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1、摘要随着当今世界科技的迅猛发展，汽车领域发展也日新月异，许多新技术、新科技被大量运 用在了汽车上。这些技术不断被更新，并趋于日臻完善！其中发动机进气系统部分新就显得尤 为重要！进气系统包含了空气滤清器、进气歧管、进气门机构。空气经空气滤清器过滤掉杂质后， 流过空气流量计，经由进气道进入进气歧管，与喷油嘴喷出的汽油混合后形成市适当比例的油 气，由进气门送入汽缸内点火燃烧，产生动力。本论文着重从发动机的进气系统进行了分析， 提出了一些建议和实际过程中已经解决的问题。关键词 ： 可变进气系统 可变配气相位 涡轮增压 机械增压及故障诊断发动机进气系统综述发动机是工程机械的心脏，而进气系统是发动机的命脉
2、，进气系统的合理性直接影响发动机的性能、寿 命。从而影响发动机整体的性能、寿命及环保性。进气系统的功用是为发动机提供清洁、干燥、充足的空气 系统中主要组件空滤器、管路及其设计安装将直接影响发动机功能的发挥、工作的稳定性、可靠性，甚至大 大缩短其寿命下面结合实践对发动机进气系统合理设计进行一些探讨： 一、可变进气系统与可变配气相位近年来发动机上采用的可变配气系统和配气正时等新技术大大的改变了发动机的动力性、经济性和排放 差的问题！传统的发动机的配气相位是选择发动机最常用转速来确定最佳配气相位，经确定则固定不变，而 可变配气系统和配气正时正改变了这些不足，它不仅能兼顾高速及低速不同工况，提高发动机
3、的动力性和经 济性而且还能降低发动机的排放、改善发动机怠速及低速时的性能及稳定性。由于进气过程具有间歇性和周 期性，致使进气歧管内产生一定幅度的压力波。此压力波以当地声速在进气系统内传播和往复反射。如果利 用一定长度和直径的进气歧管与一定容积的谐振室组成谐振进气系统，并使其固有频率与气门的进气周期调 谐，那么在特定的转速下，就会在进气门关闭之前，在进气歧管内产生大幅度的压力波，使进气歧管的压力 增高，从而增加进气量。这种效应称作进气波动效应。谐振进气系统的优点是没有运动件，工作可靠，成本 低。但只能增加特定转速下的进气量和发动机转矩。为了充分利用进气波动效应和尽量缩小发动机在高、低 速运转时进
4、气速度的差别，从而达到改善发动机经济性及动力性特别是改善中、低速和中、小负荷时的经济 性和动力性的目的，要求发动机在高转速、大负荷时装备粗短的进气歧管；而在中、低转速和中、小负荷时 配用细长的进气歧管。可变进气歧管就是为适应这种要求而设计的。 下面对可变进气系统和可变配气相位做了逐一介绍：（一）可变进气系统可变进气系统分两类：多气门分别投入工作和可变进气道系统。其目的都是为了改变涡流强度、提高充 气效率；或者为了形成谐振及进气脉冲惯性效应，以满足低速及中高速工况都能提高性能的需要。1、多气门分别投入工作：实现多气门分别投入工作的结构方案有如下两种：第一，通过凸轮或摇臂控制气门 按时开或关；第二
5、，在气道中设置旋转阀门，按需要打开或关闭该气道的进气通道，这种结构比凸轮、摇臂 控制要简单。当发动机在节气门部分开度工作时，涡流控制阀关闭，混合气通过进气道进入气缸。节流的气道促进混 合气加速，并沿着切线方向进入气缸，这样可以形成较强的进气涡流，对于低速工况及燃烧稀混合气是有利 的。当发动机转速及负荷增加时，仅由主气道进入气缸的混合气不能满足发动机的需要。于是副气道中的阀 门开启，增加进入气缸的混合气，而且抑制了进气道中的进气涡流强度，这对于提高发动机高速工况时的容 积效率及燃烧效率、减少能量损失是有利的。2、可变进气道系统：可变进气系统是根据发动机不同转速，使用不同长度及容积的进气管向气缸内
6、充气，以 便能形成惯性充气效应及谐振脉冲效应，从而提高充气效率及发动机动力性能。（1）双脉冲进气系统：双脉冲进气系统由空气室及两根脉冲近期管组成。如图1 所示。空气室的入口处设置 节气门，并与两根直径较大的进气管相连接，其目的在于防止两组进气管中谐振空气柱的相互干扰。两根脉 冲进气管成为形成谐振空气波的通道，分别连接两组气缸。将六缸的进气道分成前后两组，这就相当于两个 三缸机的进气管，每个气缸有 240 度的进气冲程，各气缸之间不会有进气脉冲波干扰。上述可变进气系统的效果在于：每个气缸都会产生空气谐振波的动力效应，而直径较大的空气室，以及中间产生谐振空气波的通 道同支管一起，形成脉冲波谐振系统
7、。讥：图 1 双脉冲进气系统示意图（2）四气门二阶段进气系统：该进气系统由弯曲的长进气管，和短的直进气管分别与空气室相连接，并分别 连接到缸盖的两个进气门上。在发动机中低速工况时由长的弯曲管向发动机供气；而在高速进，短进气管也 同时供气，提高了发动机功率。在发动机中低速工况下，动力阀关闭短进气管上的通道，空气通过长的弯曲 通道，使气流速度增加，并且形成较强的涡流，促进混合气的形成。此外，长进气管能够在进气门即将关闭 时，形成较强的反射压力波峰，使进入气缸的空气增加。在发动机高速工况下，动力阀打开，额外的空气从空气室经过短进气管进入气缸，改善了容积效率，并 且由另一气门进入气缸的这股气流，将中低
8、速工况形成的涡流改变成涡流运动，能更好的满足高速高负荷时 改善燃烧性能的需要。如图 2所示I（低转速时）uE0（髙转速时）可变逬气管长度旋转阀关闭旋转阀n开图2（3）三阶段进气涡流：该进气系统由末端连在一起的两根空气室管组成，并布置在V形夹角之间。每根空气0 管通过 1 根单独的脉冲管连接到左侧或右侧的气缸上。每一侧气缸形成独立的三缸机，各缸的进气冲程相 位为均匀隔开 204 度两根空气室管的入口处有各自的节流阀，在两根空气室中部有且阀门控制的连接通道， 在空气室管末端 U 形连接管处布置有两个蝶式阀门。在发动机低速下，两根空气室管之间的阀门及高速工况用阀关闭。当发动机转速高于3500 r/m
9、in时，谐 振压力波幅值变小，因此，可变进气系统的效果也变差，相应地每个气缸的充气效率也变小。当发动机转速 处于 40005000r/min 时，连接两根空气室管的阀门打开，因此部分损坏了低速工况谐振压力波频率，然而却 在转速 4500r/min 的工况下，形成新的谐振压力波峰，从而使更多的空气或混合气进入气缸。当转速达到 5000r/min 以上时，短进气管中的蝶阀打开。在两个空气室之间的短的直进气管中的空气流动，影响了第二阶 段的惯性及脉冲效应。然而在高速范围50006000r/min内，通过各进气管的脉冲及谐振作用，建立了新的脉 冲压力波及效果。于是三阶段的可变进气系统在三段转速范围内都
10、能形成一个高的转矩峰值，从而提高了整 个转速范围内的转矩，使转矩特性更平坦，数值更高。（二）可变配气相位可变配气相位机构有多种方案，本论文就以本田雅阁的可变气门控制（VTEC）机构来讲述： 装有VTEC机构的发动机每个气缸和常规的高速发动机一样，都配置有两个进气门和两个排气门。不过，两 个进气门有主次之分，即主进气门和次进气门。每个气门均有单独的凸轮通过摇臂来驱动。主次摇臂之间有 一个特殊的中间摇臂，它不与任何气门直接接触，三个摇臂并列在一起，均可在摇臂轴上摆动。在主次摇臂 和中间摇臂相对应的凸轮轴上铸有三个不同升程的凸轮，分别为主凸轮、次凸轮和中间凸轮。其中中间凸轮 升程最大，它是按照发动机
11、双进、双排气门工作最佳输出功率要求设计的；主凸轮升程小于中间凸轮，它是 按发动机低速工作时单进气门开闭要求设计的；次凸轮的升程最小，最高只是稍高于基圆，其作用只是在发 动机怠速运行时，在通过次摇臂稍微打开次气门，以免燃油汇集在次进气门。中间摇臂的一端和中间凸轮接 触，另一端在低速时可以自由活动。三个摇臂在靠近进气门一端均有一个油缸孔。油缸孔都安置在靠油压控 制的活塞，他们依次为正时活塞、主同步活塞、中间同步活塞、次同步活塞。工作原理： VTVC 机构是采用采用一跟凸轮轴上设计两种不同配气定时和气门升程的凸轮，利用液压进 行切换的装置。高、低速的切换是由ECU根据发动机转速、负荷、水温和车速信号
12、来确定，并讲控制信号输 出给电磁阀来控制油压进行切换。 VTEC 不工作时，正时活塞和主同步活塞位于主摇臂缸内，次同步活塞和 弹簧一起则位于次摇臂油缸内。正时活塞的一端和液压油来自工作油泵，油道的开启由ECU通过VTEC电磁 阀控制。发动机低速运行时，ECU无指令，油道内无油压，活塞位于各自的油缸内，因此各个摇臂均独自上下运 动。如图 3 所示。于是主摇臂紧随主凸轮开闭主进气道，以供给低速运行时发动机所需要的混合气，次凸轮 则迫使摇臂微微起伏，微微开闭次进气道，中间摇臂虽然随着中间凸轮大幅度运动，但是它对于任何气门不 起作用。图 3 VTEC 控制原理当发动机高速时，负荷达到一定程度时，发动机
13、控制电脑ECU就会向VTEC电磁阀供电以开启工作油道, 于是工作油道中的压力就会推动活塞移动，压缩弹簧，这样主摇臂、中间摇臂和次摇臂就被同步活塞、中间 同步活塞和次同步活塞联为一体，成为一个同步活动的组合摇臂。由于中间凸轮的升程大于另两个凸轮，而 且凸轮角度提前，故组合摇臂随中间摇臂一起受中间凸轮角度驱动，主、次气门都大幅度地同步开闭，因此 配气相位变化了，吸入的混合气量增多了，满足了发动机高速、大负荷时的充气量要求。二、涡轮增压涡轮增压器(Tubro)实际上就是一个空气压缩机。它是利用发动机排出的废气作为动力来推动涡轮室内的 涡轮(位于排气道内)，涡轮又带动同轴的叶轮位于进气道内？，叶轮就压
14、缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气 再送入气缸。当发动机转速加快，废气排出速度与涡轮转速也同步加快，空气压缩程度就得以加大，发动机 的进气量就相应地得到增加，就可以增加发动机的输出功率和扭矩。一台发动机装上涡轮增压器后，其输出 的最大功率与未装增压器相比，可增加大约 40甚至更多。 原理如图4所示气缸扫E出的废气4的空气流向扫E汽管辽机涡轮圧缩空气1、机械增压（如图3）系统（Supercharger）:装置在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接，从发动机输出 轴获得动力来驱动增压器的转子旋转，从而将空气增压吹到进气岐道里。优点:转子的速度与发动机转速是相对应的，所以没有滞后或超前，动力输出更为流畅
15、； 缺点:由于它要消耗部分引擎动力，会导致增压效率不高。 图 52、废气涡轮增压系统:利用发动机排出的废气达到增压目的。增压器与发动机无任何机械联系，压气机由内 燃机废气驱动的涡轮来带动。一般增压压力可达180200kPa,或300 kPa左右，需要增设空气中间冷却器来 给高温压缩空气进行冷却。国内轿车1998年开始在排量1. 8的奥迪200上运用，以后又有奥迪A6的1. 8T、 奥迪A41. 8T，直至帕萨特1. 8T、宝来1. 8T。优点:增加效率高于机械增压； 缺点:发动机动力输出略滞后于油门的开启，加大油门后一般需要等片刻，稍后发动机会有惊人的动力爆发。3、复合增压系统:即废气涡轮增压
16、和机械增压并用，大功率柴油机上用的较多。复合增压系统发动机输出功 率大、燃油消耗率低、噪声小，但结构过于复杂。4、气波增压系统:利用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩。这种系统低速增压性能好、加速性好、工况范围 大；但尺寸大、笨重和噪声大。废气涡轮增压器不是为让发动机发出原设计标定的最大功率而设计的，而 是为在发动机效率不变的前提下发出比非增压的同型发动机原设计标定功率高出 40%以上的功率而设计的。废气涡轮增压器的目的不仅仅是保证发动机按原设计标准所需的15份空气，而是可以超过原设计标准的30% 以上向发动机输入更多的空气，此时只需通过调整发动机控制电脑的数据来增加油料的供应，便可让同型发 动机在工作效率不变的前提下输出比原设计大 40%的功率。废气涡轮增压发动机和不加装废气涡轮增压的同 型发动机相比，如果不考虑发动机功率增加这个因
