可变进气装置

4.2.1 概述

所谓可变进气系统，是指在车用发动机的运转区域内，随时改变或不断调节发动机的控制系统。其目的是通过进气系统的调节作用，提高发动机进气的充填效率，以获得优异的输出功率。

若要提高发动机动力性能只有提高充气效率。提高充气效率的途径除了增压之外，还可以采用适当的配气相位并能随发动机转速不同而变化，也可以利用进气的惯性及谐振效应，这些都是提高充气效率的最佳方式。进气惯性及谐振效应是随着发动机转速、进气管长度及管径大小的变化而变化的。在不同转速下，进气管长度应有所不同，才能获得良好的进气惯性效应。因此，只有结合可变配气相位控制，可变进气系统才能适应不同工况的要求，比较全面地提高发动机性能。

4.2.2 可变进气系统分类

可变进气系统分为多气门分别投入工作和可变进气道系统两类。目的都是为了改变进气涡流强度、提高充气效率;或是为了形成谐振及进气脉冲惯性效应，以适应低速及中高速工况都能提高性能的需要。

1.多气门分别投入工作

多气门分别投入工作的方式有两种:一种是通过凸轮或摇臂控制气门按时开或关;另一种是在气道中设置旋转阀门，按需要打开或关闭该气门的进气通道。后者比前者控制简单。

2.可变进气道系统

可变进气道系统是根据发动机不同工况，采用不同长度及容积的进气管向汽缸内充气，以便能形成惯性充气效应及谐振脉冲波效应，从而提高充气效率及发动机动力性能。它有三种工作形式:双脉冲进气系统、四气门二段进气系统和三段进气系统。

1)双脉冲进气系统

双脉冲进气系统由空气室及两根脉冲进气管组成，空气室的入口处设置节气门，与两根直径较大的进气管相连接，作用是防止两组(每三缸一组)进气管中谐振空气柱的相互干扰。每根脉冲进气管成为形成谐振空气波的通道，分别连接两组汽缸。

将六缸机的进气道分成前后两组，这就相当于两个三缸机的进气管，每个汽缸有240°的进气冲程，各汽缸之间不会产生进气脉冲波的相互干扰。该系统能够使每个汽缸都会产生空气谐振波的动力效应，而直径较大的空气室、中间产生谐振空气波的通道与进气歧管一起，形成脉冲波谐振循环系统。它的工作分为两段，即低速段(转速＜4400r/min)和高速段(转速＞4400r/min)。

2)四气门二段进气系统

二段即低中速段(转速＜3800r/min)和高速段(转速＞3800r/min)。该进气系统由弯曲的长进气管和短的直进气管与空气室相连接，分别连接到缸盖的两个进气门上。在发动机低、中速工况时，动力阀关闭短进气管的通道，空气通过长的弯曲进气管向汽缸供气，使气流速度增加，并且形成较强的涡流，促进良好混合气的形成。而在高速工况时，动力阀打开，额外的空气从空气室经过短进气管进入汽缸，改善了容积效率，并且由另一气门进入汽缸的这股气流，将低、中速工况形成的涡流改变成滚流运动，更能满足高速高负荷时改善燃烧的需要，可提高汽缸充气率，实现提高发动机动力性能的目的。另外，进气管的长度能够在进气门即将关闭时，形成较强的反射压力波峰，增加进入汽缸的空气量。这都有助于提高发动机低速时的转矩。

3)三段进气系统

三段即低速段(转速＜4000r/min)、中速段(4000r/min＜转速＜5000r/min)和高速段(转速＞5000r/min)。该系统与两段进气系统不同，它由末端连在一起的两根空气室管组成，并布置在V形夹角之间。每根空气室管通过三根单独的脉冲管连接到左侧或者右侧的汽缸上。每一侧汽缸形成独立的三缸机，各缸的进气冲程相位为均匀隔开的240°。两根空气室管的入口处有各自的节流阀，在两根空气室中部有用阀门控制的连接通道，在空气室末端V形连接管处布置有两个蝶形阀门。在发动机低速工况，两空气室管之间的阀及高速工况用阀关闭。每根空气室管及与其相连接的三根脉冲进气管形成完整的谐振系统，将在一定转速(3500r/min)工况下，将惯性效应及波动效应综合在一起，从而使充气效率及转矩达到峰值。

当发动机转速高于3500r/min时，谐振压力波的幅值变小，因此可变系统的效果也变差，相应地每个汽缸的充气效率也会变小。当发动机转速处于4000～5000r/min之间，即中速工况时，连接两根空气室管的阀门打开，因此部分损坏了低速工况谐振压力波频率，然而却在转速为4500r/min的工况下，形成新的谐振压力波峰，从而使更多的空气或混合气进入汽缸。当发动机转速进一步提高，如达到5000r/min以上时，短进气道中蝶形阀门打开，在两个空气室之间的直接通道的空气流动，影响了第二阶段的惯性效应及脉冲效应。然而在高速范围(5000～6000r/min)内，通过各缸进气管的脉冲及谐振作用，建立了新的脉冲压力波及效果。于是三阶段的可变进气系统在三段转速范围内都能形成一个高的转矩峰值，从而提高了整个转速范围内的转矩，使转矩特性更平坦，数值更高。

汽缸燃烧所必需的空气通过进气歧管进入汽缸。较长的进气歧管能使发动机在低转速时获得较大转矩，但在高转速时最大输出功率较低。而较短的进气歧管可以使发动机在低转速时获得较小的转矩，但在高转速时最大输出功率较高。这些矛盾可以通过双级可变进气歧管来解决，能保证在相应的转速范围内始终具有一定的有效长度，保证低转速时具有较大转矩的同时，在高转速时也具有较高的最大输出功率，保证发动机在高速行驶时具有较好的加速性。

可变进气歧管长度控制技术能兼顾高速及低速的不同工况，改善发动机怠速及低速时的性能及稳定性，提高发动机的动力性和经济性，降低发动机的排放污染。