Вихревые заслонки: принцип работы, проблемы и способы их устранения
Система вихревых заслонок впускного коллектора (Swirl flaps/VSA) служит для улучшения топливовоздушной смеси за счет лучшего и однородного смешивания. Задача системы — оптимизация работы ДВС в диапазонах низких и средних оборотов: улучшение тяги, более экономичный расход топлива.
Вихревые заслонки (другое название — клапаны) устанавливают как на дизельные, так и на бензиновые автомобили, основные марки-популяризаторы — Audi, BMW, Mercedes, Volkswagen, Ford.
Принцип работы
При наличии системы во впускном коллекторе подача воздуха разделена на 2 канала: один канал с установленной заслонкой, другой без заслонки, и свободно продувается. Система разработана таким образом, что при работе на частичной нагрузке (менее 3000 оборотов для дизельных автомобилей и менее 2700 для бензиновых), заслонка за счет длины и геометрии впускного тракта создает завихрение и улучшает топливную смесь. При полной нагрузке заслонка открывается полностью для подачи большего объема воздуха. За работу заслонок отвечает датчик положения, который регулирует степень открытия.
Слева — работа вихревых заслонок при частичной нагрузке, справа — при полной
Частые проблемы, связанные с заслонками
Главная причина проблем с вихревыми заслонками — плохое качество топлива. Из-за этого на лопатке копится нагар, что в дальнейшем приводит к заеданию и износу. Средний ресурс работы системы — 100 тыс. км.
Нагар и сажа на вихревых заслонках BMW 5 Series (E39) 3.0
Наиболее опасный случай — разрушение узла, когда отломавшиеся части заслонки, проходя дальше по воздушному каналу, повреждают клапаны, поршни и цилиндры мотора.
Другие распространенные неисправности — выход из строя датчика положения заслонок, отказ моторчика привода, слетевшая тяга.
Симптомы возможных неполадок системы вихревых заслонок:
• появление стука, дребезжания,
• потеря мощности,
• увеличение расхода топлива,
• повышение дымности.
Если же нагар полностью заблокировал заслонку в одном положении, ЭБУ отправит сигнал об ошибке — Check Engine.
Партнер АДАКТ рассказывает про проблемы с вихревыми заслонками на VW Touareg:
Варианты устранения неисправностей системы
1️⃣ Отключение вихревых заслонок/
Отключение выполняется путем перепрограммирования ЭБУ двигателя. При таком подходе отключается контроль датчика системы, а сами лопатки фиксируется в открытом положении. Физически удалять вихревые заслонки необязательно, однако многие водители заказывают данную услугу, чтобы полностью исключить вероятность разрушения и связанные с этим дальнейшие проблемы. Также можно дополнительно установить заглушки.
Заглушки во всей красе
При отключении системы будет небольшое падение тяги на низких оборотах. Его можно компенсировать за счет мощностного программного тюнинга мотора (чип-тюнинг). Собственно, прошивая ЭБУ для отключения заслонок, обычно сразу записывают программу, улучшающую динамику.
Отключение/удаление вихревых заслонок — наиболее бюджетный и популярный способ решения проблемы неисправной системы.
2️⃣ Ремонт и чистка вихревых заслонок.
Ремонт, как правило, сводится к замене неисправных или некачественных элементов системы: мест крепления, прокладок и тяги, привода и датчика положения. Например, частыми причинами стука вихревых заслонок является поломка/деформация рычага привода или разрушение мест крепления.
Замена — достаточно дорогостоящее решение, не столько из-за цен на запчасти, сколько из-за стоимости сервисных работ. Плюс в случае разрушения заслонки в прайс ремонта добавятся работы по устранению нанесенного мотору ущерба. Мы рекомендуем делать замену раньше заявленного срока службы, особенно если заливаете топливо не лучшего качества.
В некоторых случаях после замены элементов или системы целиком необходимо проводить адаптацию вихревых заслонок.
Чистку заслонок выполняют, сразу промывая весь впускной коллектор, включая клапан ЕГР и дроссельную заслонку, иначе это делать просто бессмысленно. Собственно, во многом в появлении нагара виновата как раз работающая система ЕГР. Поэтому очистку придется делать регулярно (желательно через каждые 20–30 тыс. км).
Обращайтесь к нашим региональным партнерам на диагностику системы. Специалисты установят причину проблем и проконсультируют, как быть дальше: удалять вихревые заслонки или заменить неисправные элементы.
Вихревые заслонки что это такое
Вихревые заслонки (Inlet manifold swirl flaps)
Теория
Для того чтобы разобраться для чего нужны вихревые заслонки надо понять на какие характеристики двигателя они влияют
Основная характеристика двигателя — это его крутящий момент, который позволяет автомобилю преодолевать различные силы, противодействующие движению автомобиля и вызванные в основном: инерцией, лобовым сопротивлением, трением качения и т.п.
Если посмотреть графики замеров с мощностных стендов, то для каждого двигателя мы увидим изменяющийся крутящий момент, пики которого приходятся на определенный диапазон оборотов коленчатого вала. К примеру, для большинства бензиновых атмосферных моторов этот диапазон будет лежать в районе 3000-4500 об/мин. Если бы было возможно расширить этот диапазон и выровнять его, то мы бы не знали горя при обгонах, подъёмах и трогании с места
На величину крутящего момента можно повлиять несколькими способами:
-увеличить рабочий объём двигателя
-увеличить размер шатунов
-улучшить качество приготовления топливной смеси и улучшить процесс горения с целью полного сжигания топлива
В данном случае мы не будем рассматривать физически доработки двигателя
Что такое вихревые заслонки
Для бензиновых и дизельных моторов существуют разные инженерные решения, но преследующие одну и ту же цель — улучшить качество топливной смеси, чтобы топливо сгорало как можно в большем объёме из того, что впрыскивается в цилиндры
Для малых оборотов двигателя (бензиновые двигатели в диапазоне до 3000 об/мин, дизельные — до 2300-2700 об/мин) наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью и, соответственно, сгорание топлива происходит не оптимальным образом. Чтобы улучшить топливную смесь инженеры разработали такую систему как заслонки впускных каналов, которая либо за счёт изменения длины и геометрии впускного тракта, либо сталкивания воздушных потоков позволяет создавать вихревые потоки воздуха и тем самым улучшать топливную смесь.
На больших диапазонах оборотов (бензиновые — свыше 3000 и дизельные свыше 2700 об/мин) требуется максимальное сечение впуска для прохождения большего объёма воздуха и максимально простое движение потока
Вихревые заслонки на дизельном двигателе
Рассмотрим пример дизельного мотора 3.0 TDI концерна Volkswagen, устанавливаемые на линейку моделей Audi, VW и Porsche
V-образная компоновка 6-ти цилиндрового мотора подразумевает 2 впускных коллектора (ниже на фото под номером 1) на каждые 3 «горшка» каждого из рядов. В отличии от двигателей OM642 от мерседес, инженеры VAG выбрали схему с двумя электромеханическими бесступенчатыми моторчиками (номер 3 на фото) для управления залонками (на фото номер 2) коллекторов
Согласно математической модели электронных блоков управления двигателем EDC16 и EDC17, для обеспечения приготовления топливной смеси близкой к идеальной вихревые заслонки имеют 3 режима:
1. полностью закрытое состояние. Обеспечивается на режимах холостого хода и до достижения показания ДПКВ вплоть до 1250 об/мин
2. бесступенчатое открытие в диапазоне от 1250-2750 об/мин
3. полностью открытое положение. Режимы работы: пуск двигателя, аварийные режимы двигателя (с ограниченной мощностью) и после 2750 об/мин
Работая в связке с спиралевидным и тангециальными впускными каналами, вихревые заслонки обеспечивают оптимальное смесеобразование
Моторчики управляют заслонками с помощью шатунного толкателя. Положение вихревых заслонок контролируется интегрированным датчиком
Проблемы и их решения
Среди самых распространенных проблемам в работе этой системы можно отметить следующие:
-датчик(и) положения заслонок выдают некорректные данные. (самые частое -слетают тяги или в процессе эксплуатации образуется большой нарост на самих заслонках). На фото ниже показана заслонка с большим количеством нагара на примере 3х литрового дизельного мотора от BMW
-заслонки из-за большого нагара обламываются и падают в коллектор (занавес, переборка двигателя)
Как всегда есть простое и дешевое решение, а есть дорогой ремонт:
-восстановление системы. Для 100% гарантии необходимо менять впускной коллектор с грязными и изношенными вихрями
-отключение системы. Для этого в программе отключается диагностика и снимается управление с этой системы. При этом заслонки навсегда замирают. Для различных типов двигателей либо в закрытом, либо в открытом положении.
Наша компания предупреждает, что в любом случае при отключении данной системы топливная смесь готовится не оптимальным образом, что приводит к некоторой потери крутящего момента на малых оборотах. Конечно, данная потеря не ведёт к существенным изменениям и не ощущается большинством клиентов. Но такой эффект имеет место быть.
Эту потерю можно с лихвой компенсировать с помощью программного увеличения мощности — чип-тюнингом, поэтому мы рекомендуем воспользоваться этой услугой совместно с отключением вихрей
Больше воздуха без наддува: что такое изменяемая геометрия впуска и зачем она нужна
Наверняка все слышали про изменяемую геометрию впускного коллектора и даже встречали аббревиатуры вроде IMRC, DIVA, DSI, VIS или чего-то похожего. Что всё это такое, зачем это надо, чем отличается и как работает? Сегодня попробуем изложить теорию изменяемой геометрии впуска простыми словами.
Хорошо, но не очень
Любой уважающий себя автомобилист знает, что на такте впуска в цилиндр попадает воздух. Пока поршень движется вниз, к нижней мёртвой точке, впускные клапаны (или клапан) открыты, и воздух всасывается внутрь. И этот процесс идёт просто прекрасно, пока клапан открыт. А что происходит, когда он закрывается? В этот момент воздух внезапно останавливается перед «закрытой дверью», ударяется об неё и идёт обратно во впуск. Звучит, может быть, на первый взгляд странно, но это так: воздух тоже имеет массу (кубометр воздуха весит больше килограмма, между прочим), а значит, он знаком с понятием инерции. Итак, он возвращается во впускной коллектор, а там он натыкается на дроссельную заслонку. И от нечего делать идёт опять к клапану. И оно бы ничего, если бы клапан в этот момент оказался открытым: в этом случае в цилиндр попало бы больше воздуха, а значит, при желании можно было бы впрыснуть и больше топлива. И, само собой, получить больше мощности. Именно к такому событию и стремятся конструкторы, рассчитывая сечение и длину впускного коллектора. А явление, при котором газы по инерции попадают в цилиндр в увеличивающемся количестве, называется резонансным или газодинамическим наддувом. Разумеется, оно свойственно только атмосферным моторам – в турбированных моторах необходимое количество воздуха можно нагнать этой самой турбиной. А единственный возможный наддув в атмосферном моторе – вот этот вот резонансный.
Понятно, что больше всего хочется избежать наименее благоприятного варианта развития событий: открыть впускной клапан в тот момент, когда воздух, только что ударившись о закрытый клапан, бежит от него обратно к дроссельной заслонке. В этом случае воздуха получится совсем мало, а это приведёт к очень плохому сгоранию топлива: без окислителя (кислорода в воздухе) никакого толкового сгорания не получится. Именно поэтому расчёт коллектора – работа сложная. И, к сожалению, связанная с поиском компромисса.
В атмосферном моторе воздух поступает в цилиндр приблизительно на 75-80% от объёма цилиндра. Конечно же, это не совсем плохо, но и не максимально эффективно. И чтобы сделать это наполнение более качественным, пришла мысль использовать резонансный наддув. Но сделать это не так просто: частота этого резонанса напрямую зависит от оборотов коленвала. А кроме этого, есть ещё два важных параметра: масса резонирующего воздуха и скорость его потока. И их желательно менять, потому что наполнение цилиндров при разных оборотах должно иметь немного разную физику.
Если не углубляться в дебри газовой динамики, то суть можно объяснить довольно просто: при низких оборотах скорость движения воздушного потока будет не слишком высокой, что в сочетании с реже открывающимся клапаном приведёт к нежелательным последствиям. А если при этом канал будет ещё и широким, то турбулентность воздушного потока будет слабой, что приведёт к не очень качественному перемешиванию воздуха и топлива. Сгорание такой топливовоздушной смеси будет недостаточно равномерным, а значит, неэффективным. Поэтому лучше, если на низких оборотах длина коллектора будет больше, а сечение его канала – меньше.
На высоких оборотах длинный и узкий канал наоборот нежелателен: слишком сильно вырастают насосные потери, а потенциальное количество воздуха, которое могло бы попасть в цилиндр, снижается. Поэтому в этой ситуации лучше иметь более короткий коллектор, но с большим сечением.
Раньше пытались прийти к компромиссу, сделав такой коллектор, который бы более-менее справлялся с воздушным потоком и на низких, и на высоких оборотах. В итоге воздух на каких-то оборотах поступал лучше, на каких-то похуже, и постоянное желание делать моторы мощнее и экологичнее заставили искать способы оптимизации и впускного коллектора. А способ тут один: менять его геометрию, делая его то длиннее, то короче, то уже, то шире. Так появились разные системы изменяемой геометрии впуска.
И так, и эдак
Первая система позволяет изменить длину впускного коллектора в зависимости от оборотов. Часто её так и на называют – переменная длина впуска. Принцип работы у неё довольно простой: в коллекторе предусмотрены два канала разной длины. В нём же стоит заслонка, которая может переключать поток воздуха либо на длинный канал, либо на короткий. Понятно, что тут тоже есть некоторое допущение: вместо плавного изменения длины впуска предусмотрены лишь два положения его длины. Да, решение опять попахивает компромиссом, но это всё же лучше, чем ничего, а делать систему, которая меняла бы длину коллектора непрерывно в зависимости от оборотов, было бы очень дорого. Теоретически такие системы существуют, но в жизни встречаются очень редко.
Остаётся вопрос: кто и как всем этим управляет? В наиболее примитивных системах – конечно же, разрежение в коллекторе, которое падает с ростом оборотов. В этом случае обходятся простым приводом, меняющим положение под действием мембраны. Этот механизм не слишком точный и почти не поддающийся диагностике, поэтому более популярен другой принцип – электропривод, управляемый ЭБУ. Он и работает точнее, и в случае чего способен зажечь Check Engine и напроситься на компьютерную диагностику.
Изменение сечения впускного канала работает практически по тому же принципу: либо есть заслонка, которая стоит в канале и меняет его сечение, либо, если каналов два, то она может перекрывать один из них. Управление этими заслонками такое же, как и управление заслонками переменной длины – вакуумом или электроприводом.
Справедливости ради надо добавить, что переключениями между каналами не всегда заведует заслонка в прямом смысле слова (нечто, похожее на пластинку, которое вращается на оси). Реализация может быть разной, и, например, в опелевских моторах Z18XER этим процессом заведует так называемый «барабан» (который на барабан, если честно, внешне совсем не похож), стоящий внутри коллектора. Он имеет окна и способность крутиться вокруг своей оси. В зависимости от угла поворота барабана, его окна могут быть частично перекрыты глухой стенкой, а могут быть открыты, что и меняет скорость и объём потока воздуха. Да, Опель когда-то умел порадовать нестандартным подходом к стандартным вещам.
Почему я вспомнил про Опель? Потому что многие производители стараются добавить своими системам изменения геометрии впуска уникальности, но технически это выглядит не очень интересно – они все похожи. Поэтому в ход идёт маркетинг и изобретение новых название. Отсюда и получается некоторая каша букв, в которой легко запутаться. Например, система изменения сечения у Форда могла называться IMRC (Intake Manifold Runner Control) или CMCV (Charge Motion Control Valve), а его же система изменения длины впуска называется DSI (Dual-Stage Intake). У BMW эта система называются DIVA (Differential Variable Air Intake) и так далее – различных аббревиатур много, но суть у них одна. Точнее, две – изменение длины или сечения. Впрочем, встречаются и такие системы, которые меняют и то, и другое одновременно.
Что может пойти не так?
Слабое место изменяемой геометрии – это как раз заслонки. Вращаясь на оси, они изнашиваются и со временем начинают люфтить. Появляется характерный стук (или даже треск) в районе впускного коллектора. Если смотреть на это неприятное явление сквозь пальцы, заслонка в один прекрасный момент может развалиться, после чего её куски полетят прямиком в цилиндр. И это будет очень грустно.
Кроме того, заслонки со временем могут зарастать сажей. Мы же помним про прекрасную систему рециркуляции, которая способна отправлять во впуск часть отработавших газов? Она же отправляет туда и частички сажи. Если сажи будет много, заслонки ею зарастают и перестают работать должным образом. Тут поможет промывка, для чего, к сожалению, впуск придётся разобрать.
Другие симптомы, указывающие на неисправность изменяемой геометрии впуска, не способны однозначно указать именно не неё. Будет заметен рост расхода топлива, в некоторых режимах снизится мощность. Но тут уже не обойтись без диагностики – причин для подобного безобразия множество, и геометрия впуска стоит чуть ли не на последнем месте. Ну а с треском заслонок лучше не ездить – последствия попадания их обломков для мотора почти фатальны. Чаще во впуск улетают вихревые заслонки, но всё же непонятный стук и треск в коллекторе должны сразу насторожить.
О вихревых заслонках
Уважаемый посетитель! Мы физически не можем отвечать на каждый комментарий..
Для того, чтобы Вы могли самостоятельно (или с помощью ближайшего автосервиса) устранить неисправности дизеля, мы разработали ОнлайнДиагностику. Это интерактивное руководство, которое содержит все известные причины неисправностей дизельных двигателей и указывает пути достижения правильной работы конкретного двигателя.
Приглашаем вас воспользоваться ОнлайнДиагностикой прямо сейчас!
Оставить комментарий:
Машина уходит в аварийный режим.Выбивает ошибку: слишком низкое давление нагнетаемого воздуха. Под пластиковой проставкой впускного коллектора — масляные подтёки. При снял-поставил установлено — повреждены пластиковые перегородки. ОМ-646 2006г.в. (315-й) мотор 2.2
С кем я могу ДЕТАЛЬНО пообщаться на эту тему ?
Есть ли возможность.
Как известно, сердце машины — это мотор. И именно этому узлу в автомобиле уделяется наибольшее внимание. Характеристики двигателя являются едва ли не самыми важными! И улучшать эти характеристики помогают вихревые заслонки. Все просто: заслонка устанавливается на впускной коллектор, где заслонка создает вихревое движение воздуха по вертикальной оси цилиндра. Это нужно для улучшения перемешивания воздушно-топливной смеси. За счет хорошего перемешивания и как следствие лучшего сгорания смеси, мы получаем снижения расхода топлива и уменьшения токсичных выхлопных газов.
Таким образом, вихревые заслонки служат для оптимального наполнения воздухом камеры сгорания двигателя, то есть на низких оборотах двигателя, когда заслонка закрыта в камере сгорания будут образовываться сильные воздушные завихрения, а при высоких оборотах заслонка открывается, и камера сгорания максимально наполняется воздухом. Как правило, на каждый цилиндр приходится по два впускных коллектора. Заслонки устанавливаются на каждый из них, причем они связаны друг с другом тягами и управляются электронным блоком.
Все это было бы замечательно, если бы не частые поломки этой системы. Вихревые заслонки устанавливаются как на дизельных, так и на бензиновых двигателях. Но симптомы и последствия поломок на разных двигателях разные. На дизельных двигателях последствия неисправной вихревой заслонки могут быть фатальными, так как в процессе работы идет естественный износ заслонки, то сначала, появляется люфт. Далее, из-за люфта и загрязнения, вихревые заслонки начинают клинить и в результате так и остаются в закрытом положении. Понятно, что это приводит к потере мощности двигателя, так как камера сгорания не будет наполняться нужным объемом воздуха. Это особенно будет заметно на высоких оборотах. Но это не самое страшное. В связи с сильным износом может полностью разрушиться крепление вихревой заслонки, из-за этого вихревая заслонка может попасть в камеру сгорания двигателя, а это уже фатально.
На бензиновых двигателях такой опасности нет, потому что вихревая заслонка крепится иначе, на металлический стержень, проходящий через корпус. Тем не менее, возможно возникновения люфта и сильного загрязнения, а сами заслонки начинают дребезжать.
Вот и получается, что при обнаружении неисправности вихревых заслонок их легче удалить, чем покупать безумно дорогие детали. Чаще всего удаление заслонок проводят на двигателях, где их неисправность может привести к поломке двигателя. Естественно удаление заслонок нужно проводить с перепрошивкой программного обеспечения блока управления двигателя! И лучше всего это делать у официалов, у них как правило есть все необходимое электронное оборудование.
После удаления заслонок, владельцы авто как правило не замечают каких либо изменений в работе автомобиля. Зато, благодаря таким действиям можно еще очень на долго отложить капитальный ремонт двигателя.