為了充分利用轎車汽油機(jī)進(jìn)氣歧管的諧波效應(yīng)和盡量縮小轎車汽油機(jī)在高、低速運(yùn)轉(zhuǎn)及大、中、小各種負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時進(jìn)氣速度的差別，現(xiàn)代轎車汽油機(jī)采用了可變進(jìn)氣系統(tǒng)。它由可變進(jìn)氣歧管（VIM）和可變氣門正時（VVT）等結(jié)構(gòu)組成。采用可變進(jìn)氣歧管技術(shù)后，現(xiàn)代轎車汽油機(jī)可以實(shí)現(xiàn)：每一氣缸使用第一和第二兩個進(jìn)氣歧管，即兩個進(jìn)氣氣流通道。通過改變第二進(jìn)氣歧管上控制閥開度，可使轎車汽油機(jī)總的進(jìn)氣歧管長度和截面面積發(fā)生變化，從而改善轎車汽油機(jī)在中、低速和中、小負(fù)荷的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性及排放凈化性。

現(xiàn)代轎車采用電控燃油噴射系統(tǒng)后，為了進(jìn)一步改善汽油機(jī)的性能，對進(jìn)氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了諸多改進(jìn)。廣泛應(yīng)用的可變進(jìn)氣系統(tǒng)，就是最重要、最突出的改進(jìn)之一。

正常行駛的轎車要求搭載的汽油機(jī)在高轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷時，進(jìn)氣已具有較高的流速，相應(yīng)的進(jìn)氣阻力有增大的傾向。為了減少進(jìn)氣流動阻力，需要用短而粗的進(jìn)氣歧管；在中、低轉(zhuǎn)速和中小負(fù)荷時進(jìn)氣氣流速度較小，進(jìn)氣壓力較小，配用進(jìn)氣截面較?。?xì)）、歧管長度較長的進(jìn)氣歧管。

設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

設(shè)計(jì)原則要求各缸進(jìn)氣量要多而且要均勻。為了實(shí)現(xiàn)轎車多缸汽油機(jī)進(jìn)氣均勻分配，總的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是：

1.力求對所有氣缸具有相同氣流通道（包括管長、截面尺寸、對稱性都要求一致）；

2.力求具有很高的紊流強(qiáng)度；

3.力求具有合適的（進(jìn)氣予熱）加熱區(qū)域；

4.力求具有光滑的內(nèi)表面（這對減小油膜厚度有利）；例如復(fù)合塑料進(jìn)氣歧管的內(nèi)表面。

5.力求選用合適的氣流速度；

6.可變進(jìn)氣歧管安裝位置、外形尺寸要符合要求。

典型結(jié)構(gòu)及簡要分析

1.可變長度進(jìn)氣歧管結(jié)構(gòu)

圖1   可變長度進(jìn)氣歧管

圖1為一種能根據(jù)轎車汽油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化而自動改變有效長度的進(jìn)氣歧管?！?/SPAN>

當(dāng)汽油機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，汽油機(jī)電子控制模塊指令轉(zhuǎn)換閥控制機(jī)構(gòu)關(guān)閉轉(zhuǎn)換閥。這時，空氣須經(jīng)空氣濾清器和節(jié)氣門沿著彎曲而又細(xì)長的進(jìn)氣歧管流進(jìn)氣缸。細(xì)長的進(jìn)氣歧管提高了進(jìn)氣速度，增強(qiáng)了氣流的慣性，使進(jìn)氣充量增多；當(dāng)汽油機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，汽油機(jī)電子控制模塊指令轉(zhuǎn)換閥控制機(jī)構(gòu)，打開轉(zhuǎn)換閥，空氣經(jīng)空氣濾清器和節(jié)氣門及轉(zhuǎn)換閥直接進(jìn)入粗短的進(jìn)氣歧管。粗短的進(jìn)氣歧管，進(jìn)氣阻力減小，也使進(jìn)氣充量增多。

可變長度進(jìn)氣歧管不僅可以提高汽油機(jī)在中、低速和中、小負(fù)荷時的動力性，即提高有效輸出扭矩Mem；還由于它提高了汽油機(jī)在中、低速運(yùn)轉(zhuǎn)時的進(jìn)氣速度W，而增強(qiáng)了氣缸內(nèi)的氣流強(qiáng)度，從而改善了燃燒過程，使汽油機(jī)中、低速的最低燃油消耗率ge下降，燃油經(jīng)濟(jì)性有所提高。

此外，可變長度進(jìn)氣歧管還有減少汽油機(jī)廢氣排放量的作用。因?yàn)槠蜋C(jī)燃燒過程改善后，不僅油耗降低，經(jīng)濟(jì)性改善，汽油機(jī)的有害排氣污染物的排放量也能適當(dāng)減少，即轎車汽油機(jī)的排放凈化性能也可適當(dāng)改善。

2.雙通道可變進(jìn)氣歧管

圖2   雙通道可變進(jìn)氣歧管

雙通道可變進(jìn)氣歧管的結(jié)構(gòu)見圖2。

每個進(jìn)氣歧管都有兩個進(jìn)氣通道，一長一短。根據(jù)汽油機(jī)的工作轉(zhuǎn)速高低、負(fù)荷大小，由旋轉(zhuǎn)閥2控制空氣經(jīng)過哪一個通道流進(jìn)氣缸。在長進(jìn)氣道中安裝有噴油器。當(dāng)汽油機(jī)在中、低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)閥2受到由汽油機(jī)電子控制模塊發(fā)出的指令，在旋轉(zhuǎn)閥控制機(jī)構(gòu)（執(zhí)行器）作用下，將短進(jìn)氣通道1封閉，新鮮空氣充量經(jīng)空氣濾清器、節(jié)氣門沿長進(jìn)氣通道3經(jīng)過缸蓋上的進(jìn)氣道5和進(jìn)氣門6進(jìn)入氣缸；當(dāng)汽油機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，汽油機(jī)電子控制模塊發(fā)出指令，旋轉(zhuǎn)閥控制機(jī)構(gòu)（執(zhí)行器）作用將短進(jìn)氣道1打開，使長進(jìn)氣道通道短路，將長進(jìn)氣通道改變?yōu)檩o助進(jìn)氣通道。這時，新鮮空氣充量同時經(jīng)過兩個進(jìn)氣通道進(jìn)入氣缸。

與可變長度進(jìn)氣歧管的功用相同，雙通道可變進(jìn)氣歧管可提高汽油機(jī)在中、低速和中、小負(fù)荷的有效輸出扭矩——改善動力性；降低汽油機(jī)在中、低速和中、小負(fù)荷的最低燃油消耗率——改善經(jīng)濟(jì)性；適當(dāng)減少汽油機(jī)有害排氣污染物的排放量——改善排氣凈化性。

3. 主、副通道式可變進(jìn)氣歧管

圖3   主、副通道式可變進(jìn)氣歧管的流量控制及其在各種轉(zhuǎn)速下的充氣系數(shù)

如圖3所示，它是雙通道可變進(jìn)氣歧管的一個變型和特例。其結(jié)構(gòu)、 工作過程、作用機(jī)理及功用均與雙通道可變進(jìn)氣歧管相似。

在由低速向高速過渡的狀態(tài)下，控制閥部分微開度。每一氣缸使用主進(jìn)氣通道（長）和副進(jìn)氣通道（短）。副進(jìn)氣通道中安裝有控制閥（圓盤閥），主進(jìn)氣通道中安裝有噴油器。在主副通道式可變進(jìn)氣歧管中，控制閥的位置由發(fā)動機(jī)控制單元（ECU）根據(jù)轎車汽油機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)速高或低進(jìn)行控制。

當(dāng)汽油機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，控制閥4保持關(guān)閉，迫使所有的新鮮進(jìn)氣充量都經(jīng)主通道1高速地流入氣缸；當(dāng)汽油機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，控制閥4保持全開，以減少進(jìn)氣的流動阻力。此時，所有新鮮進(jìn)氣充量同時經(jīng)主、副兩個通道進(jìn)入氣缸。

為了防止汽油機(jī)低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速兩種運(yùn)轉(zhuǎn)方式變更時，控制閥由全關(guān)變成全開，控制閥位置突變，引起進(jìn)氣氣流速度突變和進(jìn)氣流量的突變，導(dǎo)致汽油機(jī)有效輸出扭矩的突變，人們增設(shè)了控制閥4 部分微開度的控制。

當(dāng)汽油機(jī)中速運(yùn)轉(zhuǎn)時，控制閥微微地開啟（部分開度），這時，進(jìn)氣流量的大部分即主要進(jìn)氣量仍經(jīng)主通道流入氣缸；進(jìn)氣流量的小部分即輔助進(jìn)氣量會經(jīng)副通道流入氣缸。進(jìn)氣流量的主要部分和輔助部分的比例取決于控制閥微微開啟的比例。驅(qū)動控制閥開關(guān)動作起兩種方式的作用：通過電磁閥控制的真空膜片和通過伺服電機(jī)。伺服電機(jī)起驅(qū)動作用控制圓盤閥（驅(qū)動控制閥），控制更精確。

此類進(jìn)氣歧管可增大汽油機(jī)中、低速運(yùn)轉(zhuǎn)時的有效輸出扭矩，改善動力性；降低汽油機(jī)中、低速運(yùn)轉(zhuǎn)時的最低燃油消耗率，改善經(jīng)濟(jì)性。汽油機(jī)有害排氣污染物排放量有所減少，即排放凈化性有所提高。

4.可變長度進(jìn)氣歧管

圖4  可變長度進(jìn)氣歧管新方案的示意圖

可變長度進(jìn)氣歧管新方案的結(jié)構(gòu)見圖4。

汽油機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，新鮮空氣經(jīng)細(xì)長進(jìn)氣歧管1流入缸蓋上的進(jìn)氣道5。此時，控制閥2 關(guān)閉，成為細(xì)長進(jìn)氣歧管1的部分內(nèi)壁表面，進(jìn)氣路徑最長?？勺冞M(jìn)氣歧管的進(jìn)氣路徑、控制閥2的關(guān)閉位置如圖4中實(shí)線所示；汽油機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，控制閥2打開，新鮮空氣充量可沿著短粗進(jìn)氣歧管3進(jìn)入氣缸蓋上的進(jìn)氣道5?？勺冞M(jìn)氣歧管長度變短了。進(jìn)氣路徑最短。可變進(jìn)氣歧管的進(jìn)氣路徑和控制閥開啟位置如圖4 中虛線所示。此時細(xì)長進(jìn)氣歧管1已被短路，新鮮空氣充量主要部分都由短粗進(jìn)氣歧管3 流入。經(jīng)細(xì)長進(jìn)氣歧管1 僅流入一少部分新鮮空氣充量。這時，兩個進(jìn)氣歧管進(jìn)入聯(lián)合工作狀態(tài)。

由于可變長度進(jìn)氣歧管新方案的結(jié)構(gòu)、工作原理與可變長度進(jìn)氣歧管完全相同，只是短粗進(jìn)氣歧管與細(xì)長進(jìn)氣歧管的結(jié)構(gòu)布置作了更新，略有差異，控制閥2相對于轉(zhuǎn)換閥3的結(jié)構(gòu)位置作了改進(jìn)和調(diào)整。因此，可變長度進(jìn)氣歧管新方案和可變長度進(jìn)氣歧管的功用完全相同，不再贅述。

5.無級可變長度進(jìn)氣歧管

圖5   無級可變長度進(jìn)氣歧管的結(jié)構(gòu)

可變長度進(jìn)氣歧管（見圖5）最理想的方案是一種無級可變進(jìn)氣歧管?；驹砣匀皇瞧蜋C(jī)配置的進(jìn)氣歧管的長度和截面面積能夠隨著汽油機(jī)轉(zhuǎn)速變化而無級、連續(xù)地改變。

圖6  雷克薩斯轎車無級可變長度進(jìn)氣歧管工作過程

無級可變長度進(jìn)氣歧管的工作過程見圖6，低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時，節(jié)氣門體可變進(jìn)氣管長度閥（控制閥）關(guān)閉，進(jìn)氣歧管可變進(jìn)氣管長度閥（控制閥）也關(guān)閉。此時，長進(jìn)氣歧管工作，成為新鮮進(jìn)氣充量的主要通道。兩閥全關(guān)，其特征是長進(jìn)氣歧管工作。

中等轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時，節(jié)氣門體可變進(jìn)氣管長度閥（控制閥）打開，而進(jìn)氣歧管可變進(jìn)氣管長度閥（控制閥）關(guān)閉，此時，中等長度進(jìn)氣歧管工作，成為新鮮進(jìn)氣充量的主要通道。其特征是：兩閥一開一關(guān)，中等長度進(jìn)氣歧管工作。

高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時，節(jié)氣門體可變進(jìn)氣管長度閥（控制閥）打開。而進(jìn)氣歧管可變進(jìn)氣管長度閥也打開。此時，短進(jìn)氣歧管工作，成為新鮮進(jìn)氣充量的主要通道。其特征是：兩閥全開，短進(jìn)氣歧管工作。

結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代轎車汽油機(jī)可變進(jìn)氣歧管技術(shù)是廣為采用的可變進(jìn)氣系統(tǒng)技術(shù)的一部分。它使每一氣缸具有細(xì)長和短粗兩個進(jìn)氣氣流通道，利用位于短粗進(jìn)氣通道上控制閥的開度變化，使其總的進(jìn)氣歧管長度和截面面積隨著汽油機(jī)使用工況（轉(zhuǎn)速和負(fù)荷）的變化而改變，達(dá)到改善中、低速和中、小負(fù)荷時的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性及排放凈化性的設(shè)計(jì)目的。

無級可變長度進(jìn)氣歧管是可變長度進(jìn)氣歧管的最理想的設(shè)計(jì)方案，它使進(jìn)氣歧管的長度和截面面積隨汽油機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而無級地連續(xù)變化，因此，在所有轉(zhuǎn)速（低、中、高速）下均可提高汽油機(jī)的有效輸出扭矩，達(dá)到動力性較好的設(shè)計(jì)目的。

（轉(zhuǎn)載）