許騰沖

摘 要：當今社會的不斷進步的同時，也對我們賴以生存的環(huán)境造成了許多負面影響。在這樣一個形勢影響下，未來的科技發(fā)展中汽車的低碳、節(jié)能、環(huán)保發(fā)展已經(jīng)漸漸成為一種趨勢，汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)的發(fā)展研究，不僅有利于我們進一步了解發(fā)動機進氣系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律，還對未來汽車進氣系統(tǒng)的研究探索起到一定的指引作用，汽車油耗大、污染率高的弊端才能一步步得以解決。

關鍵詞：汽車發(fā)動機;進氣系統(tǒng);發(fā)展研究

1 進氣系統(tǒng)的發(fā)展

1.1 增壓進氣系統(tǒng)

渦輪增壓是一種利用內燃機云狀產(chǎn)生的廢氣驅動空氣壓縮機。增壓裝置可以在發(fā)動機工作容積和轉速不變的條件下，通過壓縮供燃料燃燒所需的空氣，提高進入氣缸內的空氣質量流量，進而提高發(fā)動機功率密度。增壓系統(tǒng)的組成不僅包括增壓器主體、中冷器、增壓冷卻管路硬件主體，還包括增壓壓力傳感器、空氣流量計、轉速傳感器、爆震傳感器、油門踏板位置（節(jié)氣門及節(jié)氣門位置傳感器）、噴油器、點火線圈等各類電子傳感器進行信號反饋。增壓器主體還包含廢氣旁通閥與進氣泄壓閥，EMS系統(tǒng)通過電子油門踏板（踏板開度）、轉速等電子傳感器反饋信號判斷駕駛員對發(fā)動機動力需求，從而輸出一個增壓占空比，控制增壓器主體的廢氣旁通閥的開度，從而使更多的排氣進入到廢氣渦輪側，增大增壓強度，使進氣壓力達到目標壓力，提高發(fā)動機功率。當EMS從各個電子傳感器中接收到車輛不需要增壓動力時，此時EMS輸出增壓占空比為0，排氣從旁通管路排出，增壓器不再對進氣進行增壓;EMS同時控制增壓器上的進氣泄壓閥打開，使進氣壓力快速降到非增壓水平，使發(fā)動機功率快速降到目標功率。增壓器的固有特性決定了增壓器能達到的最大增壓強度。

1.2 可變氣門正時系統(tǒng)

發(fā)動機轉速和負荷變化時，其進氣量、排氣量、進排氣流的流速、進氣及排氣行程的持續(xù)時間、氣缸內燃燒過程等都不一樣，對配氣相位和氣門升程的要求也不同。例如：轉速高時，進氣氣流流速高，慣性能量大，所以希望進氣門早些打開，晚些關閉，以便充分利用進氣氣流的慣性，使新鮮空氣盡量多一些充入氣缸;反之，在發(fā)動機轉速較低時，進氣流速低，慣性能量也小，如果進氣門遲閉角過大，會使已進入氣缸的新鮮氣體被壓縮行程中上行的活塞擠出氣缸;同樣，如果進氣門過早開啟，由于此時活塞正上行排氣，很容易把廢氣擠入進氣管中，使進氣中的殘余廢氣增多，新鮮氣體反而減少，使發(fā)動機工作不穩(wěn)定。因此，沒有任何一種固定的配氣相位設置能讓發(fā)動機在高低轉速時都能獲得最佳的性能。

1.3 可變氣門升程系統(tǒng)

發(fā)動機在運行過程中，氣門行程越大進氣截面積就越大，進氣阻力越小，氣缸的進氣越通暢，與汽車的高速行駛狀態(tài)非常匹配。但汽車行駛速度較慢時，進氣截面積越大，進氣負壓降低，從會造成發(fā)動機運轉無力或運行不平穩(wěn)。同樣，氣門行程越小氣門越小，發(fā)動機能適應慢速運轉工況，不適應高速行駛的狀況，氣缸進氣和排氣不流暢。發(fā)動機的氣門行程與凸輪軸轉角長度有關，早期發(fā)動機氣門行程固定不變時，氣門行程一般根據(jù)發(fā)動機主要工況的設計。例如，賽車發(fā)動機在高轉速時強大的功率輸出易采用長行程設計，普通民用車兼顧高低轉速易采用適中氣門行程設計，固定氣門行程的發(fā)動機，不能滿足高低轉速區(qū)域的功率要求。造成發(fā)動機工作不穩(wěn)定、功率損失或浪費燃料現(xiàn)象。采用可變行程技術的發(fā)動機，可根據(jù)轉速調節(jié)氣門行程。在發(fā)動機轉速較高時，使用長行程來增加氣門流通截面積，保證進氣流量。提高進氣效率;在發(fā)動機轉速較低時，使用長行程來減小氣門流通截面積，有利于在活塞下移數(shù)度較低時保證進氣負壓，產(chǎn)生更多的渦流，讓吸入汽缸內部的空氣和燃油快速混合均勻，讓燃燒更充分，提高低轉速時發(fā)動機輸出的扭矩。當前豐田汽車普遍使用的一項可變氣門升程技術就是VVT-i智能可變氣門系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要功能是對發(fā)動機氣門運動進行連續(xù)的正時調節(jié)，但不能對氣門的開度大小進行控制。豐田汽車VVT-i智能可變氣門系統(tǒng)的主要工作原理是：當汽車由低速狀態(tài)切換為高速狀態(tài)時，行車電腦ECU會向凸輪控制下的小渦輪內擠壓機油，使小渦輪開始運轉，運轉方向是與凸輪相對進行的。這樣就可以使凸輪在前后60°的范圍內進行旋轉，從而達到控制氣門開啟和閉合時間的目的，從而實現(xiàn)對氣門開啟的持續(xù)時間進行控制。這項技術的優(yōu)點在于可以根據(jù)發(fā)動機所處工況對凸輪進行科學合理的控制，對凸輪軸的旋轉角度也能進行合理的調整，從而對發(fā)動機進氣量的分配達到最佳狀態(tài)，盡可能的提高燃油的燃燒效率，進一步提升汽車扭矩，提升汽車的各項基本性能。

1.4 電子氣門技術

發(fā)動機在不同轉速下。對于氣門行程的需求差別非常大。在低速下，由于進氣量小，如果氣門行程很大，將無法產(chǎn)生足夠的進氣負壓，噴油器在噴油以后，無法與吸入的空氣充分混合，造成燃燒效率低，低速轉矩將大幅減小，而且排放也會增高。在這種情況下，應采用較小的氣門行程。由于氣門行程小，增加了進氣負壓，由此產(chǎn)生的大量渦流可以將混合氣充分混合，滿足低轉速下發(fā)動機的正常運轉。到了高轉速狀態(tài)下情況則恰好相反，此時的進氣量非常大，如果氣門行程過小，會導致進氣氣阻過大，無法吸入足夠的空氣，從而影響到動力的發(fā)揮。因此在高轉速下，就需要氣門行程較大，才能獲得最佳的配氣需求。

2 進氣系統(tǒng)的設計研究

如今國內外的汽車生產(chǎn)商和制造商對于汽車進氣系統(tǒng)的設計研究已經(jīng)有了一套很成熟的技術，對于進氣系統(tǒng)的研究，可以分三步走：根據(jù)對流體的模擬設計，充分利用有限容積的算法建立發(fā)動機模型;運用插入損失的計算公式進行進氣系統(tǒng)的插入損失分析，找出中心頻率;根據(jù)以上對中心頻率進行聲學元件設計。這種三步走的設計方法，可以從科學的角度出發(fā)，驗證進氣系統(tǒng)設計的可靠性和安全性。

3 結束語

汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)的發(fā)展主要經(jīng)歷了諧波增壓進氣系統(tǒng)、可變氣門正時系統(tǒng)、可變氣門升程系統(tǒng)和電子氣門技術三個階段，我們針對這三種系統(tǒng)進行了逐一分析。

參考文獻：

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