Что нужно знать про впускные системы и их эффективность | Новости и статьи

Новости и статьи RTC Distribution

Что нужно знать про впускные системы и их эффективность

Участились вопросы клиентов о впускных системах, фильтрах пониженного сопротивления, холодном впуске, эффективности всего этого и т.п. Давайте разбираться. Хорошая статья на эту тему была опубликована компанией Neuspeed (сейчас, к сожалению, статья не доступна). Ей и воспользуемся как источником. Имперские меры пусть вас не смущают, т.к. суть информации не меняется.

Распространено мнение что лучший вариант – это так называемый холодный впуск (англ., Cold Air Intake или CAI), а короткий RAM впуск (англ., Short Ram Intake) является или бесполезным или даже вредным, поскольку он всасывает горячий воздух из подкапотного пространства, а там температура в среднем на 25 градусов выше, и тем самым не то что увеличивает производительность двигателя, а наоборот, заставляет его терять мощность.

Разберёмся в понятиях.

Понятие Short Ram Intake обычно относится к открытому фильтру цилиндрической или конической формы, установленному непосредственно перед МАФом (например с помощью короткого патрубка). В некоторых видах Short Ram систем фильтр отделён теплозащитным экраном, чтобы уменьшить влияние тепла, идущего от двигателя. Под Cold Air Intake обычно понимается сиcтема впуска с фильтром помещённым теплозащитный короб, который защищает фильтра со всех сторон, либо фильтр закреплённый на длинном патрубке идущем в переднее крыло ближе к бамперу.

Вы, наверное, читали это раньше в интернете или слышали от знающих людей: «... холодный воздух - более плотный воздух, а это означает больше лошадиных сил». Скорее всего вы слышали это достаточно много раз, чтобы поверить что это правда, верно? Но! Вполне возможно получить больше мощности и с помощью открытого фильтра. Забор воздуха, который теплее воздуха с улицы, автоматически не означает потерю лошадиных сил!

Как это может быть.

Уравнение для плотности газов (а воздух – газ):


Плотность = Масса / Объем


Для увеличения плотности воздуха, мы можем увеличивать массу или уменьшать объем. Чтобы увеличить массу поступающего воздуха, мы можем увеличить давление или снизить температуру. Чтобы уменьшить объем, мы можем увеличить давление или снизить температуру. Таким образом, давление воздуха и температура являются двумя переменными, с которыми нам приходится работать. Все говорят о температуре, но мало кто обращает внимание на давление. Давление и температура одинаково важны!

Давление, температура и SAE J1349.

The Society of Automotive Engineers (SAE) разработали стандарт для испытаний, который помогает стандартизировать измерение мощности двигателя, чтобы переменные показатели атмосферного давления, высоты над уровнем моря и температуры воздуха на впуске не влияли на конечные результаты испытаний. Процедура испытаний SAE J1349 включает в себя поправочный коэффициент на мощность двигателя, так что, например, диаграммы, полученные на высоте 1 км при температуре +4 градуса Цельсия, можно сравнить с диаграммами, снятыми на уровне моря при температуре +25 градусов.

Этот поправочный коэффициент используется для двигателей без наддува. С наддувом разберёмся в будущей статье. После того, как поправочный коэффициент определен, его можно применить к фактическим показаниям динамометрического стенда, тем самым мы получаем данные для стандартного теста (по SAE) проводимого на уровне моря при температуре +25 градусов Цельсия (+77 по Фаренгейту), при влажности 1%.

Поправочный коэффициент SAE может быть аппроксимирован с использованием уравнения:


CF = 1.18 * (29,235 / Bdo) * ((кв. корень (To + 460) / 537) - 0,153)

где CF = поправочный коэффициент, Bdo = сухое атмосферное атмосферное давление в дюймах ртутного столба (д. рт. ст.) и To = температура воздуха на впуске в градусах Фаренгейта.


Проверим это уравнение с гипотетическим двигателем мощностью 100 л.с.

Тест 1: Базовый тест
Мы тестируем этот двигатель при температуре 77 Ф, на уровне моря. Итак, мы устанавливаем Bdo = 29,235 д. рт. ст. и To = 77 Ф. Когда мы решаем уравнение – поправочный коэффициент равен 1. Это означает, что в соответствии с SAE, наши динамометрические показания не требуют поправочного коэффициента для температуры или барометрического давления. Это настоящие 100 л.с.

Тест 2: температура = 87 Ф, давление = 29,235 д. рт. ст.
Что происходит, когда температура поднимается на 10 градусов, а давление остается постоянным? Имея To = 87 и 29,235 для Bdo, мы можем рассчитать значение CF. CF = 1,0104. Итого получаем:
100 л.с. / 1,0104 = 98,97 л.с.
Таким образом, согласно поправочному коэффициенту SAE, увеличение температуры на 10 градусов должно привести к потере 1,03% от номинальной мощности или 1 л.с. на нашем двигателе.

Тест 3: температура = 77 Ф, давление = 28,235 д. рт. ст.
Что происходит, когда давление падает на 1 д. рт. ст., но температура остается постоянной? Подставляя 77 для To и 28,235 для Bdo, мы вычисляем CF и находим его равным 1,042.
100 л.с. / 1,042 = 95,96 л.с.
Таким образом, согласно поправочному коэффициенту SAE, падение давления воздуха на 1 д. рт. ст. должно привести к потере 4,04% от номинальной мощности или 4 л.с. на нашем двигателе.

Падение давления воздуха на 1 д. рт. ст. примерно соответствует подъему на высоту около 1000 футов (30,48 метра). Продолжим эксперимент и поднимем наш автомобиль на башню высотой, например, 1353 фута (412,4 метра). Таким образом, если мы поместим наш автомобиль в грузовой лифт и поднимем его на крышу, то поправочный коэффициент SAE будет равен приблизительно 1,060. Мы потеряли почти 6 л.с., просто поднявшись с первого этажа на уровень крыши!

Что все это значит?

При проектировании системы впуска нужно учитывать, какая потеря давления вызвана стандартной системой впуска. Например, атмосферное давление на уровне моря может составлять 29,235 д. рт. ст., но давление воздуха падает, когда воздух поступает в заводской впуск и проходит через фильтр. Таким образом давление за элементом воздушного фильтра (ближе к двигателю) будет меньше 29,235. Откуда нам это знать? Существует еще один тест SAE J726, который используется для расчета эффективности воздушных фильтров. Одной из переменных, измеренных в этом тесте, является падение давления воздуха, вызванное заводским воздушным коробом и фильтрующим элементом. Это называется падение давления или перепад давления.

Во время теста SAE J726 стандартная система впуска может вызвать Delta P где-нибудь от 15-20 фунтов на квадратный дюйм! Замена материала фильтрующего элемента может привести к разнице в 1-5 фунтов на квадратный дюйм? Хотите проверить это в реальной жизни? Возьмите безнаддувный автомобиль и проведите два динамометрических теста: один тест с установленным впуском, другой с полностью удалённым. Имеем ли мы прирост мощности на более высоких оборотах без впуска? Да, мы получили некоторый прирост л.с., но температура воздуха на впуске осталась прежней или даже повысилась. Так что падение давления вызвано ограничениями в заводском впуске.

Тем не менее, во время проведения испытаний SAE J726 можно обнаружить, что самое низкое падение давления наблюдается при использовании промасленного хлопкового фильтрующего материала (как у K&N, например). Синтетические сухие фильтры низкого сопротивления показывают чуть худший результат. Фильтры из синтетической пены имеют самое высокое значение Delta P из-за смазочного полимера, которым они обычно пропитаны. Таким образом, другим фактором снижения Delta P является выбор элемента воздушного фильтра, который хорошо пропускает воздух практически без сопротивления (с наиболее низким сопротивлением другими словами), но все еще удерживает пыль.

Таким образом, вполне возможно получить прирост мощности, просто перейдя на короткий RAM впуск (Short Ram Intake). Сокращение Delta P само по себе является улучшением. Конечно, если можно снизить температуру воздуха на впуске и уменьшить Delta P, то мы получим лучшее из обоих миров. Но, учитывая выбор между ними, Delta P важнее для большинства автомобилей.

Имейте в виду, что системы холодного впуска, которые помещают воздушный фильтр вниз в переднее крыло, не должны использоваться во влажных, дождливых условиях, особенно в местах, где наблюдается чрезмерное затопление или пятна стоячей воды. Если вы часто эксплуатируете свой автомобиль в этих условиях, мы рекомендуем вместо этого использовать что-то другое, чтобы избежать попадания воды в двигатель. Попадание воды - очень серьезная проблема, которая может привести к серьезным повреждениям двигателя.