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1、服务自学手册 212VR 系列发动机上的可变进气管道工作原理极其运行工况描述发动机的扭矩和功率输出对该发动机的性能特点具有重大影响。上述两项性能的优劣同时也取决于发动机的充气效率以及进气通道几何形状设 计的优良程度。高扭矩和高功率所要求的进气管道的几何参数或几何形状是不同的。 具有中等管道直径的中等长度的进气管是一种择衷方案，但是具有可变几何参 数的进气管才是一种优化方案。本自学手册较详细地解释和说明了可变几何参数进气管道的工作原理和设计方 法，并阐述了利用此工作原理如何对发动机的扭矩和功率进行优化设计，以及 该种进气管是如何影响空气供给的。以 VR6 发动机为例，用新型的可变进气管代替了传统
2、的进气管，使其功率和扭 矩得到了明显的提高。应用在这种 VR6 发动机上的可变进气管技术已经申请了专利权。在保持低油耗的基础上，高功率和 大扭矩是现代轿车发动机的显著特 点。这样的目标是如何实现的呢？功率P与发动机转速n和扭矩M的 乘积成正比。通过增大发动机扭矩或提高发动机转 速均可获得大的功率。发动机中的多种运动部件（如活塞、 连杆、曲轴等）都会限制发动机转速 的提高。因此，只有扭矩仍具有提高发动机功 率的潜力。为了提高发动机扭矩，既可以通过增 大发动机排量来达到目标，也可以通 过提高压缩比来实现。n =发动机转速（rPm）M = 扭矩（ Nm ）9550 = 考虑各种因素及单位换算之后的常
3、数thmL = 实际进入气缸的空气质量mth= 理论空气量因为汽车消费税收通常是结合技术特 点，按照发动机的排量大小征收的， 所以，对一种特定排量的发动机来讲 要想提高其功率只能通过其它途径， 也就是通过提高发动机工作效率的方 法。发动机扭矩曲线作为其转速的函数代表了发动机的极限工作能力。我们可以使可燃混合气在恰当的时刻完全燃烧，从而在该工况下获得最大扭矩 但是，每一次的完全燃烧都需要有一个合适的空燃比来与之配合，发动机应随 不同的转速来提供最佳的空气量。容积效率（VE,在计算公式中用久表示） 发动机上的空气通道 进气系统承担着为发动机供气的任务, 以便满足燃烧过程中所需的空气量。 它能确保均
4、匀地向各缸供气。 对于带有化油器或节气门体喷射单元 的发动机来说,燃油和空气的混合也 是在进气管内完成的,通过进气管将 该可燃混合气输送到各缸燃烧室。 多点喷射系统中的进气管道只传送空 气。这样就为设计者提供了更大的设计自由度 气体自身的动力特性,进而提高充气效率 谐振充气原理是对空气供给量的定量陈述。谐振管 谐振腔发动机上某种空气通道的基本结构以便在设计进气支管时更好地利用开始谐振充气根据谐振充气原理可以设计出一种高效进 气管,它利用进气管道内的高压波和低压 波的不同效应,极大地提高了气缸的容积 效率。下面描述一下进气系统的工作过程。进气阀打开；活塞向下止点方向运动； 此时在进气阀附近产生了
5、一种低压波 该低压波沿着谐振管道向另一端传播 并向谐振箱内推进。在管道末端的低压波与谐振箱内的空气相互作用。高压波的产生和发展谐振箱容积内的空气压力近似等于周 围环境大气压力。谐振箱内的空气压 力远远高于谐振管开口端的气体压力 谐振管端现存的低压波将谐振箱内的 空气吸引到谐振管口附近。在低压波 自身内力的作用下，空气被同时吸进 谐振管内，与此同时便在谐振管内产 生一组同样大小的高压波，此高压波 向进气阀方向传播。 该作用效果同时还有如下特点： 低压波在谐振箱侧的谐振管开口端发 生反射作用。这组高压波沿着谐振管道返回，并将 一部分空气通过仍然开启的进气阀压 进气缸。这个过程一直持续到进气阀前的气
6、体 压力与缸内压力相同为止。采用该项技术的发动机经过这种“压 力效应“充气之后，其容积效率（见 第 4 页）可达到 1.0 ，甚至更高。最终结果为，当进气阀即将关闭时， 由于压力效应充气功能的作用避免了 缸内充量的回流。进气管内的低压波和高压波在进气管 内来回传播所需要的时间 t 是相等的 因为它们都以声速 V 传播。但是进气阀开启持续时间取决于发动 机转速。随着发动机转速的升高，进气阀开启 持续时间缩短，流进气缸的空气量减 少。S = 常数（谐振管长度）t =msv = 常数（声速）低压波高压波：.: 发动机转速越高，要求谐振管长度 越短。一组从谐振管中返回的高压波将继续 冲向已经关闭的进气
7、阀，“压力效应” 充气过程已不能再次发生。很显然，不同长度的谐振进气管道可以对不同转速下的充气效果进行优化。 技术上的折衷方案就是设计出不同长度的谐振管！ 长的进气管道（扭矩段）对应于发动机低速到中等转速的性能特点。 短的进气管道（功率段）对应于发动机高速区的性能特点。根据发动机转速的变化来开启或关闭谐振管的不同长度段，这就是所谓的 可变进气管。谐振管扭矩谐振箱节流阀体翻板位置变进气歧管下体换执行器VR6 可变进气歧管功率谐振箱该种可变进气管被设计成一种带有可变通道长度的顶置式进气歧管。此外，谐振管长度的设计需考虑特定的气缸系列，因此往往采用某种折衷方案。VR5 和 VR6 系列发动机的谐振管
8、长度是不同的，具体区别见下表：谐振管长度（mm）VR5VR6扭矩管700770功率管330450考虑到装配原因，可变进气歧管被设计成上下两体。喷油器和油轨以及油压调节器都被集成安装在进气歧管下体上。 进气歧管上体包含如下部件：谐振管、功率谐振箱、带有执行器的转换翻板、 扭矩谐振箱、节流阀体等，其中节流阀体被安装在扭矩谐振箱上。气缸盖上的进气道先与进气歧管的下体相通，然后再与进气管上体上的谐振管 相通。在这里可以把它们分成扭矩管道和功率管道。扭矩管道沿着气缸盖上一条平顺的紧密的曲线管道流过，并且终止于扭矩谐振箱。功率管道沿着一条扭矩管道之上的扩展曲线流过，终止于第二个谐振箱，功率 谐振箱，它位于
9、扭矩管道体前部的顶部。通道转换翻板被插入安装在功率管道内，并且垂直于功率管道。它可以打开功 率管道，进而顺序打开功率谐振箱。所有的VR系列发动机均准备采用一种塑料可变进气管。该种进气管较铸铝进气管更经济，更轻便，并能提供许多声学优点。VR6 发动机可变进气管的扭矩位置状态扭矩管的有效长度在扭矩位置的转换翻板空气入口扭矩管扭矩谐振箱扭矩位置显示了发动机在低转速范围 内的空气通道状态。气道转换翻板此时已经关闭了功率管道。气缸通过长长的扭矩管道从扭矩谐振箱直接吸入空气。该扭矩管道的有效长度（=谐振管长度 为 770mm。在发动机中低转速范围内容积效率得到大幅度提高。A 率效积容容积效率对比可变进气道
10、 不可变进气道 容积效率改善效果VR6 发动机可变进气管的功率位置状态在功率位置的转换翻板在特定的发动机转速点，转换翻板EDDUBDDDQ.7-I4004容积效率对比功率管转换转速VR5VR6rpm4200995D功率位置（短管）可变进气道 不可变进气道 容积效率改善效果旋转 90。 这一过程打开了功率管，并与功率 谐振箱连通，从而使450mm长的 功率管投入工作。此时，扭矩管与 功率管同时向气缸提供新鲜空气。 功率谐振箱通过其余的处于非进 气行程的扭矩管及功率管同时补 充气源。 在进气行程开始时所产生的低压 波在功率管末端被反射回来。接着它很快以高压波的形式传波到 进气阀附近。 缩短的谐振管
11、能在 发动机的高转速区提高容积效率。带可变进气管的功率曲线不带可变进气管的功率曲线 带可变进气管的扭矩曲线 不带可变进气管的扭矩曲线 功率与扭矩的收益部分带和不带可变进气管的VR6发动机的功率和扭矩特性扭矩p =功率发动机转速(rpm)装有可变进气管的VR6发动机在中、低转速范围内，其扭矩和功率的收益非常明显(VR5发动机从投产开始就装有可变进气管)。伴随着频繁使用高速档，而减少倒拖功率的损失，更高的扭矩储备能使驾驶者在发动机的中、低转速范围内实现较放松的驾驶方式，而且节省燃油消耗。其结果必然是进气管转换翻板很少动作。在进气管转换翻板和壳体之间容易积存一些灰尘和油污之类的杂质，它使得翻 板运动
12、不灵活。为确保翻板运转的灵活性，在产品开发阶段通过设定一额外的转换点将翻板的转换概念扩展了一步。进气管翻板位置在1100rpm转速以前一直保持在功率位 置，在此以后才转换成扭矩位置。 这个附加的翻板转换点使得翻板频繁动作，从而促使翻板与进气管壳体之间不 易胀污。更进一步的发展 随发动机负荷而改变的转换概念以VR5 2V发动机的转换点为例削1全负荷转换翻板在扭矩位置功率与扭矩位置转换点WWSOU吕闻 0-IMOSOW)E0007Wftn (mlrr1).根据这一概念，进气管翻板转换点取决于发动机负荷。在全负荷以下，转换翻板都在功率位置。发动机停机时，翻板也在功率位置。为达到最大的气缸充气量，在发
13、动机达到全负荷以前进气管转换翻板都不会转 到扭矩位置。因为此时谐振管的谐振效应较弱，在部分负荷的情况下谐振充气效果明显变差 对于相同的功率需求，发动机可以运转在较低的负荷下。进气管内的气体动力性特点被削弱了，由此也就降低了燃烧室的充气效率。功率空气箱和进气管转换翻板功率谐振箱转换翻板壳体之间的径向间隙对 VR5 发 动机扭矩特性的影响。 最大扭矩点移向高转速区。在功率区间内（打开功率管）， 这种空气间隙对性能没有太大 影响。进气管（功率管）转换翻板在扭矩位置时的VR5发动机上安装的可变进气管控制进气管转换的开启机构固定在进气管上体上，它根据设计时的转换原则工作。 转换翻板对于每一条功率管道都有
14、一条单独 的通道。在功率位置，转换翻板中的通道就变成了功 率管的一部分。转换翻板是塑料件，并通过弹性支撑固定。 由于进气管与转换翻板冷热膨胀系数的不同 这样对翻板是否能够保证灵活运转提出了更 高的要求。为确保翻板运转的灵活性，在翻板与功率谐 振箱壳体间留有一定的径向间隙是必要的，但是该间隙不能太大。即使是极小的空气间隙也会对既定的扭矩目标值造成重大损失。这种损失是由 于管道中的反射波的能量损失导致的。功率谐振箱的补气过程注意：被关闭的转换翻板=扭矩位置 此时每个气缸通过各自相关的 扭矩管直接从扭矩谐振箱获得 新鲜空气充量。功率谐振箱对所有气缸都处于 关闭状态。它对气缸的容积效率没有任何 影响， 且其箱内也没有被充气被打开的转换翻板=功率位置当转换通道打开时，转换翻板就 把功率管和功率谐振箱连接起来 正处在吸气行程中的气缸主要从 功率管中获得新鲜空气，当然也 从扭矩管中获得部分空气。功率谐振箱转换翻板关闭扭矩管212_003功率管功率谐振箱转换翻板打开212 002翻板处在功率位置时，功率谐振 箱通过其余没有处于吸气行程中的进气歧管来获得补充空气。 气流在谐振箱中获得了很高的流 动速度。从总体的设计角度出发，单单为 了给功率谐振箱
