淺談汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的發(fā)展

張紅衛(wèi)

摘 要：文章主要介紹現(xiàn)代汽車領(lǐng)域幾種發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的特點、工作原理以及常見故障。隨著汽車科技的發(fā)展，許多國產(chǎn)發(fā)動機(jī)也逐步擁有該技術(shù)，該系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)排氣系統(tǒng)從而優(yōu)化發(fā)動機(jī)性能。

關(guān)鍵詞：可變氣門升程；可變氣門正時

1 諧波增壓進(jìn)氣系統(tǒng)（ACIS）

諧波增壓系統(tǒng)根據(jù)不同的改變方法，可分為可變進(jìn)氣管式及可變進(jìn)氣管容積式兩種。而目前被廣泛應(yīng)用的便是可變進(jìn)氣管式諧波增壓技術(shù)，也就是我們經(jīng)常說的可變長短進(jìn)氣道，簡單的說，諧波增壓進(jìn)氣系統(tǒng)就是通過氣流慣性所產(chǎn)生的壓力波而達(dá)到增壓效果的。常見車型有奧迪C5A6的2.4L 2.8LV6發(fā)動機(jī)；起亞智跑的2.0L 2.4L直列4缸發(fā)動機(jī)；第七代凱美瑞2.5L發(fā)動機(jī)等。

工作原理：發(fā)動機(jī)低速運轉(zhuǎn)時，位于短進(jìn)氣道上的空氣控制閥關(guān)閉，進(jìn)氣氣流通過長進(jìn)氣道流入氣缸。在長進(jìn)氣道的作用下，不僅可以提高氣流的流動速度增加進(jìn)氣壓力，也可以使進(jìn)氣道中的空氣與燃油更加充分混合，從而實現(xiàn)低速進(jìn)氣充沛，增加發(fā)動機(jī)的低速輸出扭矩；發(fā)動機(jī)中高速運轉(zhuǎn)時，短進(jìn)氣道上的空氣控制閥打開，氣流直接通過短進(jìn)氣道進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸，較短的進(jìn)氣道減小了進(jìn)氣阻力，從而使中高速進(jìn)氣更加充沛，提高了發(fā)動機(jī)中高速性能。

特點：雖然諧波增壓進(jìn)氣系統(tǒng)可以增加進(jìn)氣量，相比渦輪增壓以及機(jī)械增壓，這種增壓效果就顯得微乎其微，好的方面就是不用增加維護(hù)成本，故障率低等特點。

2 可變氣門正時系統(tǒng)

此技術(shù)是通過調(diào)節(jié)凸輪軸旋轉(zhuǎn)角度從而改變不同轉(zhuǎn)速不同負(fù)荷下的配氣相位，VVT-i系統(tǒng)就是豐田汽車公司的智能可變氣門正時系統(tǒng)的英文縮寫。

工作原理：在高轉(zhuǎn)速下，為了達(dá)到更好的進(jìn)氣量，提高發(fā)動機(jī)的功率，就要求氣門重疊角更大（進(jìn)氣門提前打開、或者排氣門晚關(guān)）；但在低轉(zhuǎn)速或者怠工時，過大的重疊角則會導(dǎo)致廢氣過多的進(jìn)入進(jìn)氣歧管，使缸內(nèi)氣流混亂，從而導(dǎo)致低速扭矩較低，因此低速時需要減小重疊角（進(jìn)氣門延時打開），此時燃燒會更充分更穩(wěn)定。發(fā)動機(jī)ECU會根據(jù)各個工況通過控制VVT電磁閥利用機(jī)油壓力調(diào)節(jié)凸輪軸上內(nèi)外轉(zhuǎn)子的角度，從而實現(xiàn)配氣相位的變化。

特點：VVT系統(tǒng)可以精確控制氣門開啟角度的變化，從而實現(xiàn)降低排放提升動力的要求，然而只靠開啟角度的變化增加進(jìn)氣量實在有限，如果實現(xiàn)氣門開度大?。忾T升程）也能隨不同工況而改變，就可以顯著提升發(fā)動機(jī)在各轉(zhuǎn)速范圍的動力性能。

3 可變氣門升程系統(tǒng)

可變氣門升程技術(shù)可以在不同發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)不同的氣門升程，低轉(zhuǎn)速時氣門升程較小，氣缸內(nèi)混合氣得到很好的混合，混合氣充分燃燒，從而使發(fā)動機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下可以輸出較高的扭矩；高轉(zhuǎn)速時氣門的升程較大，增加進(jìn)氣量，實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速大功率的輸出。

工作原理：

3.1 本田i-VTEC（分段式氣門升程調(diào)節(jié)系統(tǒng)）

每缸的進(jìn)氣凸輪軸上分布著三個凸輪，中間一個凸輪是開啟時間最長升程最大的凸輪，兩邊的左右凸輪為正常狀態(tài)下的凸輪。三個凸輪分別帶動三個搖臂，兩個進(jìn)氣門由左右搖臂頂動。在低轉(zhuǎn)速小負(fù)荷的情況下，三個搖臂互不干涉，進(jìn)排氣門的開啟由左右兩個凸輪控制，中間一個凸輪帶動中間搖臂做無用功，此時氣門升程角度較小。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高，進(jìn)入高速模式時，ECU控制電磁閥利用機(jī)油壓力頂動位于三個搖臂中的互鎖銷，此時三個搖臂連成一體，由中間的開啟時間最長升程最大的凸輪帶動中間搖臂，中間搖臂通過互鎖銷帶動左右搖臂頂開進(jìn)氣門。由于氣門開啟時間長、升程大從而大量增加進(jìn)氣量，提高輸出功率。

特點：結(jié)構(gòu)簡單故障率低，但是分段式的氣門調(diào)節(jié)方式還是令發(fā)動機(jī)的動力輸出不夠線性。

3.2 奧迪AVS可變氣門升程

奧迪的AVS與本田的i-VTEC大致相同，也是通過改變氣門升程提升發(fā)動機(jī)動力，奧迪的AVS是通過切換不同的凸輪來調(diào)節(jié)氣門升程。

工作原理：每個進(jìn)氣門設(shè)計了兩組不同角度凸輪進(jìn)行調(diào)節(jié)，一組是小凸輪，另一組是大凸輪，這兩個凸輪相對于凸輪軸可以軸向左右移動，在凸輪的一端有螺旋溝槽，螺旋溝槽由電磁閥控制，可以切換不同的凸輪，從而調(diào)節(jié)不同的氣門打開升程。

當(dāng)發(fā)動機(jī)處于高負(fù)荷情況下，AVS系統(tǒng)通過電磁閥控制螺旋溝槽，使凸輪移動至大凸輪工作狀態(tài)，此時氣門的打開和關(guān)閉由大凸輪進(jìn)行控制，氣門的升程可以達(dá)到11mm，從而增加發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量以及進(jìn)氣流速，使發(fā)動機(jī)動力更加充沛；當(dāng)發(fā)動機(jī)小負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，為了追求發(fā)動機(jī)節(jié)油性能，AVS系統(tǒng)將凸輪調(diào)節(jié)至小凸輪工作狀態(tài)。這套系統(tǒng)中還有一個設(shè)計細(xì)節(jié)需要注意，那就是兩個進(jìn)氣門無論是在普通凸輪還是高角度凸輪下的相位和升程是有差別的，也就是說兩個進(jìn)氣門開啟和關(guān)閉的時間以及升程并不相同。這種不對稱的進(jìn)氣設(shè)計是為了讓空氣在流經(jīng)兩個進(jìn)氣門后，同時配合特殊造型的燃燒室和活塞頭，可以令混合氣在氣缸內(nèi)實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)和紊流，進(jìn)一步優(yōu)化混合氣的狀態(tài)。

特點：奧迪AVS可變氣門升程系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)700至4000轉(zhuǎn)之間工作，它的最大優(yōu)點就是可以降低大約7%的燃油消耗。特別是發(fā)動機(jī)處于中間轉(zhuǎn)速區(qū)域進(jìn)行定速巡航時，AVS系統(tǒng)可以為車輛提供很好的節(jié)油效果。

3.3 寶馬的Valvetronic電子氣門技術(shù)

寶馬的Valvetronic電子氣門技術(shù)要比本田的i-VTEC和奧迪的AVS更加先進(jìn)，發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣完全由無級可變進(jìn)氣門升程控制，不再需要以往對于內(nèi)燃式汽油發(fā)動機(jī)來講必不可少的節(jié)氣門。

工作原理：寶馬的Valvetronic系統(tǒng)在傳統(tǒng)的配氣相位機(jī)構(gòu)上增加了一根偏心軸，一個步進(jìn)電機(jī)和中間推桿等部件，該系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，再在一系列機(jī)械傳動后很巧妙的改變了進(jìn)氣門升程的大小。當(dāng)凸輪軸運轉(zhuǎn)時，凸輪會驅(qū)動中間推桿和搖臂來完成氣門的開啟和關(guān)閉。當(dāng)電機(jī)工作時，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)會首先驅(qū)動偏心軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)，然后中間推桿和搖臂會產(chǎn)生聯(lián)動，偏心軸旋轉(zhuǎn)的角度不同，最終凸輪軸通過中間推桿和搖臂頂動氣門產(chǎn)生的升程也會不同。在電機(jī)的驅(qū)動下，進(jìn)氣門的升程可以實現(xiàn)從0.18mm到9.9mm之間的無級變化。

傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)都是利用控制節(jié)氣門機(jī)構(gòu)來改變進(jìn)入氣缸的空氣流量，并通過監(jiān)視空氣流量來決定噴油量，駕車時踩油門其實就是在控制節(jié)氣門的開度。這種控制方式由于存在“泵氣損失”（Pumping loss），而造成很大的能量損失。電子氣門發(fā)動機(jī)去除了節(jié)氣門也就去除了“泵氣損失”，發(fā)動機(jī)可以比傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)節(jié)省10%以上的耗油量。另外，由于沒有了節(jié)氣門的阻礙，新鮮空氣進(jìn)入也更為順暢，使燃燒更加充分，廢氣排放更少。這種進(jìn)氣門升程功能可以控制吸入發(fā)動機(jī)的空氣量，將功率損失保持在極低的水平。

特點：這項技術(shù)可以根據(jù)不同的發(fā)動機(jī)負(fù)荷以及轉(zhuǎn)速，對氣門升程進(jìn)行無極調(diào)節(jié)控制，使發(fā)動機(jī)輸出動力更加線性，同時有良好的節(jié)油效果。

4 結(jié)束語

隨著能源危機(jī)以及環(huán)境日益惡化，對汽車的要求也越來越高，如何提高進(jìn)、排氣效率是對傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)效率提升的一個重要方向和手段，從可變長短進(jìn)氣道發(fā)展至寶馬的Valvetronic電子氣門技術(shù)，每一項新技術(shù)的應(yīng)用，都是希望用更少的燃料產(chǎn)生出更多的動力，同時減低有害氣體的排放。