Коллектор вакуумный

Не путать с вакуумным коллектором .

Вакуум в коллекторе , или вакуум в двигателе бензинового двигателя, двигателя представляет собой разницу давления воздуха между впускным коллектором и атмосферой Земли .

в коллекторе Вакуум — это влияние движения поршня на ход впуска и поток воздуха через дроссель во впускном коллекторе двигателя. Это мера ограничения потока воздуха через двигатель и, следовательно, неиспользованной мощности двигателя. В некоторых двигателях вакуум в коллекторе также используется в качестве вспомогательного источника энергии для привода агрегатов двигателя и системы вентиляции картера .

Вакуум в коллекторе не следует путать с вакуумом Вентури , который представляет собой эффект, используемый в карбюраторах для создания разницы давлений, примерно пропорциональной массовому расходу воздуха, и для поддержания в некоторой степени постоянного соотношения воздух/топливо .

Он также используется в легких самолетах для обеспечения воздушного потока для пневматических гироскопических инструментов.

Обзор

Скорость потока воздуха через двигатель внутреннего сгорания является важным фактором, определяющим количество мощности, вырабатываемой двигателем. Большинство бензиновых двигателей управляются путем ограничения этого потока с помощью дроссельной заслонки , которая ограничивает поток всасываемого воздуха, в то время как дизельный двигатель контролируется количеством топлива, подаваемого в цилиндр, и поэтому не имеет «дроссельной заслонки» как таковой. Вакуум в коллекторе присутствует во всех безнаддувных двигателях , в которых используются дроссели (включая карбюраторные и с впрыском топлива бензиновые двигатели , использующие цикл Отто или двухтактный цикл; дизельные двигатели не имеют дроссельных заслонок).

Массовый расход через двигатель является произведением частоты вращения двигателя, объема двигателя и плотности впускного потока во впускном коллекторе. В большинстве приложений скорость вращения задается приложением (скорость двигателя в транспортном средстве или скорость оборудования в других приложениях). Рабочий объем зависит от геометрии двигателя, которую обычно нельзя регулировать во время работы двигателя (хотя некоторые модели имеют эту функцию, см. переменный рабочий объем ). Ограничение входного потока снижает плотность (и, следовательно, давление) во впускном коллекторе, уменьшая количество вырабатываемой мощности. Это также основной источник сопротивления двигателя (см. Торможение двигателем ), поскольку воздух низкого давления во впускном коллекторе оказывает меньшее давление на поршень во время такта впуска.

При открытии дроссельной заслонки (в автомобиле нажата педаль акселератора ) окружающий воздух свободно заполняет впускной коллектор, увеличивая давление (заполняя вакуум). Карбюратор добавляет или система впрыска топлива топливо в воздушный поток в правильной пропорции, обеспечивая двигатель энергией. Когда дроссельная заслонка открыта полностью, система впуска воздуха двигателя подвергается воздействию полного атмосферного давления, и достигается максимальный поток воздуха через двигатель. В безнаддувном двигателе выходная мощность ограничивается атмосферным давлением окружающей среды . Нагнетатели и турбокомпрессоры повышают давление в коллекторе выше атмосферного давления.

Современные разработки

В современных двигателях используется датчик абсолютного давления в коллекторе (сокращенно MAP ) для измерения давления воздуха во впускном коллекторе. Абсолютное давление в коллекторе — один из множества параметров, используемых блоком управления двигателем (ECU) для оптимизации работы двигателя. Важно различать абсолютное и избыточное давление при работе с определенными приложениями, особенно с теми, в которых во время нормальной работы наблюдаются изменения высоты.

В соответствии с правительственными постановлениями, требующими снижения расхода топлива (в США) или сокращения выбросов углекислого газа (в Европе), легковые автомобили и легкие грузовики были оснащены различными технологиями (двигатели уменьшенной мощности; коробки передач с блокировкой, многоступенчатой ​​передачей и повышающей передачей). ; регулируемые фазы газораспределения , принудительная индукция, дизельные двигатели и т. д.), которые делают вакуум в коллекторе недостаточным или недоступным; Электрические вакуумные насосы в настоящее время широко используются для питания пневматических аксессуаров.

Вакуум в коллекторе и вакуум Вентури

Вакуум в коллекторе вызван другим явлением, чем вакуум Вентури , который присутствует внутри карбюраторов . Вакуум Вентури вызван эффектом Вентури, который при фиксированных условиях окружающей среды (плотность воздуха и температура) зависит от общего массового расхода через карбюратор. В двигателях, в которых используются карбюраторы, вакуум Вентури примерно пропорционален общему массовому потоку через двигатель (и, следовательно, общей выходной мощности). При изменении давления окружающей среды (высота, погода) или температуры может потребоваться регулировка карбюратора для поддержания этого соотношения.

Давление в коллекторе также может быть «перенесено». Портирование — это выбор места для крана давления в пределах диапазона движения дроссельной заслонки. В зависимости от положения дроссельной заслонки портальный кран давления может находиться либо перед дросселем, либо после него. При изменении положения дроссельной заслонки «портовый» кран давления выборочно подключается либо к давлению в коллекторе, либо к давлению окружающей среды. В старых двигателях (до OBD II ) часто использовались портированные штуцеры для измерения давления в коллекторе для распределителей зажигания и компонентов системы контроля выбросов .

Вакуумный коллектор в автомобилях

В большинстве автомобилей используются четырехтактные с циклом Отто двигатели с несколькими цилиндрами , прикрепленными к одному впускному коллектору . Во время такта впуска поршень опускается в цилиндр и впускной клапан открывается. Когда поршень опускается, он эффективно увеличивает объем в цилиндре над ним, создавая низкое давление. Атмосферное давление проталкивает воздух через коллектор и карбюратор или систему впрыска топлива , где он смешивается с топливом. Поскольку несколько цилиндров работают в разное время цикла двигателя, во впускном коллекторе от карбюратора к двигателю существует почти постоянная разница давлений.

Чтобы контролировать количество топливно-воздушной смеси, поступающей в двигатель, в карбюраторных двигателях) обычно устанавливается простая дроссельная заслонка в начале впускного коллектора (чуть ниже карбюратора (дроссельная заслонка) . Поворотный затвор представляет собой просто круглый диск, установленный на шпинделе и помещающийся внутри трубопровода. Он подключен к педали акселератора автомобиля и настроен на полное открытие при полном нажатии педали и полное закрытие при отпускании педали. Дроссельная заслонка часто содержит небольшой «вырез холостого хода», отверстие, через которое небольшое количество топливно-воздушной смеси попадает в двигатель, даже когда клапан полностью закрыт, или карбюратор имеет отдельный перепускной канал для воздуха с собственным жиклером холостого хода.

Если двигатель работает с небольшой нагрузкой или без нагрузки и при низкой или закрытой дроссельной заслонке, в коллекторе наблюдается высокий вакуум. При открытии дроссельной заслонки частота вращения двигателя быстро увеличивается. Число оборотов двигателя ограничивается только количеством топливно-воздушной смеси, имеющейся в коллекторе. При полностью открытой дроссельной заслонке и небольшой нагрузке другие эффекты (такие как смещение клапана , турбулентность в цилиндрах или угол опережения зажигания ) ограничивают скорость двигателя, так что давление в коллекторе может увеличиться, но на практике паразитное сопротивление внутренних стенок коллектора плюс Ограничительный характер трубки Вентури в сердце карбюратора означает, что всегда будет устанавливаться низкое давление, поскольку внутренний объем двигателя превышает количество воздуха, которое способен доставить коллектор.

Если двигатель работает под большой нагрузкой при широком открытии дроссельной заслонки (например, при ускорении с места или подъеме автомобиля в гору), то скорость двигателя ограничивается нагрузкой и создается минимальный вакуум. Скорость двигателя низкая, но дроссельная заслонка полностью открыта. Поскольку поршни опускаются медленнее, чем без нагрузки, перепады давления менее значительны и паразитное сопротивление в системе впуска незначительно. Двигатель втягивает воздух в цилиндры при полном давлении окружающей среды.

В некоторых ситуациях создается больший вакуум. При замедлении или спуске с холма дроссельная заслонка закрывается и для контроля скорости выбирается пониженная передача. Двигатель будет вращаться быстро, поскольку опорные катки и трансмиссия движутся быстро, но дроссельная заслонка будет полностью закрыта. Поток воздуха через двигатель сильно ограничивается дроссельной заслонкой, создавая сильный вакуум на стороне дроссельной заслонки со стороны двигателя, что будет ограничивать скорость двигателя. Это явление, известное как торможение двигателем , используется для предотвращения ускорения или даже замедления с минимальным использованием тормозов или без них (например, при спуске с длинного или крутого холма). Это вакуумное торможение не следует путать с торможением сжатием (также известным как « тормоз Джейка ») или с торможением выхлопом , которые часто используются на больших дизельных грузовиках. Такие устройства необходимы для торможения двигателем с дизельным двигателем, поскольку в них отсутствует дроссельная заслонка, которая ограничивала бы поток воздуха настолько, чтобы создать достаточный вакуум для торможения автомобиля.

Использование коллекторного вакуума

Топливные подъемники Autovac. На обоих автобусах красный бак Autovac можно увидеть над и за левым передним колесом.

Это низкое (или отрицательное) давление можно использовать. Манометр , измеряющий давление в коллекторе, может быть установлен, чтобы дать водителю представление о том, насколько интенсивно работает двигатель, и его можно использовать для достижения максимальной мгновенной эффективности использования топлива путем корректировки манеры вождения: минимизация вакуума в коллекторе увеличивает мгновенную эффективность. . Слабый вакуум в коллекторе при закрытой дроссельной заслонке указывает на то, что дроссельная заслонка или внутренние компоненты двигателя ( клапаны или поршневые кольца ) изношены, что препятствует хорошей насосной работе двигателя и снижает общую эффективность.

Раньше вакуум был распространенным способом привода в действие вспомогательных систем автомобиля. Вакуумные системы с возрастом становятся ненадежными, поскольку вакуумные трубки становятся хрупкими и подвержены утечкам.

До 1960 г.

• Электродвигатели стеклоочистителей. До введения Федеральных стандартов безопасности транспортных средств в США в соответствии с Законом о национальной безопасности дорожного движения и транспортных средств было обычным явлением использовать вакуум в коллекторе 1966 года для привода стеклоочистителей с помощью пневматического двигателя . Эта система дешева и проста, но в результате появились дворники, скорость которых обратно пропорциональна интенсивности работы двигателя.
• Электродвигатели дверных замков.
• Топливный подъемник «Автовак», который использует вакуум для подачи топлива из основного бака в небольшой вспомогательный бак, из которого оно самотеком поступает в карбюратор. Это позволило отказаться от топливного насоса , который в ранних автомобилях был ненадежным элементом.

1960–1990

Автомобильные вакуумные системы достигли пика своего использования в период с 1960-х по 1980-е годы. огромное разнообразие вакуумных выключателей , клапанов задержки За это время было создано и дополнительных устройств. Например, Ford Thunderbird 1967 года выпуска использовал вакуум для:

• Вакуумные усилители тормозов (силовые тормоза) используют атмосферное давление, оказывающее давление на вакуум в коллекторе двигателя, чтобы увеличить давление на тормоза. Поскольку торможение почти всегда сопровождается закрытием дроссельной заслонки и связанным с этим высоким вакуумом в коллекторе, эта система проста и почти надежна . На прицепах были установлены вакуумные баки для управления их интегрированными тормозными системами.
• передач Управление переключением
• Дверцы для скрытых фар
• Дистанционное открывание замка багажника
• Дверные замки с электроприводом
• Маршрутизация воздуха в системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. В системах отопления , вентиляции и кондиционирования транспортных средств используется вакуум в коллекторе для привода приводов, контролирующих поток воздуха и температуру.
• Управление сердечника отопителя клапаном
• Управление задней вентиляцией салона
• Откидной фиксатор рулевого колеса

Другие предметы, которые могут питаться от вакуума, включают:

• рециркуляции отработавших газов Соленоид
• Насос гидроусилителя руля
• Регулятор давления топлива

Современное использование

Современные автомобили имеют минимальное количество аксессуаров, использующих вакуум. Многие аксессуары, ранее приводившиеся в действие вакуумом, были заменены электронными аксессуарами. Некоторые современные аксессуары, в которых иногда используется вакуум, включают:

• Вакуумные усилители тормозов
• принудительной вентиляции картера Клапан
• Угольный баллончик

Вакуум в коллекторе дизельных двигателей

Многие дизельные двигатели не имеют дроссельных заслонок. Коллектор соединен непосредственно с воздухозаборником, и единственное создаваемое всасывание - это всасывание, вызванное опускающимся поршнем без трубки Вентури для его увеличения, а мощность двигателя контролируется путем изменения количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр посредством впрыска топлива. система. Это помогает сделать дизели намного более эффективными, чем бензиновые двигатели.

Если требуется вакуум (автомобили, которые могут быть оснащены как бензиновыми, так и дизельными двигателями, часто имеют системы, требующие этого), на коллектор можно установить дроссельную заслонку, соединенную с дроссельной заслонкой. Это снижает эффективность и все равно не так эффективно, поскольку не подключено к трубке Вентури. Поскольку низкое давление создается только на выбеге (например, при спуске с холма с закрытой дроссельной заслонкой), а не в широком диапазоне ситуаций, как в бензиновом двигателе, устанавливается вакуумный бак.

Большинство дизельных двигателей теперь оснащены отдельным вакуумным насосом («вытяжкой»), обеспечивающим постоянное создание вакуума на всех оборотах двигателя.

Многие новые бензиновые двигатели BMW не используют дроссельную заслонку при нормальной работе, а вместо этого используют впускные клапаны с регулируемым подъемом Valvetronic для контроля количества воздуха, поступающего в двигатель. Как и в дизельном двигателе, в этих двигателях вакуум в коллекторе практически отсутствует, и для питания усилителя тормозов необходимо использовать другой источник.

См. также

• Вакуумный клапан задержки