可變進氣歧管在VR發(fā)動機上的應(yīng)用

1、可變進氣歧管在VR 發(fā)動機上的應(yīng)用附錄：自發(fā)動機采用多氣門技術(shù)后， 發(fā)動機轉(zhuǎn)速及動力性能有了進一步的提高。如汽油機的標高 50008000r/min。與此同時，高負荷下動力性能好與中， 低轉(zhuǎn)速中小負荷下動力性能及經(jīng)濟性能差的矛盾， 燃油經(jīng)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(shù)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(shù)以外， 合理的選擇配起相位以及能隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速不同而變化以利用進氣的慣性及諧振的效應(yīng)，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/可變進氣道系統(tǒng)。在這里我們主要講一下可變

2、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(yīng)，使發(fā)動機中，低域的轉(zhuǎn)矩提高，以適應(yīng)低速及中高速工況，改善汽車的加速響應(yīng)性能。下面介紹幾個有關(guān)影響發(fā)動機功率和扭矩的概念。輸出功率：發(fā)動機運轉(zhuǎn)時由曲軸輸出的轉(zhuǎn)矩稱有效轉(zhuǎn)矩T。發(fā)動機每分鐘轉(zhuǎn)速為 n （r/min ）時，則每秒鐘所作的功為2 nT (Nm/s)。轉(zhuǎn)矩與輸出的60有效功率之間有如下的關(guān)系 P= 2 nT=1.047104nT60 103由此 T= 9550Pn式中： P有效功率n發(fā)動機轉(zhuǎn)速T 有效轉(zhuǎn)矩充氣效率：當進氣過程終了時， 汽缸內(nèi)氣體的壓力由于經(jīng)受進氣管系統(tǒng)中各種

3、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(nèi)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(nèi)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(jīng)常應(yīng)用充氣效率的概念。充 氣 效 率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 m之比th即： l= mamth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

4、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(nèi)產(chǎn)生的壓力波動直接影響到同一進氣行程的現(xiàn)象稱之為慣性效應(yīng)。 在進氣管較長與高轉(zhuǎn)速的情況下， 在一個進氣過程中產(chǎn)生的壓力波動 , 若在進氣結(jié)束后仍殘留在管內(nèi) , 并且影響到下一個循環(huán)的進氣行程的現(xiàn)象 , 稱為波動效應(yīng)。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(nèi)。在進氣管內(nèi)的進氣門處就產(chǎn)生負壓，此負壓波（也稱膨脹波）即在進氣管內(nèi)向開口出傳播。 在開口端的邊界處， 膨脹波經(jīng)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

5、壓波重合，則合成波在進氣行程后半期為正壓， 若恰當?shù)倪x擇進氣管長度， 使正壓恰在進氣門關(guān)閉前達到最大值，就可增大進氣量。在進氣門關(guān)閉時，進氣管內(nèi)壓力傳播的頻率或周期如圖：1 所示圖 1：一端開放的管子所產(chǎn)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 S 與發(fā)動機進氣頻率之比稱為波動次數(shù) Q圖 2表示 Q 變化時進氣門前壓力隨時間的變化關(guān)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

6、，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(chǎn)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(guān)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(yīng)。產(chǎn)生慣性效應(yīng)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= 1f S慣性效應(yīng)最大所對應(yīng)的條件為：n l S =SfaS12v慣性效應(yīng)最大時，

7、發(fā)動機轉(zhuǎn)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S 以及汽缸容積 V 之間應(yīng)滿足一定的相互關(guān)系。當進氣管不同長度時，充氣效率隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化，當轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速時需用較短的進氣管，低轉(zhuǎn)速時需用較長的進氣管。 由于發(fā)動機使用的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能取得良好的進氣動態(tài)效應(yīng)。原理與工作圖形高功率、高扭矩和低油耗是現(xiàn)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

8、一個中等直徑來與之協(xié)調(diào)， 但對于可變進氣歧管它的適應(yīng)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(guān)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(jīng)被新的可變歧管所取代。發(fā)動機進氣道進氣系統(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?；推骱蛦吸c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：開始諧振充氣進氣系統(tǒng)的工作是根據(jù)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

9、動， 運行到下止點， 就在進氣門附近產(chǎn)生一個低壓區(qū)。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壓力要高。高壓波的產(chǎn)生現(xiàn)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

10、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(guān)閉時，在進氣管中，高效充壓進氣產(chǎn)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?shù)臅r間不變的。 但是進氣門打開的時間是與發(fā)動機速度有關(guān)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(jīng)關(guān)閉的進氣門的高壓波， 是適合中低轉(zhuǎn)速的。很顯然，在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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可變進氣管被設(shè)計成為

11、有不同管徑長度的進氣管。另外諧振管的長度和汽缸數(shù)是有關(guān)系的，就諧振管長度（ mm）轉(zhuǎn)矩集流器功率集流器VR5 和 VR6 發(fā)動機來說：VR5VR6700770330450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(diào)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(zhuǎn)換調(diào)節(jié)器依附于功率收集器?？諝鈴钠醉敳窟M入進氣歧管的下半部分和位于進氣歧管上半部分的轉(zhuǎn)矩通道和功率通道。轉(zhuǎn)矩收集管路位于封閉的彎曲的通道中，從汽缸頂部到轉(zhuǎn)矩收集器。功率收集管路位于寬闊的彎曲的功率收集器中，在轉(zhuǎn)矩收集管路之后，從汽缸頂部到轉(zhuǎn)換閥之間。一個筒式轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)器在功率管路之中被插入，而且控制

12、著功率管路的開通與關(guān)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(jīng)濟，更加適用。VR6 發(fā)動機可變進氣管處工作在轉(zhuǎn)矩集流器位置轉(zhuǎn)矩位置顯示出發(fā)動機低轉(zhuǎn)速范圍時空氣流向。此時，轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)器已經(jīng)把功率管路關(guān)閉了。 汽缸將空氣從轉(zhuǎn)矩收集器中經(jīng)過長的轉(zhuǎn)矩通道吸引過來。 有效的轉(zhuǎn)矩管路長度： 770mm如圖：在低速和中速范圍內(nèi)可變進氣管充氣效率是比較高的。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(zhuǎn)速條件下，轉(zhuǎn)換閥被翻轉(zhuǎn) 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(zhuǎn)矩管路進入。轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)器打開功率管VR5

13、VR6時的轉(zhuǎn)速rpm42003950功率集流器經(jīng)轉(zhuǎn)矩和功率管路提供空氣。由于低壓波在進氣過程中產(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)將會產(chǎn)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。 可變進氣歧管主要是改善發(fā)動機中低速的轉(zhuǎn)矩特性。VR6 發(fā)動機采用和不采用可變歧管的功率和轉(zhuǎn)矩特征由圖中可以看出，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(zhuǎn)矩增加的效果是十分明顯的。（VR 5 發(fā)動機從開始設(shè)計時就采取了可變進氣歧管）由于發(fā)動機中、低速的轉(zhuǎn)矩很高，在

14、此低速范圍內(nèi)利用檔位的經(jīng)常調(diào)整就可獲得非常舒適的駕駛要求（即此時的發(fā)動機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換閥是很少打開的。但有些雜質(zhì)，例如灰塵或機油會進入轉(zhuǎn)換閥內(nèi)，會阻止它的正常運動，為保證轉(zhuǎn)換閥的操作， 從一開始設(shè)計時轉(zhuǎn)換閥就被延伸到旁邊的一個特殊的位置上。轉(zhuǎn)換閥保持在功率位置直到轉(zhuǎn)速上升到1100rpm 時，閥體轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩位置。這個額外的轉(zhuǎn)換點是為了轉(zhuǎn)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(shè)計：負荷轉(zhuǎn)換閥的概念根據(jù)這個概念，轉(zhuǎn)換閥的動作還將依靠發(fā)動機的負荷。為了達

15、到最大的充氣效率，在全負荷下，轉(zhuǎn)換閥就轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換閥在轉(zhuǎn)矩位置。因為諧振管進氣頻率不協(xié)調(diào)，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?？諝鈩恿ο浜屯彩睫D(zhuǎn)換調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)換閥的機械裝置位于可變進氣歧管的上部， 轉(zhuǎn)換閥對于每一個功率管都有一個分開的通道與之相對應(yīng)。 在功率位置，這些通道將變成功率管的一部分。轉(zhuǎn)換閥是由塑料制成的而且很有彈性。在轉(zhuǎn)換閥和動力室之間有一點點縫隙是必要的， 可以保證設(shè)備運行良好，但是不能太大。就是很少的空氣缺口也會造成轉(zhuǎn)矩很大的減少， 這個減少是由于反射波經(jīng)過每個管路到動力室時能量減少

16、所致。功率集流器的進氣每個汽缸得到直接從轉(zhuǎn)矩集流器中轉(zhuǎn)矩管出來的空氣。 由于所有汽缸的功率集流器通道關(guān)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(guān)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(zhuǎn)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。筒式轉(zhuǎn)換閥塑料管內(nèi)都是真空的。發(fā)動機控制可變進氣管改變閥 N156 真空可從可變轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換閥在發(fā)動機不運轉(zhuǎn)或怠速運轉(zhuǎn)時，它被用一個壓縮彈簧固定在那里?？勺冞M氣歧管轉(zhuǎn)換電磁閥可變進氣閥是一個真空閥。它依靠發(fā)動機負荷和發(fā)動機轉(zhuǎn)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。應(yīng)急狀態(tài)：如果沒有信號，真空管將關(guān)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）