Каждому двигателю внутреннего сгорания, от крошечных моторов скутеров до гигантских корабельных установок, для работы необходимы две базовые вещи — кислород и топливо. Однако просто «бросить» кислород и топливо в контейнер — еще не значит создать двигатель. Система трубок и клапанов направляет кислород и топливо в цилиндр, где поршень сжимает смесь для воспламенения. Взрывная сила толкает поршень вниз, заставляя коленчатый вал вращаться и создавая механическую энергию для движения транспортного средства, работы генераторов, перекачки воды и многого другого.
Путь воздуха: как работает система впуска
Система впуска воздуха необходима для работы двигателя, она забирает воздух и направляет его к отдельным цилиндрам, но это еще не всё. Проследив за типичной молекулой кислорода через всю систему впуска, мы узнаем, как каждая деталь помогает двигателю работать эффективно. (В зависимости от транспортного средства порядок этих компонентов может отличаться).
Трубка забора холодного воздуха
Трубка забора холодного воздуха обычно расположена в месте, где она может всасывать воздух из-за пределов моторного отсека, например, в колесной арке, решетке радиатора или возле кромки капота. Эта трубка отмечает начало пути воздуха через систему впуска — это единственное отверстие, через которое воздух может поступать. Воздух снаружи моторного отсека, как правило, холоднее и плотнее, а значит, богаче кислородом, что улучшает сгорание, выходную мощность и общую эффективность двигателя.
Воздушный фильтр двигателя
Затем воздух проходит через воздушный фильтр двигателя, который обычно находится в «воздушном боксе». Чистый «воздух» — это смесь газов: 78% азота, 21% кислорода и следовых количеств других газов. В зависимости от местоположения и времени года, воздух может также содержать множество загрязняющих веществ, таких как сажа, пыльца, пыль, грязь, листья и насекомые. Некоторые из этих загрязнений могут быть абразивными, вызывая чрезмерный износ деталей двигателя, а другие — засорять систему.
- Сетка задерживает большинство крупных частиц, таких как насекомые и листья.
- Воздушный фильтр улавливает более мелкие частицы, такие как пыль, грязь и пыльца.
- Стандартный воздушный фильтр задерживает 80–90% частиц размером до 5 мкм (примерно размер эритроцита).
- Фильтры更高ого качества улавливают 90–95% частиц размером до 1 мкм (некоторые бактерии имеют размер около 1 микрона).
Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ)
Чтобы правильно определить количество впрыскиваемого топлива, электронному модулю управления (ЭБУ) необходимо знать объем воздуха, поступающего в систему впуска. Большинство автомобилей используют для этого датчик массового расхода воздуха (ДМРВ), в то время как другие применяют датчик абсолютного давления в коллекторе (ДАД), обычно расположенный на впускном коллекторе. Некоторые двигатели, например, с турбонаддувом, могут использовать оба датчика.
На автомобилях с ДМРВ воздух проходит через сетку и лопатки, чтобы «выпрямить» поток. Небольшая часть этого воздуха проходит через чувствительный элемент ДМРВ, который содержит нагретую проволоку или пленку. Электричество нагревает проволоку или пленку, что приводит к уменьшению тока, а поток воздуха охлаждает их, вызывая увеличение тока. ЭБУ соотносит результирующий ток с массой воздуха — это критически важный расчет для систем впрыска топлива. Большинство систем впуска также включают датчик температуры всасываемого воздуха (ДТВВ), часто являющийся частью того же узла, что и ДМРВ.
Трубка впуска воздуха
После измерения воздух продолжает путь по трубке впуска к дроссельной заслонке. На его пути могут встречаться резонаторные камеры — «пустые» емкости, предназначенные для поглощения и гашения вибраций в потоке воздуха, сглаживая его перед поступлением к дроссельной заслонке. Также важно отметить, что особенно после ДМРВ в системе впуска не должно быть утечек. Попадание немеренного воздуха в систему нарушит топливно-воздушные соотношения. В лучшем случае это заставит ЭБУ зафиксировать неисправность, установить диагностические коды (DTC) и включить лампу проверки двигателя (CEL). В худшем случае двигатель может не запуститься или работать с перебоями.
Турбокомпрессор и интеркулер
На автомобилях с турбокомпрессором воздух затем проходит через вход турбины. Выхлопные газы вращают турбину в турбинном корпусе, что, в свою очередь, вращает колесо компрессора в корпусе компрессора. Поступающий воздух сжимается, увеличивая его плотность и содержание кислорода — больше кислорода позволяет сжечь больше топлива, что дает больше мощности от двигателей меньшего объема.
Поскольку сжатие повышает температуру всасываемого воздуха, сжатый воздух проходит через интеркулер (промежуточный охладитель), чтобы снизить температуру и уменьшить риск детонации, стуков и преждевременного воспламенения в двигателе.
Дроссельная заслонка
Дроссельная заслонка соединена электронно или тросом с педалью акселератора и, если есть, с системой круиз-контроля. Когда вы нажимаете педаль газа, дроссельная заслонка открывается, позволяя большему количеству воздуха поступать в двигатель, что приводит к увеличению мощности и оборотов двигателя. При активации круиз-контроля для управления дроссельной заслонкой используется отдельный трос или электрический сигнал, поддерживая заданную водителем скорость.
Регулятор холостого хода
На холостом ходу, например, при остановке на светофоре или при движении накатом, в двигатель все равно должно поступать небольшое количество воздуха для поддержания оборотов. На некоторых современных автомобилях с электронной педалью газа (ETC) обороты холостого хода регулируются за счет точных корректировок положения дроссельной заслонки. На большинстве других автомобилей отдельный клапан регулировки холостого хода (IAC) управляет небольшим потоком воздуха для поддержания оборотов двигателя. Клапан IAC может быть частью узла дроссельной заслонки или подключаться к впускному тракту через отдельный шланг, в обход основного трубопровода.
Впускной коллектор
После прохождения дроссельной заслонки воздух попадает во впускной коллектор — систему трубок, которые распределяют воздух к впускным клапанам каждого цилиндра. Простые впускные коллекторы направляют воздух по кратчайшему пути, в то время как более сложные версии могут направлять воздух по более длинному маршруту или даже по нескольким маршрутам в зависимости от оборотов и нагрузки на двигатель. Такой контроль потока воздуха позволяет увеличить мощность или эффективность в зависимости от потребности.
Впускные клапаны
Наконец, непосредственно перед попаданием в цилиндр, поток воздуха управляется впускными клапанами. На такте впуска, обычно за 10–20° до верхней мертвой точки (ВМТ), впускной клапан открывается, позволяя цилиндру втягивать воздух при движении поршня вниз. Через несколько градусов после нижней мертвой точки (НМТ) впускной клапан закрывается, позволяя поршню сжимать воздух при движении обратно к ВМТ.
Заключение
Как видите, система впуска воздуха несколько сложнее, чем просто трубка, ведущая к дроссельной заслонке. От внешней части автомобиля до впускных клапанов воздух проходит по извилистому пути, предназначенному для подачи чистого и измеренного воздуха в цилиндры. Знание функций каждой части системы впуска воздуха также может облегчить диагностику и ремонт.