雷 藝

（廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530023）

新型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣瞬間增壓系統(tǒng)的研究

雷 藝

（廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530023）

為解決當(dāng)前廣泛使用的四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在急加速瞬間，由于進(jìn)氣滯后不能夠滿足其對(duì)進(jìn)氣量的需求，而最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速響應(yīng)油門踏板速度慢的問題。本文通過描述性研究法在現(xiàn)有的進(jìn)氣增壓系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，對(duì)一種新型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣瞬間增壓系統(tǒng)進(jìn)行分析與研究，最終設(shè)計(jì)的一套系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)急加速瞬間，從節(jié)氣門以外的另一個(gè)渠道快速向進(jìn)氣管補(bǔ)充足夠的新鮮空氣，從而滿足汽車發(fā)動(dòng)機(jī)急加速瞬間對(duì)進(jìn)氣量的需求，提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)油門踏板的響應(yīng)性。

汽油發(fā)動(dòng)機(jī)；瞬間增壓系統(tǒng)；進(jìn)氣

當(dāng)前，汽車上廣泛運(yùn)用的四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的進(jìn)氣系統(tǒng)大致相同。燃燒需要的新鮮空氣流經(jīng)空氣濾清器、節(jié)氣門體、節(jié)氣門之后再進(jìn)入進(jìn)氣總管、進(jìn)氣歧管，最后通過進(jìn)氣門流入各氣缸內(nèi)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)節(jié)氣門開啟的角度不大，流入的空氣量基本能夠滿足汽車發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)進(jìn)氣量的需求。而進(jìn)行急加速瞬間節(jié)氣門被迅速打開，氣體因?yàn)榱鲃?dòng)滯后的問題，不能及時(shí)、快速地通過節(jié)氣門進(jìn)入進(jìn)氣總管、進(jìn)氣歧管到氣缸中，導(dǎo)致加速瞬間進(jìn)氣量不能夠滿足汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的需求，最終導(dǎo)致燃燒后所產(chǎn)生的動(dòng)力不足而出現(xiàn)加速滯后的問題[1]。本文采用描述性研究法結(jié)合當(dāng)前現(xiàn)有的進(jìn)氣增壓系統(tǒng)對(duì)該問題進(jìn)行了全面深入的分析與研究。最終通過所設(shè)計(jì)的一套全新裝置，有效地解決了當(dāng)前汽油發(fā)動(dòng)機(jī)急加速過程中轉(zhuǎn)速響應(yīng)油門踏板速度慢的問題。

1 當(dāng)前汽油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣增壓系統(tǒng)的情況

汽油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)目前也有相應(yīng)的增壓系統(tǒng)，如機(jī)械式的增壓系統(tǒng)、廢氣渦輪式的增壓系統(tǒng)、電動(dòng)渦輪式的增壓系統(tǒng)及混合式的增壓系統(tǒng)。但這些系統(tǒng)均存在以下問題：一些增壓系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低、節(jié)氣門開啟角度不大時(shí)并不工作，急加速時(shí)才開始工作，導(dǎo)致進(jìn)氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于發(fā)動(dòng)機(jī)在急加速瞬間所需的空氣量[2]。另一些增壓系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低、節(jié)氣門開啟角度不大時(shí)也“低速”增壓工作，但此時(shí)吸入的空氣量大于增壓空氣量時(shí)導(dǎo)致增壓后的氣體“積壓”在節(jié)氣門前方影響到正常的進(jìn)氣。當(dāng)急加速時(shí)節(jié)氣門迅速打開，“積壓”于節(jié)氣門前方的氣體因流動(dòng)的慣性問題也不能快速通過節(jié)氣門進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸燃燒室中。本文設(shè)計(jì)的一套新型進(jìn)氣瞬間增壓系統(tǒng)有效地解決了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)急加速瞬間吸入空氣量不足的這個(gè)問題。

2 系統(tǒng)組成及原理

一種新型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣瞬間增壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由空氣濾清器、低壓氣管、空氣壓縮機(jī)、高壓氣管、儲(chǔ)氣罐、控制閥、增壓控制單元、壓力傳感器、進(jìn)氣溫度及空氣流量計(jì)組成。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是讓發(fā)動(dòng)機(jī)急加速過程中從另一個(gè)進(jìn)氣“渠道”瞬間額外增加部分空氣，并將此部分空氣噴射至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣總管或進(jìn)氣歧管中，以此來滿足急加速瞬間汽車發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)進(jìn)氣量的需求，提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中對(duì)急加速的響應(yīng)性。

當(dāng)汽車急加速瞬間，將預(yù)先加壓后儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓縮空氣急速噴射至發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門后方的進(jìn)氣總管或進(jìn)氣歧管中。瞬間增加吸入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的空氣量，提高燃燒后產(chǎn)生的動(dòng)力，從而改變當(dāng)前汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在急加速瞬間由于進(jìn)氣量不足導(dǎo)致加速滯后的現(xiàn)象。

壓縮空氣預(yù)先存儲(chǔ)于儲(chǔ)氣罐中。當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)急加速時(shí)，增壓控制單元控制常閉控制閥打開，存儲(chǔ)于儲(chǔ)氣罐內(nèi)的高壓氣體通過高壓管路輸送到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的節(jié)氣門后方，并以一定的角度噴射到進(jìn)氣總管或進(jìn)氣歧管中。

所述儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氣體壓力由壓力傳感器進(jìn)行檢測，之后轉(zhuǎn)換成信號(hào)輸入增壓控制單元內(nèi)。空氣壓縮機(jī)由增壓控制單元進(jìn)行控制。

噴射進(jìn)入汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣總管或進(jìn)氣歧管的氣體接受進(jìn)氣溫度及空氣流量計(jì)的檢測，并轉(zhuǎn)變成信號(hào)輸入到增壓控制單元，該控制單元將此信號(hào)輸入汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，由汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元最終對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所需的燃油噴射量及點(diǎn)火時(shí)刻進(jìn)行修正。

3 具體實(shí)施方式

一種汽油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣瞬間增壓系統(tǒng)，如圖1（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖）所示。它由空氣濾清器1，低壓氣管2，空氣壓縮機(jī)3，高壓氣管4，儲(chǔ)氣罐5，控制閥6，增壓控制單元7，壓力傳感器8，進(jìn)氣溫度及空氣流量計(jì)9組成（圖中另有標(biāo)注 A、B、C、D、E、F、G、H 為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的各元件，分別為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元A、油門踏板位置傳感器B、發(fā)動(dòng)機(jī)空氣濾清器C、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣軟管D、進(jìn)氣溫度及空氣流量計(jì)E、節(jié)氣門體F、節(jié)氣門G、節(jié)氣門電機(jī)及位置傳感器H）。其相互之間的連接關(guān)系如圖1（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖）所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

下面分別對(duì)本系統(tǒng)的各主要組件進(jìn)行描述。

空氣濾清器1：其作用是過濾空氣中的各種雜質(zhì)和水份，對(duì)其要求大致與汽車空氣濾清器相同。

空氣壓縮機(jī)3：其作用是將空氣濾清器過濾后的空氣進(jìn)行壓縮，并存儲(chǔ)到儲(chǔ)氣罐5中。

儲(chǔ)氣罐5：其作用是儲(chǔ)存空氣壓縮機(jī)3壓縮后的空氣，儲(chǔ)氣罐5應(yīng)當(dāng)設(shè)置有排水裝置，需定期排放其中的水份。

控制閥6為常閉式閥體，其作用是控制由儲(chǔ)氣罐5噴射到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門體后方的壓縮氣體。對(duì)其的控制可通過開關(guān)信號(hào)或脈沖信號(hào)來進(jìn)行。

增壓控制單元7：其作用是接收來自汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的油門踏板位置傳感器B、節(jié)氣門位置傳感器H及本增壓系統(tǒng)壓力傳感器8的信號(hào)，并對(duì)空氣壓縮機(jī)3、控制閥6實(shí)施控制，同時(shí)收取進(jìn)氣溫度及空氣流量計(jì)9的信號(hào)之后輸送給汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元A。其工作電壓要求與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元A的電壓相同。

壓力傳感器8：其作用是檢測儲(chǔ)氣罐5中壓縮氣體的壓力，并將壓力值轉(zhuǎn)為信號(hào)輸入到增壓控制單元7中。

進(jìn)氣溫度及空氣流量計(jì)9：其作用是增壓過程中檢測額外快速流入汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣總管或進(jìn)氣歧管的壓縮空氣溫度及流量，并將此轉(zhuǎn)為信號(hào)輸入到增壓控制單元7中。

本系統(tǒng)的工作原理：當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，壓力傳感器8檢測儲(chǔ)氣罐5內(nèi)的氣體壓力并將氣體壓力轉(zhuǎn)換為信號(hào)輸入增壓控制單元7。儲(chǔ)氣罐5內(nèi)氣體壓力低于某一設(shè)定值時(shí)，增壓控制單元7輸出信號(hào)對(duì)空氣壓縮機(jī)3進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)控制。經(jīng)過空氣壓縮機(jī)3壓縮后的空氣儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐5中。當(dāng)壓力傳感器8檢測儲(chǔ)氣罐5內(nèi)氣體壓力高于某一設(shè)定值時(shí)，增壓控制單元7停止向空氣壓縮機(jī)3輸出運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)，空氣壓縮機(jī)3停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

在增壓控制單元7從汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元A、發(fā)動(dòng)機(jī)油門踏板位置傳感器B及節(jié)氣門位置傳感器H接收到急加速信號(hào)后，迅速向常閉控制閥6輸出開啟信號(hào)，存儲(chǔ)在儲(chǔ)氣罐5中壓縮氣體從常閉控制閥6流出，通過高壓氣管4噴射至汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)節(jié)氣門后方的進(jìn)氣總管或進(jìn)氣歧管中（在急加速過程瞬間通過節(jié)氣門以外的另一個(gè)渠道快速補(bǔ)充進(jìn)氣量）。噴射至節(jié)氣門后方的壓縮氣體流經(jīng)進(jìn)氣溫度及空氣流量計(jì)9時(shí)被進(jìn)行計(jì)量并轉(zhuǎn)換成信號(hào)輸入增壓控制單元7中，增壓控制單元7將此信號(hào)輸入到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元A以修正汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒所需的噴油量與點(diǎn)火提前角度。

4 本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：第一，改變了當(dāng)前汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在急加速瞬間由于進(jìn)氣量不足導(dǎo)致加速滯后的現(xiàn)象；第二，適用于單缸或多缸四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)急加速瞬間對(duì)進(jìn)氣量的需求；第三，既可在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造之初將該系統(tǒng)添加到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)整個(gè)方案之中，也適用對(duì)正在使用的四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改裝，改裝后的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)瞬間加速性能可實(shí)現(xiàn)立桿見影的功效。

5 結(jié)束語

本文所設(shè)計(jì)的新型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)瞬間增加系統(tǒng)，讓汽車在加速過程中發(fā)動(dòng)機(jī)跟隨油門踏板的響應(yīng)速度比以往的進(jìn)氣增壓系統(tǒng)響應(yīng)更加迅速、靈敏，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出也更為直接有效。較好地解決了當(dāng)前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)急加速時(shí)由于常規(guī)設(shè)計(jì)過程中受節(jié)氣門這個(gè)組件所限而帶來的汽車加速過程中進(jìn)氣不順暢、不及時(shí)的問題。

[1]龍 立.增壓直噴汽油機(jī)進(jìn)氣控制系統(tǒng)研究[D].吉林：吉林大學(xué)，2015.

[2]胡必謙.渦輪增壓汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，12（30）：100-102.

A Study on the New Instant Turbocharging Induction System of the Gasoline Engine

LEI Yi
（Guangxi Vocational and Technical College of Communications，Nanning Guangxi 530023，China）

During rapid acceleration in a four stroke gasoline engine，the engine speed is slow in response to the accelerator pedal because Intake lag can not meet the demand of air intake of the engine.To solve this problem，a new system is proposed in this article base on study of the existing turbocharging induction systems.In this new system，the fresh air is filled into the intake pipe quickly from another bypass outside the throttle valve to meet the demand of air intake of the engine during rapid acceleration.By the above way，this new system increases the response of engine speed to the accelerator pedal.

gasoline engine；instant turbocharging induction system；intake air

TK413.5

A

1672-545X（2017）09-0142-03

2017-06-13

雷 藝（1971-），男，廣西南寧人，本科，講師，研究方向：汽車運(yùn)用與維修。