Корректировка каналов впускного коллектора для карбюраторных двигателей

Введение. Впускной коллектор предназначен для обеспечения равномерного распределение воздуха или рабочей смеси между цилиндрами. От этого напрямую зависит эффективность двигателя автомобиля. Впускной коллектор высвобождает заметную мощность и одновременно улучшает топливную экономичность, если он правильно подобран [1].

Впускные коллекторы, как другие детали двигателя, «настраиваются» для лучшей работы в определенной области оборотов. Коллекторы с длинными каналами обеспечивают лучший крутящий момент на низких оборотах, а коллекторы с относительно короткими каналами увеличивают мощность на высоких оборотах.

При работе двигателя на максимальных оборотах скорость воздуха в коллекторе приближается (а в спортивных автомобилях заметно превышает) скорость звука. На таких скоростях любой поворот и самый «незначительный бугорок» в геометрии коллектора оказываются серьезным препятствием, которое многократно увеличивает сопротивление коллектора воздушному потоку. В результате в цилиндры поступает меньше воздуха, поэтому мощность мотора падает. В таком режиме система впуска нередко выдает переобедненную смесь, скорость горения которой в десятки раз больше, чем нормальной. Поэтому топливовоздушная смесь взрывается, что приводит к повреждению клапанов, поршней и других элементов мотора [2].

Целью данной статьи является повышения мощностных характеристик и экономичности двигателей с карбюраторной системой подачи топлива путем изменения геометрии впускного коллектора.

Материалы и методы исследований. В современном автомобилестроении наблюдается тенденция замены карбюраторных систем на инжекторные системы подачи топлива, включая даже классические авто. Сегодня карбюраторы актуальны лишь для классических автомобилей в аутентичном состоянии, хотя на дорогах их встречается все еще немало. Это могут быть как автомобили отечественного производства, так и иностранные модели, которые зарекомендовали себя как ремонтопригодные, надежные и долговечные автомобили для повседневной эксплуатации [3].

Рассмотрим принцип работы впускного коллектора. Смесь воздуха с бензином попадает внутрь через впускное отверстие и делится на несколько потоков по числу цилиндров двигателя. Поршни, двигаясь вниз, создают в коллекторе разрежение, которое может достигать больших значений. Образуется частичный вакуум, который используется также для нейтрализации картерных газов. Они через систему вентиляции картера двигателя попадают во впускной коллектор, смешиваются с топливно-воздушной смесью или воздухом и сжигаются в цилиндрах.

Раньше основными материалами для изготовления впускного коллектора являлись чугун, алюминий и сталь. Основной минус данных материалов заключается в том, что коллектор, изготовленный из этих металлов, во время работы двигателя сильно нагревается и, соответственно, нагревается воздух, находящийся внутри него. Воздух, в свою очередь, расширяется и в цилиндры поступает уже в меньшем объеме, вследствие чего повышается расход топлива, и ухудшаются эксплуатационные характеристики двигателя [4].

На многих современных автомобилях применяются композитные материалы на основе пластика. Имея низкую теплопроводность, такой впускной коллектор нагревается не так сильно, в результате цилиндры лучше наполняются воздухом, и повышается мощность двигателя в пересчете на единицу топлива.

Определенная длина впускного коллектора обеспечивает качественное наполнение цилиндров только в ограниченных диапазонах частот вращений коленчатого вала, более предпочтительным считается впускной коллектор, имеющий систему изменения геометрии. Изменяться может либо его длина, либо диаметр, либо оба параметра.

Изменить диаметр каналов впускного коллектора можно путем его «расточки». Во время этой работы необходимо выполнить два основных этапа:

• 1.    получить необходимый диаметр каналов в результате выполнения фрезерной обработки коллекторов;

• 2.    отполировать тракт при помощи специальных инструментов и приспособлений [5].

Внутри коллектора практически всегда находится большое количество неровностей и приливов, а поверхность имеет шероховатость. Все это вызывает нежелательные завихрения, мешающие качественному наполнению цилиндров. При плавном ускорении это явление практически незаметно, но при желании получить от двигателя большей эффективности эти недостатки необходимо устранять.

Корректировка каналов штатного впускного коллектора заключается в шлифовке его внутренней поверхности с целью удаления приливов и шероховатостей. Шлифовать необходимо не до появления зеркала, а только до достижения однородного состояния всей поверхности. Если отшлифовать поверхность до блеска, то капли топлива будут конденсироваться на стенках, и такая корректировка даст совершенно противоположный результат.

Во время этого процесса важно обратить внимание на место сопряжения коллектора с головкой блока цилиндров. Нередко в этом месте остается ступенька, мешающая нормальному ходу воздушного потока, которую необходимо устранить [6].

Результаты и их обсуждение. Корректировка каналов впускного коллектора осуществлялась для двигателя ВАЗ 21083 (рис. 1).

Рисунок 1 – Коллектор впускной ВАЗ-2108

Диаметр поршня после второго ремонта d _рем = 82,8 мм (номинальный диаметр поршня d _ном =82 мм ); диаметр поршневого пальца d _п =22 мм ; установка облегченного коленвала. Карбюратор ВАЗ 21083 с диаметром диффузоров d диф = 24/26 и увеличенными главными топливными жиклерами. Стандартный диаметр каналов впускного коллектора d канал ^ =26 мм. Расточка каналов для совмещения с каналами ГБЦ составляет d канал 2 =31 мм . Выбранный диаметр каналов является оптимальным, т.к. больший диаметр фрезы (рис. 2) может повредить каналы охлаждения в коллекторе.

Рисунок 2 – Борфреза по металлу цилиндрическая, 31х15 мм

По завершению работы необходимо удалить весь абразив с поверхности впускного коллектора. Для начала необходимо продуть сжатым воздухом, промыть бензином, а затем – горячей водой с добавлением чистящего средства. Расточенные таком образом каналы впускного коллектора ВАЗ 21083 показаны на рисунке 3.

Рисунок 3 – Расточенные каналы впускного коллектора ВАЗ 2108

Выводы. Увеличение диаметров каналов впускного коллектора способствует увеличению пропускной способности, что положительно влияет на количество воздуха, поступающего во впускной коллектор и двигатель. Это улучшает качество смеси и способствует лучшему сгоранию топлива. Эффект достигается в зоне средних оборотов (2000-4000 об/мин), приемистость двигателя на этих оборотах улучшается, что позволяет реже переключать передачи, т.к. тяги хватает и на более низких оборотах. Результат достигнут именно в совокупности с расточкой каналов главного блока цилиндров, установки облегченного коленчатого вала, установкой карбюратора с увеличенным диаметром диффузоров и выпускного коллектора (паук 4-2-1).

Не менее важно и качественное соединение коллектора с карбюратором и воздушным фильтром. Если уплотнительные элементы изношены или плохо затянуты гайки крепления, то в месте контакта происходит подсос воздуха, в результате – переобеднение смеси и взрывы в камере сгорания.

Во время езды на низких оборотах на карбюраторных двигателях происходит «обрастание» стенок коллектора смолой. Расход воздуха невелик, поэтому скорость движения топливовоздушной смеси недостаточна и часть распыленного топлива оседает на стенках. Летучие соединения испаряются, а смолы коксуются, образуя на стенках наросты, которые увеличивают аэродинамическое сопротивление. Чтобы удалить наросты, снятый коллектор обрабатывают различными веществами (чаще всего смесью керосина и ацетона) или можно использовать расточку коллектора, что в свою очередь удалит наросты и увеличит диаметр каналов. Однако, имеется и недостаток: с расточенными каналами увеличивается расход топлива, что для автовладельцев является экономически невыгодным.