Система забора воздуха автомобиля – принцип работы и особенности схемы

Система забора воздуха автомобиля – принцип работы и особенности схемы

Двигатель внутреннего сгорания, независимо от места внедрения и применения, для обеспечения работы требует две главных составляющих — кислорода и топлива. Однако простым заполнением кислородом и топливом какой-то ёмкости двигатель не создать. Как минимум нужна система забора воздуха и подачи топлива, дополненная трубопроводами и клапанам. Схема, переправляющая рабочую смесь в цилиндры, где последняя сжимается поршнями и воспламеняется.

Система забора воздуха как важная часть мотора

Конечно же, система забора воздуха во многом определяет качество работы мотора любой машины, учитывая обеспечение производительной рабочей смесью каждого отдельного цилиндра.

Вместе с тем, это не единственная функция системы. Если виртуально проследить молекулы кислорода, проходящие весь технологический путь схемы, появляется возможность определить наилучший момент эффективности работы мотора.

Заборное воздушное окно в конструкции автомобиля обычно расположено за пределами моторного отсека, а зоной установки заборного окна традиционно являются:

  • крыло,
  • решетка над передним бампером,
  • область капота.

Входное устройство, коим оснащается система забора воздуха, по сути, начальная точка следования потока (первичный поток) до момента смеси с топливом. Это единственный путь связи воздушного канала с мотором.

Первичный поток обладает низкой температурой и высокой степенью плотности. Следовательно, первичный поток богат кислородом, что способствует лучшему сгоранию топливной смеси. Достигается оптимальный параметр мощности, отмечается высокая эффективность мотора машины.

Система забора воздуха и воздушный фильтр

Однако первичный поток необходимо пропускать сквозь фильтр. Очевидный момент – очистка от содержания различных загрязнений. Чистый «воздух» для автомобиля фактически видится смесью газов: кислорода (21%), азота (78%), других газов (1%).

Система забора воздуха и воздушный фильтр мотора автомобиля
Фильтрация забираемого извне воздушного потока имеет высокую значимость для качественного функционирования мотора машины

Территориальные условия эксплуатации машины и климатические сезоны, во многом определяют содержание загрязняющих веществ:

  • мелкой и крупной пыли,
  • грязевых отложений,
  • различных природных компонентов и т.д.

Какие-то загрязнители обладают абразивным эффектом, что вызывает чрезмерный износ деталей машинного мотора, какие-то серьёзно засоряют топливную систему.

Сеточный первичный фильтр не пропускает крупные частицы. Устройством тонкой очистки фильтруются более мелкие частицы. Воздушным фильтром тонкой очистки обеспечивается задержка 80%  — 90% частиц размерностью не больше 5 мкм. Ещё более тонкими устройствами фильтруется 90% — 95% частиц размерностью не больше 1 мкм.

Что такое измеритель массового расхода воздуха?

Количество топлива под впрыск для создания топливной смеси в любой момент регулирует блок управления мотором (ECM — Engine Control Module). Этим модулем определяется, какой объём воздуха обеспечивает система забора.

Также в конструкциях автомобилей применяется расходомер воздуха (MAF — Mass Air Flow). Плюс достаточно часто производители внедряют сенсор абсолютного давления на коллекторе (MAP — Manifold Absolute Pressure).

Система забора воздуха - регуляторы и датчики
Регуляторы и датчики мотора современного автомобиля: 1 — датчик позиции дроссельной заслонки; 2 — датчик контроля холостого хода; 3 — расходомер; 4 — датчик температуры

Вместе с тем, в некоторых конструкциях двигателей (например, с турбонаддувом) допускается применение одновременно двух типов датчиков.

Моторы автомобилей, оборудованные расходомерами типа MAF, получают воздух, проходящий через экран с лопатками – своего рода «выпрямитель». Какая-то доля воздуха проходит через MAF, где функционирует  устройство измерения на основе горячего провода или плёнки.

Нагретые резистивные элементы (провод или плёнка) пропускают малый ток. Однако по мере охлаждения потоком воздуха резистивного элемента, ток возрастает. Контроллер состояния двигателя (ECU — Engine Condition Monitoring) фиксирует разницу и вычисляет результирующий текущий расход, что является важным для организации впрыска топлива.

Многие разработки систем забора воздуха дополняются датчиком температуры (IAT — Intake Air Temp), смонтированным обычно рядом с MAF.

Система забора воздуха + питающий патрубок

После процесса измерения воздушный поток поступает через воздухозаборный питающий патрубок к модулю дроссельной заслонки. Попутно возможно прохождение резонаторных камер с целью поглощения и гашения колебаний потока.

Резонаторными камерами поток воздуха «сглаживается» выравнивается до поступления в модуль дроссельной заслонки.

Система забора воздуха в автомобиле - питающий патрубок
Конструктивное исполнение питающих воздушных патрубков может отличаться, учитывая обширный модельный ряд легковых и грузовых машин

На пути после прохождения датчика абсолютного давления утечки в системе забора воздуха недопустимы, так как это приведёт к нарушению соотношения «воздух-топливо». Утечки сопровождаются состоянием, когда контроллер фиксирует неисправность мотора.

Соответственно, выводится код неисправности (DTC — Diagnostic Trouble Codes) в случае диагностики, а на панели водителя загорается контрольная лампа проверки двигателя (CEL — Check Engine Light). В худшем случае, мотор машины попросту не запустится или будет работать с частыми перебоями.

Особенности прохождения через турбокомпрессор и теплообменник

Конструкциям автомобилей, оснащенных турбонагнетателем, присуще последующее прохождение воздуха через турбокомпрессор. Выхлопными газами вращается турбина и крыльчатка компрессора.

Поступающий воздушный поток сжимается, увеличивается плотность воздуха, соответственно, содержание кислорода. Большее количество кислорода при сжигании топлива даёт существенное увеличение мощности даже для двигателей малых рабочих объёмов.

Учитывая, что процессом сжатия увеличивается температура всасываемого воздуха, в дальнейшем поток пропускается через промежуточный охладитель (теплообменник). Этим процессом:

  • снижают температуру,
  • уменьшают вероятность возникновения жужжащего звука,
  • исключают детонации,
  • предотвращают преждевременное зажигание.

Дроссель и желаемая скорость движения машины

Модуль дроссельной заслонки соединён электронным способом или механически с педалью акселератора. Также допускается связь с устройством круиз-контроля, если таковое применяется в составе конструкции машины.

Система забора воздуха двигателя внутреннего сгорания + дроссель
Пример исполнения дроссельной заслонки, управляемой посредством тросовой кабельной тяги. Многие современные конструкции имеют электронное управление

Когда водитель автомобиля нажимает педаль акселератора, дроссельная заслонка открывается. Объёмы воздуха, подаваемые внутрь цилиндров двигателя, увеличиваются. Этот момент приводит к усилению мощности мотора и росту скорости вращения коленчатого вала.

При включенном модуле круиз-контроля отдельный электрический сигнал используется для управления дроссельной заслонкой, благодаря чему поддерживается желаемая скорость движения машины.

Если же имеет место холостой ход, например, в момент остановки автомобиля перед светофором, небольшой объём воздуха необходимо подавать двигателю, чтобы мотор не заглох. Новые модели автомобилей, где внедрено электронное управление частотой вращения двигателя на холостом ходу, регулируют дроссель временной настройкой.

Большинством конструкций других стандартных автомобилей, отдельный клапан регулировки холостого хода управляет подачей воздуха в режиме холостого хода двигателя. Клапан может встраиваться в модуль дроссельной заслонки или соединяться с впускным патрубком через трубку меньшего размера.

Впускной коллектор и фактор усиления мощности

После прохождения дроссельной заслонки воздух попадает в полости впускного коллектора. Деталь мотора — коллектор впускной, представляет серию патрубков, по которым воздушный поток направляется к впускным клапанам цилиндров.

Система забора воздуха машины + демонтаж впускного коллектора
На картинке заснят процесс демонтажа впускного коллектора двигателя легкового автомобиля модели «M52» — продукта известной  немецкой фирмы «BMW»

Впускные коллекторы простой конфигурации обеспечивают транспорт всасываемого воздуха по кратчайшему пути. Вместе с тем, на практике применяются усложнённые версии коллекторов, конструктивно удлиняющих путь прохождения.

Иногда используются даже несколько путей, исходя из числа оборотов вала и нагрузочных способностей. Такой способ управления воздушным потоком способствует повышению мощности или эффективности, исходя из потребностей.

Роль впускных клапанов в создании топливной смеси

Наконец, непосредственно перед  закачкой внутрь  цилиндров мотора, воздушный поток регулируется посредством впускной клапанной группы. Такт впуска (положение 10° — 20° до верхней мёртвой точки поршня), сопровождается открыванием впускной группы клапанов.

Поршни мотора втягивают воздух внутрь цилиндров. За несколько градусов от положения нижней мёртвой точки впускные клапана закрываются. Соответственно, поршни начинают сжимать образованную топливную смесь, возвращаясь в положение ВМТ.

Таким образом, система забора воздуха — это сложное устройство, взаимодействующее с модулем дроссельной заслонки. По причинам ограничения пределов возможностей впускных клапанов для конкретных моторов автомобилей, движение заборного воздуха требует различных путей.

Иначе появляются ограничения на подачу в цилиндры чистой, точно соизмеримой топливной смеси. В общем, знакомство с функциональностью системы забора воздуха помогает облегчить диагностику и ремонт автомобилей разных конструкций.