стандартных характеристиках установка “нулевика” не даст ничего.
Тут я имею ввиду не то, что все привыкли понимать под ресивером (объем между дроссельной заслонкой и впускным коллектором). Тут ресивер это объем над фильтром (между фильтром и дроссельной заслонкой). Возможно обращали внимание при замене фильтра, что он имеет определенный объем. Этот объем сделали не просто так. Он оказывает влияние в переходных режимах на средних и высоких оборотах.
Например, двигаетесь вы на 5й передаче и 3000 об/мин, и резко нажимаете «газ». Тут двигатель начинает реветь, а ускорение начинает ощущаться только через пару секунд (наверное, обращали внимание). Или каждый раз при переходе на повышенную передачу двигатель как бы подтупливает.
Для сведения время этой тупки к минимуму, необходимо чтобы этот объем был в идеале в 10раз больше рабочего объема двигателя. На Спектре получается 16л, а у нас от силы литра 3.
В общем мощности это не прибавит, но отзывчивости добавит.
4) Впускной патрубок.
Мало того, что он гофрированный, так еще имеет изгибы 90гр. Каждый изгиб 90гр – это потеря 1% воздушного заряда. Выход тут в использовании прямых труб и более плавных изгибов, например, замена 90гр изгиба на 2 по 45гр.
5) Дроссельная заслонка.
Здесь потери составляют до 0,03bar (т.е. 3% к мощности). Эти потери, собственно, из-за самой конструкции заслонки. От них не избавиться. Но могу сказать, что диаметра 55мм хватит до 150лс, 60 мм до 200лс. У Спектры где-то в этом интервале (как выяснил позже всего 50мм).
6) Впускной ресивер.
Его я касаться здесь не буду, т.к. это уже более серьезная доработка. Но тут хочу отметить такой момент:
Если объем равен 60% рабочего объема – моментальная реакция на «газ», меньше мощность;
Если 150% – хуже реакция, больше мощность.
Это 2 наилучших соотношения объемов ресиверов по отношению к рабочему объему. Получены опытным путем.
Следующие пункты не относятся к конструкции впуска.
Если понизить температуру на впуске на 20грС, то это даст до 5% к мощности. Например, температура впуска стандартного двигателя порядка 65грС. (все, я думаю, слышали про холодный впуск – cold air intake).
Замечали, как херово тянет движок в жару? Плюс с меньшей температурой на впуске, меньше возможность детонации.
Это хоть и не относится к впуску/выпуску, но имеет значение при повышении мощности. Их установка даст до 2% к мощности. Плюс обладают рядом преимуществ: им необходим меньший ток для искры, больше срок службы и меньше температура свечи, опять же меньше возможность детонации.
9) Выпускной коллектор.
Тут сказать в 2х словах очень сложно. Но общий смысл в том, что паук и прямоток имеют значение, если они правильно рассчитаны. Это не просто понты или звук. Противодавление на выпуске стандартной выпускной системы составляет до 0,07bar. Можно, конечно, его снизить до 0bar, путем выпуска газов после паука сразу в атмосферу. Но можно сойти с ума, если ездить на таком авто, да и люди вас не поймут.
Наиболее гуманный будет установка прямоточной системы, в ней противодавление ниже в 1,5-2 раза.
При конструировании паук нужно учитывать ряд параметров. Но мы учтем лишь часть моментов:
#схема 4-1 всегда лучше 4-2-1
#если не знаете диаметр трубы, то лучше выбрать меньший
#объем первичной трубы каждого цилиндра должен быть равен 1,8-2,5 рабочего объема цилиндра (на спектре около 400см2, при d=38мм, L должна быть 63-88см)
#чем короче труба, тем на более высоких оборотах она даст эффект.
Паук улучшает продувку цилиндров в момент перекрытия клапанов. А, следовательно, чем больше он вытянет отработавших газов, тем больше войдет свежего заряда и тем выше будет мощность.
Воздухозаборник, т.е. его отсутствие (до 7%)+холодный впуск (до 5%) + иридиевые свечи (до 2%) + другие патрубки (до 1%) = до 15% и это не считая выпуска.
Еще хотел бы затронуть пару интересных фактов:
1)Двигатель убивают 2 вещи: высокие обороты и детонация
2)Давление наддува в 1bar (это до 100% к мощности) дает нагрузку на двигатель всего 20%
Зато увеличение оборотов в 2 раза, увеличивает нагрузку в 4 раза. Т.е. если мы увеличим обороты максимальной мощности с 6000 об/мин до 7000 об/мин, то нагрузка увеличится на 36%.
Это я к тому, что атмо не надежнее турбо. Лучше(безопаснее) увеличить мощность наддувом при тех же оборотах, чем увеличение оборотов за счет широких распредвалов с большим подъемом.
Но это чисто мое мнение.
Так то еще много чего хотел сказать, но не хочу загружать никого:)
Часть этих пунктов я хочу попробовать воплотить – посмотрим, что получится 🙂
Мой же пост, но с активными обсуждениями в группах:
Расчёт ресивера, теория (корявый перевод с английского)
Три особенности впускного коллектора с ресивером, который определяет место пикового крутящего момента:
— объем ресивера
— длина ранера
— площадь ранера
ВНУТРЕННИЙ ДИАМЕТР (D) ВСАСЫВАЮЩЕЙ ТРУБКИ RAM
Первый метод
D в дюймах = SQRT [(объём x VE x Redline) / (V x 18,5)]
Объём — Общий объём в литрах,
VE — Объемный КПД в%,
V — скорость воздушного потока в камере статического давления для резонанса (обычно оценивается как максимум 180 футов / с).
Например:
SQRT [(1,8 x 0,85 x 8500) / (180 x 18,5)]
= КОРЕНЬ [(1,300,500) / (3330)]
= КОРЕНЬ (3,91)
= 1,98 дюйма (50,2мм)
Второй метод
Размер корпуса дроссельной заслонки определяется размером ресивера IM.
Лучший способ узнать, не слишком ли мала ваша дроссельная заслонка для вашего ресивера IM — это определить, какие показания показывает датчик абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP) (в камере статического давления), когда вы находитесь на полностью открытой дроссельной заслонке (или при широко открытой дроссельной заслонке (WOT)), пока автомобиль разгоняется. Показания MAP должны быть равным или близким к атмосферному давлению. Если это не так или падение MAP на WOT, значит, ваша дроссельная заслонка все еще слишком мала. От 70 мм (со стороны впуска или открытой дроссельной заслонке) до диаметра 65 мм (со стороны фланца) ITR с коническим отверстием дроссельной заслонки: более чем достаточно для большинства крупных двигателей N/A Teg.
После того, как мы определили оптимальный размер дроссельной заслонки для нашего IM, мы можем определить лучший внутренний диаметр воздухозаборника. Идеальный диаметр для воздухозаборника — это когда воздухозаборник имеет площадь поперечного сечения на 25% больше, чем площадь поперечного сечения канала дроссельной заслонки. Ваш диаметр дроссельной заслонки (чрезмерно расточенный или нет) определяет ваш диаметр всасывания.
ДЛИНА ВСАСЫВАЮЩЕЙ ТРУБКИ
Рекомендуемая начальная точка для длины трубы с пиковым крутящим моментом при 6000 об / мин составляет 13 дюймов (330,2мм) или прибавлять 1,7 дюйма (43,18мм) на каждые 1000 об / мин, которые вы хотите сместить до максимального крутящего момента ниже 6000.
Или вычтите 1,7 дюйма на каждые 1000 об / мин, если вы хотите увеличить максимальный крутящий момент выше 6000.
ДИАМЕТР ВПУСКНОЙ ТРУБЫ
Это легче всего понять. Скорость во всасывающем трубопроводе не должна превышать 180 футов / сек при максимальных оборотах. Формула для определения диаметра трубы, которую следует использовать для заданной скорости:
D = ^(CID × VE × RPM) ÷ ( V × 1130)
Где:
D = Диаметр трубы
CID = объём в кубических дюймах
VE = объемная эффективность
V = скорость в фут/сек
Если вы имеете дело с литрами, измените CID на литры, а константу на 18,5, чтобы формула выглядела так:
D = ^(Liters × VE × RPM) ÷ (V × 18.5)
Пример для 4-цилиндрового двигателя объемом 153 кубических дюйма (2,5л) с VE 85%, оборотов до 6000 об / мин и желаемой скоростью воздуха 180 футов / сек, впускная труба будет выглядеть следующим образом:
D = ^(153 × 0.85 × 6000) ÷ (180 × 1130) = 1.96
Вам понадобится впускная труба с внутренним диаметром 1,96 дюйма, чтобы обеспечить скорость воздуха 180 футов / сек при 6000 об / мин для этого двигателя. Другими словами, двигателю потребуется площадь впускной трубы чуть более 3 квадратных дюймов.
Объём ресивера
Простого ответа на вопрос о том, какой объем ресивера требуется для данного применения или диапазона оборотов, не будет. Объем ресивера хорош тем, что существует довольно широкий диапазон, в котором он может оставаться эффективным, поэтому общие правила работают хорошо. Следующие ниже рекомендации относятся к двигателю, работающему в диапазоне 5000-6000 об / мин.
V8 с одной большой камерой статического давления, питающей все 8 цилиндров, работает не так хорошо, как резонатор Гельмгольца, но в этом случае объем камеры должен составлять около 40-50% от общего рабочего объема цилиндров. На четырехцилиндровом двигателе работает 50-60%. Для 3 цилиндров (6-цилиндровый двигатель с двумя воздухозаборниками) каждый ресивер должен составлять около 65-80% от 3 цилиндров, которые он питает.
Если наддув желателен в более высоком диапазоне оборотов, ближе к 7000-7500 об / мин, ресивер должен быть на 10-15% меньше. Чтобы получить буст в диапазоне 2500-3500 об / мин, потребуется примерно на 30% больше. Размер ресивера резонатора Гельмгольца может противоречить типичным правилам размера камеры, но правила меняются, когда резонатор используется. Вся идея камеры статического давления состоит в том, чтобы позволить газам замедляться и набирать плотность. Ресивер Гельмгольца создает плотный заряд с помощью волн давления, точно так же, как работают настроенные впускные ранеры.
Этот метод определения размеров воздухозаборника не применяется к двигателям, в которых не используется настроенная впускная труба. Многие двигатели просто имеют узел воздушного фильтра непосредственно на карбюраторе или корпусе дроссельной заслонки, имея очень небольшую длину впуска. В этих случаях система резонаторов Гельмгольца не работает.
ВПУСКНАЯ ТРУБА
Последнее, что нужно отрегулировать, — это длина впускной трубы. Можно сделать регулируемую трубу, которую можно сделать длиннее или короче для целей тестирования. Для начального значения 13-дюймовая труба поможет примерно при 6000 об / мин. Для каждого падения на 1000 об / мин прибавьте 1,7 дюйма и вычтите 1,7 дюйма на каждые 1000 об / мин увеличения. Это только отправная точка.
Входной патрубок трубы должен иметь радиус около 1/2 дюйма для плавного потока. Как только вы получите базовую линию (вы должны выполнить силовую тягу и получить базовую линию), это можно сделать на трассе или на динамометрическом стенде. Затем попробуйте перемещая трубу на 1/2 дюйма в любом направлении, чтобы увидеть, как увеличивается мощность. Динамометрический стенд может немного обмануть, так как пиковая мощность у меня увеличивается, а средняя мощность может упасть. Тестирование на треке будет лучшим вариантом, поскольку вы будете тестировать его в реальных гоночных условиях и сможете настроить трубу на лучшее время. Обычно для средней мощности лучше всего, если впускная труба настроена примерно на 1000 об / мин ниже длины впускного желоба.