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1、可變進氣歧管在VR發(fā)動機上的應用 附錄： 自發(fā)動機采用多氣門技術后，發(fā)動機轉速及動力性能有了進一步 的提高。如汽油機的標高 5000—8000r/min。與此同時，高負荷下動 力性能好與中，低轉速中小負荷下動力性能及經濟性能差的矛盾，燃 油經濟性與排放性能之間的矛盾也更為突出。 為了解決這些矛盾，可 變化技術得到日益重視和發(fā)展。 其中，提高充氣效率是提高發(fā)動機動力性能的重要措施。除了 采用增壓技術以外，合理的選擇配起相位以及能隨發(fā)動機轉速不同而變化以利用進氣的慣性及諧振的效應，是提高充氣效率的重要途徑。 對于可變進氣系統(tǒng)可分兩類：1/多氣門分別投入工作；2/可變進氣 道

2、系統(tǒng)。 在這里我們主要講一下可變進氣道系統(tǒng)。采用可變進氣道系統(tǒng)的目 的是為了改變進氣渦流強度，提高充氣效率；或者為了形成諧振及進 氣脈沖慣性效應，使發(fā)動機中，低域的轉矩提高，以適應低速及中高 速工況，改善汽車的加速響應性能。 下面介紹幾個有關影響發(fā)動機功率和扭矩的概念。 輸出功率： 發(fā)動機運轉時由曲軸輸出的轉矩稱有效轉矩 To發(fā)動機每分鐘轉速 為n (r/min)時，則每秒鐘所作的功為2"nT (Nm/s)。轉矩與輸出的 60 有效功率之間有如下的關系 P= 2 nT 3 =1.047 10“ nT 60 10 T 一有效轉矩 由此 T= 9550P n

3、 式中：P一有效功率 n—發(fā)動機轉速 充氣效率: 當進氣過程終了時，汽缸內氣體的壓力由于經受進氣管系統(tǒng)中各種 阻力的作用（如空氣濾清器、進氣歧管、節(jié)氣門等阻力），低于進氣 管進口處的壓力，進氣終了時汽缸內氣體的溫度，由于受進氣系統(tǒng)與 汽缸壁面的熱交換以及與汽缸內殘余氣體的混合加熱， 要高于進氣口 處的溫度。所以進入汽缸新氣（空氣或混合氣）的體積，如果換算到 進氣口處壓力溫度狀態(tài)的話，將小于汽缸的工作體積。 若進氣換算的體積越大，發(fā)動機的充氣效果就越好。為了表示發(fā)動 機充氣效果的好壞，經常應用充氣效率的概念。 充氣效率九l的定義為每循環(huán)實際進入汽缸的充氣量ma與 理論充滿汽缸充氣量m1

4、th之比 即：「= ma mth 對于增壓發(fā)動機，進氣狀態(tài)常采用增壓器或中冷器之后的進氣管處 的狀態(tài)。對于非增壓發(fā)動機，常采用大氣狀態(tài)的壓力和溫度。 影響充氣效率的動態(tài)因素： 在活塞式發(fā)動機中，管內產生的壓力波動直接影響到同一進氣行程 的現象稱之為慣性效應。在進氣管較長與高轉速的情況下，在一個進 氣過程中產生的壓力波動，若在進氣結束后仍殘留在管內，并且影響 到下一個循環(huán)的進氣行程的現象，稱為波動效應。 進氣管對進氣的影響在于：在進氣行程中，由于活塞向下止點運 動的抽吸作用，進氣門一旦開啟，氣體就從進氣管吸入氣缸內。在進 氣管內的進氣門處就產生負壓，此負壓波（也稱膨脹波）即在進氣管

5、內向開口出傳播。在開口端的邊界處，膨脹波經一定時間后反射回來 的是正壓波（也稱壓縮波）。如果負壓波和負壓波重合，則合成波在 進氣行程后半期為正壓，若恰當的選擇進氣管長度，使正壓恰在進氣 門關閉前達到最大值，就可增大進氣量。 在進氣門關閉時，進氣管內壓力傳播的頻率或周期如圖： 1所示 t 圖1: 一端開放的管子所產生的駐波及其沿管長方向的振幅分布。 實線：壓力波 虛線：速度波 圖a表示一階波動管長相當于1/4波長。b表示二階段波動管長相 當于3/4波長。因此，此壓力波的固有頻率. 這個壓力波震動頻率f 與發(fā)動機進氣頻率之比稱為波動 S 次數Q 圖2 表示Q

6、變化時進氣門前壓力隨時間的變化關系 當Q=1, 2時，正好是在下一個循環(huán)的氣門開啟時，靠近氣門前方形 成負壓區(qū)，對進氣不利。當q=1.5時，正好是正壓力與氣門開啟時重 合，因此可增大進氣量。 若進氣管較長壓力波傳播的時間t比進氣行程的時間tS長時，（圖 3a所示）此壓力波就不能對進氣行程施加直接影響 若進氣管較短，如t〈ts時就產生吸入的負壓波和反射的正壓波合 成迭加的情況，如圖（3b）所示。迭加以后的壓力波就變?yōu)樵谶M氣行 程的后半段中的正壓波。由此可見當進氣門關閉時，氣門處剛好正壓 波傳來使新鮮氣體流入汽缸，進氣量增多，充氣效率增大，這就是進 氣過程中的慣性效應。 產生慣性

7、效應最大的條件是進氣壓力波的周期與進氣門開啟的持 續(xù)時間相等。即: tS fs 慣性效應最大所對應的條件為: 6=口 口 aS 一 12二 v 慣性效應最大時，發(fā)動機轉速，進氣管當量長度 l S和進氣管截面 積f,進氣門有效開啟度3 S以及汽缸容積V之間應滿足一定的相互關 當進氣管不同長度時，充氣效率隨發(fā)動機轉速變化，當轉速不同 時，最佳充氣效率所要求的進氣管長度不同。一般在高轉速時需用較 短的進氣管，低轉速時需用較長的進氣管。由于發(fā)動機使用的轉速范 圍寬廣，所以有必要開發(fā)可變進氣管長度的進氣控制系統(tǒng)， 使在較大 的使用轉速范圍內都能取得良好的進氣動態(tài)效應。

8、 原理與工作圖形 高功率、高扭矩和低油耗是現代發(fā)動機所具備的特征。這些又在 很大程度上受到汽缸容積和進氣歧管幾何形狀的影響。 輸出高扭矩和 高功率所需進氣歧管的幾何形式是不一樣的， 一個中等長度的進氣歧 管要有一個中等直徑來與之協(xié)調，但對于可變進氣歧管它的適應性就強多了。在這里盡可能的解釋VR發(fā)動機可變進氣歧管與輸出功率和 扭矩的關系，以及進氣歧管對于空氣供給的影響。在 VR6發(fā)動機上 傳統(tǒng)的進氣歧管已經被新的可變歧管所取代。 發(fā)動機進氣道 開始諧振充氣 進氣系統(tǒng)的職責是為滿足發(fā)動機點火提供所必需的混合氣體。 它 保證為每一個汽缸都提供充足的空氣。 化

9、油器和單點噴射的發(fā)動機進氣道是用來運輸汽油混合氣的。 多點噴 射發(fā)動機進氣道是運輸空氣的。圖中進氣支管定義為：諧振管 諧振充氣的原理: 進氣系統(tǒng)的工作是根據諧振腔的原理，就是說高壓和低壓波 相互充填汽缸，以達到更大的容積效率。 開始諧振充氣的條件: 1 .進氣門打開 2 .活塞向下運動，運行到下止點，就在進氣門附近產生一個低壓區(qū) Idw-prewurc waw 低壓波的傳播 低壓波的傳播通過諧振管到達另一端，一直延伸到諧振收集器。 低壓波一直活動到收集容器的底部。 在收集器中，底部的壓力和周圍 空氣的壓力大約是相等的。這很重要，收集器中壓力要比在諧振腔中 末端的空氣

10、壓力要局。 Resonaricie 匚卓 Collector 2Z2 007 高壓波的產生 現在諧振管的底部由于壓力低就把空氣拉向它那里。 因為壓力波 是以聲速傳播的，所以壓力波幾乎同時就被反射回來， 反射回來的壓 力波稱為正壓波，反射回來后進氣管中的壓力將增大。 具體講，諧振充氣有如下特征： 1 .低壓波在進氣管開口處的收集器中被反射。 2 .高壓波通過諧振管傳播回來，由于反射回來的壓力增大，將推動 氣團進入仍然打開的進氣門進入汽缸。這一切一直持續(xù)到進氣門前 壓力和汽缸的壓力相等為止。 發(fā)動機由于充壓進氣，此時充氣效率達到1或者更高。當進氣門 關閉時，

11、在進氣管中，高效充壓進氣產生的逆流被阻止了。由于高低 壓波是以聲速傳播的，所以它們傳輸的時間不變的。但是進氣門打開 的時間是與發(fā)動機速度有關的。隨著發(fā)動機速度的增加，進氣門打開 和氣體流入汽缸的時間在減少。 所以通過諧振管返回到已經關閉的進氣門的高壓波， 是適合中低 轉速的。 很顯然，在轉速不同時，最佳充氣效率所要求的進氣管長度是不 一樣的。一般來講速，發(fā)動機中，低速轉矩的提高需要長的進氣管。 而高速功率的提高需要較短的進氣管 VR發(fā)動機的可變進氣歧管 1glport 可變進氣管被設計成為有不同管徑長度的進氣管。 另外諧振管的 長度和汽缸數是有關系的，就 VR5和VR6

12、發(fā)動機來說: 諧振管長度（mm） VR5 VR6 轉矩集流器 700 770 功率集流器 330 450 為了便于裝配，可變進氣管被分成上下兩部分。噴油嘴和壓力調 節(jié)器作成一體化位于進氣管的下部。 進氣管的上部包括諧振管，功率 收集器，筒式轉換調節(jié)器依附于功率收集器。 空氣從汽缸頂部進入進氣歧管的下半部分和位于進氣歧管上半 部分的轉矩通道和功率通道。 轉矩收集管路位于封閉的彎曲的通道中，從汽缸頂部到轉矩收集 奧 TTITO 功率收集管路位于寬闊的彎曲的功率收集器中，在轉矩收集管路 之后，從汽缸頂部到轉換閥之間 一個筒式轉換調節(jié)器在功率管路之中被插入，而

13、且控制著功率管路的開通 與關閉。 所有VR發(fā)動機的可變進氣歧管都是塑料的，因為它比鋁制的更加經濟，更 加適用。 VR6發(fā)動機可變進氣管處工作在轉矩集流器位置 轉矩位置顯示出發(fā)動機低轉速范圍時空氣流向。此時，轉換調節(jié)器已經把功 率管路關閉了。汽缸將空氣從轉矩收集器中經過長的轉矩通道吸引過來。 有效的 轉矩管路長度：770mm 如圖：在低速和中速范圍內可變進氣管充氣效率是比較高的。 pofilivn ■flong pipc5l Engin# n 軻*一肉? Comparison of volumRric ffici&nc^ witfi variable inta

14、ke man if old wi1friOLjl, variable infalke manifold iimprovement in volumrric: efficiency VR6發(fā)動機可變進氣歧管工作在功率集流器位置 這時，在一個特定的發(fā)動機轉速條件下，轉換閥被翻轉90這個動作打開了 功率管路和功率集流器。功率管路的有效長度為 450mm,空氣同時從功率管路 和轉矩管路進入。 轉換調節(jié)器打開功率管 時的轉速 VR5 VR6 rpm 4200 3950 功率集流器經轉矩和功率管路提供空氣。 Change-over barrel im power posirioci

15、 由于低壓波在進氣過程中產生，這時在功率管底部低壓波被反射，它逆向前 往進氣門方向產生一個短期的高壓波。此時，充壓進氣效果大大降低。 由于在諧振管較短時，發(fā)動機高速運轉將會產生一個較高的充氣效率，所以 采用可變進氣歧管發(fā)動機功率的提高不是很明顯?？勺冞M氣歧管主要是改善發(fā)動 機中低速的轉矩特性。 Power pQsvtiQH ^shorter pipes) 鈍如 212 QU Comparison of volumelriL efficiency With variable intake manifold ■> ■ Without va

16、riable intake manifold Improvenient in volume-trie efficiency VR6發(fā)動機采用和不采用可變歧管的功率和轉矩特征 P&mf with voriabl& intake manifold , ■ ■ ■ Pomf wilhourt variable intake inonifolld Tcnrque wilti variable intake monifold Tcnrquft withoirf rariable intake manifold G^in in pcwer and lorqur M = Torque P =—

17、前 n = Engine speed irpmi 由圖中可以看出，在 VR6發(fā)動機上采用新的可變進氣歧管對于發(fā)動 機中低速功率和轉矩增加的效果是十分明顯的。 （VR 5發(fā)動機從開 始設計時就采取了可變進氣歧管）由于發(fā)動機中、低速的轉矩很高， 在此低速范圍內利用檔位的經常調整就可獲得非常舒適的駕駛要求 （即此時的發(fā)動機的轉矩幾乎可以滿足每個檔位的需求， 而不用爆轟 油門）。這時，發(fā)動機的功率和油耗基本上沒有太大的變化。因此， 正常的駕駛過程中，轉換閥是很少打開的。 但有些雜質，例如灰塵或機油會進入轉換閥內，會阻止它的正常 運動，為保證轉換閥的操作，從一開始設計時轉換閥就被延伸到旁邊

18、的一個特殊的位置上。 轉換閥保持在功率位置直到轉速上升到 1100rpm時，閥體轉換為 轉矩位置。這個額外的轉換點是為了轉換閥能頻繁的運動， 而不至于 導致機油和灰塵的進入閥體而無法工作。 一個更深遠的設計：負荷轉換閥的概念 4 -Ez- S 加nb」ol Change-over points of VR5 2V engime asexampk Ch^ngie-wef ba ml Switching paifil 4 in l4rqu pMiliert 而rm frairi power I。il^rqu芒 pexiriafi woo xmu jooo 4000 乳m 6(n

19、a 7(ne E ng ine speed m g lir11——a 2i2_0? 根據這個概念，轉換閥的動作還將依靠發(fā)動機的負荷。 為了達到最大的充氣效率，在全負荷下，轉換閥就轉到功率位置。這 也是閥體平常不工作時的位置。而發(fā)動機不在全負荷時，轉換閥在轉 矩位置。因為諧振管進氣頻率不協(xié)調，部分負荷時，充壓充氣效率降 低。此時，進氣能量降低，也使得進入燃燒室的燃油減少。 空氣動力箱和筒式轉換調節(jié)器 轉換閥的機械裝置位于可變進氣歧管的上部， 轉換閥對于每一個 功率管都有一個分開的通道與之相對應。 在功率位置，這些通道將變 成功率管的一部分。轉換閥是由塑料制成的而且很有彈性。

20、在轉換閥和動力室之間有一點點縫隙是必要的， 可以保證設備運行良 好，但是不能太大 The inifllu

21、室時能量減少所致。 功率集流器的進氣 22_003 每個汽缸得到直接從轉矩集流器中轉矩管出來的空氣。 由于所有汽缸的功率 集流器通道關閉，所以不能滿足大功率時進氣量的需求。 隨著集流器通道的開啟，可變開關連接功率管到功率集流器。這時正在吸氣 的汽缸得到從功率管和轉矩管中來的空氣。 由于在功率收集器中充滿空氣，空氣 循環(huán)在容器中快速進行，所以每個汽缸都可得到其他通道得空氣。 Pow&r pipe 212_002 55ACA cylinder Example dt current pr^^ressi^ni in coNeckr. Al q cranlnhaH f

22、ln-gllt of 5551.Hh< Gsirrcnt wiotcv frcm Nq.3 Gyliirditr 3 g No. 1 cylmdcr. Beginnmg abo-ud cranks hafr angkiOS . Hie inrakr phafe 部 INk>. 2 cylindc-r to a revci?all ol 樂u cumr\t dirccHan. DsWqI pqintv「君pnwointZ by we hie in ^r^phic. 筒式轉換閥 ifcjcuutri uni I Vacuum lin& Adualion by &ngir

23、>& control unit Macipum reservOiir Chedc valve Pneumaliic s witchiimg Manifold/ torque coll4cror Inldke rnahifold change-over valve NO56 consumers . lb other 塑料管內都是真空的。發(fā)動

24、機控制可變進氣管改變閥 N156 真空可從可變轉矩箱得到。 真空儲存在真空儲存器中，又一個控制閥來控制。 轉換閥在發(fā)動機不運轉或怠速運轉時，它被用一個壓縮彈簧固定在那里 Lflj血 Wcuurm unit 3) / Operating rod Conpre$$iari spring / J t Me-mb ram e V C*rw 圳 n from $olenoidl waive line 少 號 212_023 可變進氣歧管轉換電磁閥 Mogr■時記 coil Foamed plastic Filter presure 可變進氣閥是一個真空閥。 0.

25、 From m七uue reenir Magnet iValvek Vailwe pl口屜 212 022 它依靠發(fā)動機負荷和發(fā)動機轉速由電腦控制 大氣壓力作用于排列管上的磁鐵上。 還有橡皮筏，攔阻真空到各單位。 當螺線管被通電時，磁鐵被升高，真空管就被打開了。 有一個泡沫塑料過濾器在大氣的入口處， 防止那些會阻止筏體運動的 微粒進入。

26、 ◎次 應急狀態(tài)： 如果沒有信號，真空管將關閉?？勺冞M氣道保持在功率集流器位置 自我診斷功能：（用1551檢測儀） 1、檢查錯誤記錄 2、對地短路 3、對正極短路 4、斷路 最后控制診斷 電子線圈 汽油泵續(xù)電器 203_026 如果發(fā)動機顯示動力不足，可變進氣管很容易檢測。 可變控制閥的數據可以利用在功能 02中讀出錯誤記錄和03最后控制 診斷。 轉換閥的檢測: ?Gchangw-jver movw m&nJ 212 025 視覺上的檢查：看閥體是否旋轉 90。當發(fā)動機沒有發(fā)動或者發(fā)動不 起來，控制閥在功率集流器部位。 提示：注意轉換點 在發(fā)動機轉速未到達1100RPM或超過4200RPM時閥體處于功率集 流器位置。這之間它處于轉矩集流器位置。當然，閥體的轉換還與發(fā) 動機負荷有關。 閥體的檢查還可用手動真空泵 V A, G1390