 | Эта статья в значительной степени или полностью основана на одном источнике . ( февраль 2019 г. ) |
Вакуум в коллекторе или вакуум в двигателе внутреннего сгорания - это разница в давлении воздуха между впускным коллектором двигателя и атмосферой Земли .
Вакуум в коллекторе - это эффект движения поршня на такте впуска и засорения потока через дроссель во впускном коллекторе двигателя. Это мера степени ограничения воздушного потока, проходящего через двигатель, и, следовательно, неиспользованной мощности двигателя. В некоторых двигателях коллекторный вакуум также используется в качестве вспомогательного источника энергии для привода вспомогательного оборудования двигателя и для системы вентиляции картера .
Не следует путать вакуум в коллекторе с вакуумом Вентури , эффект которого используется в карбюраторах для создания разницы давлений, примерно пропорциональной массовому расходу воздуха, и для поддержания в некоторой степени постоянного отношения воздух / топливо . Он также используется в легких самолетах для обеспечения воздушного потока для пневматических гироскопических приборов.
Обзор [ править ]
Скорость воздушного потока через двигатель внутреннего сгорания является важным фактором, определяющим количество мощности, генерируемой двигателем. Большинство бензиновых двигателей управляются путем ограничения этого потока с помощью дроссельной заслонки, которая ограничивает поток всасываемого воздуха, в то время как дизельный двигатель управляется 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 бензиновые двигатели с впрыском топлива , использующие цикл Отто или двухтактный цикл; дизельные двигатели не имеют дроссельных заслонок).
Поток массы через двигатель является продуктом скорости вращения двигателя, перемещения двигателя и плотность потока всасываемого во впускном коллекторе. В большинстве приложений частота вращения устанавливается приложением (частота вращения двигателя в транспортном средстве или частота вращения механизмов в других приложениях). Рабочий объем зависит от геометрии двигателя, которая, как правило, не регулируется во время работы двигателя (хотя некоторые модели имеют эту функцию, см. Переменное смещение ). Ограничение входного потока снижает плотность (и, следовательно, давление) во впускном коллекторе, уменьшая количество производимой энергии. 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.
Когда дроссельная заслонка открыта (в автомобиле педаль акселератора нажата), окружающий воздух свободно заполняет впускной коллектор, увеличивая давление (заполняя вакуум). Карбюратор или впрыск топлива система добавляет топлива в поток воздуха в правильной пропорции, обеспечение энергии к двигателю. Когда дроссельная заслонка полностью открыта, система впуска воздуха двигателя подвергается воздействию полного атмосферного давления, и достигается максимальный поток воздуха через двигатель. В двигателе без наддува выходная мощность ограничивается атмосферным давлением окружающей среды . Нагнетатели и турбокомпрессоры повышают давление в коллекторе выше атмосферного.
Современные разработки [ править ]
Современные двигатели используют датчик абсолютного давления в коллекторе (сокращенно MAP ) для измерения давления воздуха во впускном коллекторе. Абсолютное давление в коллекторе - это один из множества параметров, используемых блоком управления двигателем (ЭБУ) для оптимизации работы двигателя. Важно различать абсолютное и манометрическое давление при работе с определенными приложениями, особенно с теми, в которых наблюдается изменение высоты во время нормальной работы.
В соответствии с правительственными постановлениями, требующими сокращения расхода топлива (в США) или выбросов углекислого газа (в Европе), легковые автомобили и легкие грузовики были оснащены различными технологиями (уменьшенные двигатели; трансмиссии с блокировкой, многоступенчатой и повышающей передачи ; регулируемые фазы газораспределения , принудительная индукция, дизельные двигатели и т. д.), которые делают вакуум в коллекторе недостаточным или недоступным. В настоящее время электрические вакуумные насосы широко используются для питания пневматических принадлежностей.
Вакуум в коллекторе против вакуума Вентури [ править ]
Вакуум в коллекторе вызван другим явлением, чем вакуум Вентури , который присутствует внутри карбюраторов . Вакуум Вентури возникает из-за эффекта Вентури, который для фиксированных условий окружающей среды (плотности и температуры воздуха) зависит от общего массового расхода через карбюратор. В двигателях, в которых используются карбюраторы, вакуум Вентури приблизительно пропорционален общему массовому расходу, проходящему через двигатель (и, следовательно, общей выходной мощности). При изменении атмосферного давления (высота, погода) или температуры карбюратор может нуждаться в регулировке для поддержания этого соотношения.
Давление в коллекторе также может быть «перенесено». Перенос - это выбор места для отвода давления в пределах диапазона движения дроссельной заслонки. В зависимости от положения дроссельной заслонки отвод давления с отверстиями может располагаться как перед дроссельной заслонкой, так и после нее. Когда положение дроссельной заслонки изменяется, отвод давления с отверстиями выборочно подключается либо к давлению в коллекторе, либо к давлению окружающей среды. В старинных двигателях (до OBD II ) часто использовались краны давления в коллекторе с отверстиями для распределителей зажигания и компонентов системы контроля выбросов .
Вакуум в коллекторе автомобилей [ править ]
В большинстве автомобилей используются четырехтактные двигатели с циклом Отто с несколькими цилиндрами, присоединенными к единственному впускному коллектору . Во время такта впуска поршень опускается в цилиндр, и впускной клапан открывается. По мере того, как поршень опускается, он эффективно увеличивает объем цилиндра 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 в цикле двигателя, существует почти постоянный перепад давления во впускном коллекторе от карбюратора к двигателю.
Чтобы контролировать количество топливно-воздушной смеси, поступающей в двигатель, обычно устанавливается простой дроссельный клапан (дроссельная заслонка) в начале впускного коллектора (чуть ниже карбюратора в карбюраторных двигателях). Дроссельная заслонка - это просто круглый диск, установленный на шпинделе, вставленный внутри трубопровода. Он соединен с педалью акселератора автомобиля и настроен на полное открытие, когда педаль полностью нажата, и полностью закрытое, когда педаль отпущена. Дроссельная заслонка часто имеет небольшой «вырез на холостом ходу», отверстие, через которое небольшое количество топливно-воздушной смеси попадает в двигатель даже при полностью закрытом клапане, или карбюратор имеет отдельный перепускной канал для воздуха с собственным жиклером холостого хода.
Если двигатель работает с малой нагрузкой или без нагрузки и с низким или закрытым дросселем, в коллекторе имеется высокий вакуум. При открытии дроссельной заслонки частота вращения двигателя быстро увеличивается. Скорость двигателя ограничена 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 частоту вращения двигателя, так что давление в коллекторе может увеличиваться - но на практике паразитное сопротивление на внутренних стенках коллектора, плюс ограничивающий характер трубки Вентури в центре карбюратора, означает, что всегда будет создаваться низкое давление, поскольку внутренний объем двигателя превышает количество воздуха, которое коллектор может подавать.
Если двигатель работает под большой нагрузкой при широких открытиях дроссельной заслонки (например, при ускорении с остановки или подъеме автомобиля в гору), то частота вращения 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 заметны, а паразитное сопротивление в системе впуска незначительно. Двигатель втягивает воздух в цилиндры при полном давлении окружающей среды.
В некоторых ситуациях создается больше вакуума. При замедлении или спуске с холма дроссельная заслонка закрывается, и для управления скоростью выбирается пониженная передача. Двигатель будет вращаться быстро, потому что опорные колеса и трансмиссия движутся быстро, но дроссельная заслонка будет полностью закрыта. Поток воздуха через двигатель сильно ограничен дроссельной заслонкой, создавая сильный вакуум на стороне двигателя от дроссельной заслонки, который будет ограничивать скорость двигателя. Это явление, известное как торможение двигателем , используется для предотвращения ускорения или даже замедления с минимальным использованием тормоза или без него (например, при спуске с длинного или крутого холма). Это вакуумное торможение не следует путать с компрессионным торможением (также известным как « тормоз Джейка ») или свыхлопное торможение , которое часто используется на больших дизельных грузовиках. Такие устройства необходимы для торможения двигателем с дизельным двигателем, поскольку в них отсутствует дроссельная заслонка, чтобы ограничивать поток воздуха, достаточный для создания вакуума, достаточного для торможения транспортного средства.
Использование коллекторного вакуума [ править ]
Это низкое (или отрицательное) давление можно использовать. Манометр измерения коллектора давления может быть установлен , чтобы дать водителю указание о том , как трудно работает двигатель , и он может быть использован для достижения максимальных мгновенных эффективностей использования топлива пути регулирования вождения привычки: сведение к минимуму коллектора вакуума увеличивает мгновенную эффективность [ править ] . Слабый вакуум в коллекторе в условиях закрытого дросселя показывает, что дроссельная заслонка или внутренние компоненты двигателя ( клапаны или поршневые кольца ) изношены, что препятствует хорошему откачивающему действию двигателя и снижает общую эффективность.
Вакуум часто используется для привода вспомогательных систем автомобиля. Сервоприводы тормозов с вакуумным усилителем , например, используют атмосферное давление, прижимающееся к вакууму в коллекторе двигателя, чтобы увеличить давление на тормоза. Поскольку торможение почти всегда сопровождается закрытием дроссельной заслонки и связанным с этим высоким разрежением в коллекторе, эта система проста и почти надежна . На прицепах устанавливались вакуумные баки для управления их интегрированными тормозными системами.
До введения федеральных автомобильных стандартов безопасности транспортных средств в США по Национальному закону движения и безопасности двигателя автомобиля 1966 года было принято использовать коллектор вакуум для привода стеклоочистителей с пневматическим двигателем. Эта система была дешевой и простой, но приводила к смешному, но небезопасному эффекту дворников, которые работают на полной скорости, когда двигатель работает на холостом ходу, работают примерно на половину скорости во время движения и полностью останавливаются, когда водитель полностью нажимает на педаль. В автомобильных системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха также использовался вакуумный коллектор для привода исполнительных механизмов, регулирующих воздушный поток и температуру.
Еще одним устаревшим аксессуаром является подъемник топлива «Autovac» [1], который использует вакуум для подъема топлива из основного бака в небольшой вспомогательный бак, из которого оно самотеком перетекает в карбюратор. Это устранило топливный насос, который в ранних автомобилях был ненадежным элементом.
Вакуум в коллекторе дизельных двигателей [ править ]
Многие дизельные двигатели не имеют дроссельных заслонок. Коллектор соединен непосредственно с воздухозаборником, и создается только всасывание, вызываемое опускающимся поршнем без Вентури для его увеличения, а мощность двигателя регулируется путем изменения количества топлива, которое впрыскивается в цилиндр при впрыске топлива. система. Это помогает сделать дизельные двигатели более эффективными, чем бензиновые.
Если требуется вакуум (автомобили, которые могут быть оснащены как бензиновыми, так и дизельными двигателями, часто имеют системы, требующие этого), на коллекторе можно установить дроссельную заслонку, соединенную с дроссельной заслонкой. Это снижает эффективность и по-прежнему не так эффективно, поскольку не подсоединяется к трубке Вентури. Поскольку низкое давление создается только при 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 имеют отдельный вакуумный насос («эксгаустер»), который обеспечивает постоянное разрежение при любых 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 регулирования количества воздуха, поступающего в двигатель. Как и в дизельном двигателе, в этих двигателях практически отсутствует вакуум в коллекторе, и для питания усилителя тормозов необходимо использовать другой источник.
Ссылки [ править ]
- ^ autovac.co.uk
См. Также [ править ]
- Клапан задержки вакуума
