汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)的發(fā)展探討

蔣永敏 金紅基

摘要：近些年來，我國的經(jīng)濟發(fā)展速度越來越快，人民的生活質(zhì)量也得到了極大的提升，目前已經(jīng)基本進入了全民有車的時代，因此汽車行業(yè)得以迅猛發(fā)展，有關(guān)汽車的各項專業(yè)技術(shù)都在發(fā)展中有了不同程度的創(chuàng)新。其中，汽車發(fā)動機作為汽車的“心臟”，重要性不言而喻，而為了提高汽車的安全性與動能，我國對汽車發(fā)動機技術(shù)的研究從未停止。在發(fā)動機當(dāng)中，保障發(fā)動機壽命和質(zhì)量的關(guān)鍵部分就是進氣系統(tǒng)，因此我國的汽車工程師都在致力于汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)的研究。本文中，筆者將通過不同角度的分析，對汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)的發(fā)展進行探討。

關(guān)鍵詞：汽車;發(fā)動機;進氣系統(tǒng);技術(shù);養(yǎng)護管理

中圖分類號：U466? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）16-0060-02

0? 引言

汽車從問世發(fā)展至今，已有百余年歷史，在發(fā)動機的技術(shù)上有了非常大的進步與創(chuàng)新，但是就汽車發(fā)動機技術(shù)真正的大幅度強化主要是在近20年間，并且主要是得益于計算機信息技術(shù)的迅猛發(fā)展。從上世紀九十年代開始，世界各國逐漸認識到環(huán)境保護的重要性，而汽車作為污染物排放的主要來源之一，成為了環(huán)境保護工作的主要對象，因此在目前的汽車類型當(dāng)中，逐漸出現(xiàn)了電車、太陽能車等節(jié)能環(huán)保技術(shù)。最近幾年，經(jīng)過我國汽車工程師的不懈努力，汽車發(fā)動機的進氣系統(tǒng)有了明顯改善。

1? 目前汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)中控制技術(shù)簡析

1.1 可變氣門正時

這種進氣控制技術(shù)，又可稱為可變配氣相位。在這種控制技術(shù)當(dāng)中，汽車發(fā)動機工作時，會有部分環(huán)節(jié)經(jīng)常出現(xiàn)問題，且往往不易解決。例如：在發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低時的扭矩輸出無法保證、在發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高時的功率輸出無法保證、在發(fā)動機正常運行時的油耗無法保證等等。而在這些時候，想要完美的解決這些問題，單單依靠節(jié)氣門控制技術(shù)來調(diào)節(jié)燃油的供給是遠遠不夠的。而通過可變氣門正時控制技術(shù)，能夠使上述問題得以完美解決。在應(yīng)用這種控制技術(shù)的汽車企業(yè)當(dāng)中，最具代表性的就是日本豐田公司的VVT-i、以及本田公司的VTEC、薩博公司的SAAB這三家。通常情況下，在發(fā)動機的氣門組當(dāng)中，往往只需要一組凸輪驅(qū)動即可，而在本田公司的進氣系統(tǒng)當(dāng)中，發(fā)動機在低速或者高度轉(zhuǎn)動這兩種情況下，則需要使用兩組不同的凸輪驅(qū)動，并且能夠使用電子信息技術(shù)進行可視化控制，從而保障發(fā)動機進氣系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下的進氣需求，延長汽車發(fā)動機的使用壽命[1]。

1.2 可變進氣系統(tǒng)

現(xiàn)如今，增強發(fā)動機性能的主要方式就是提高充氣效率，除了基礎(chǔ)的增壓提氣之外，提高充氣效率還可以選擇合理的配氣相位，并且要求配氣相位能夠根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速情況進行調(diào)整，除此之外還可以選擇慣性進氣和諧振效應(yīng)，這些方法對于提高充氣效率來說作用十分顯著。其中，慣性進氣和諧振效應(yīng)的變化應(yīng)當(dāng)隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)動的實際情況、進氣管道的大小以及長度進行變化。與此同時，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化時，進氣管道的大小以及長度往往也隨之改變，這樣能夠使慣性進氣的效果更加顯著。所以，在我國目前的汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)當(dāng)中，可變進氣系統(tǒng)是一個重要的技術(shù)，它能夠適應(yīng)發(fā)動機不同階段的工作內(nèi)容，極大的提高發(fā)動機性能，改善發(fā)動機怠速時可能出現(xiàn)的抖動現(xiàn)象，還能夠降低發(fā)動機的廢氣排放量，實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的保護[2]。

2? 汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)如何提高穩(wěn)定性

在汽車運行當(dāng)中，首當(dāng)其沖的應(yīng)該是安全問題，在這項問題得以解決之后，另一個問題就是提高汽車的穩(wěn)定性，而這與發(fā)動機進氣系統(tǒng)的布局密切相關(guān)，是否擁有一個合理的布局直接決定著汽車駕駛的穩(wěn)定性。選擇高度較高以及空間偏大的位置進行布局，是以往的發(fā)動機進氣口設(shè)計的普遍措施，因為通過這種布局形式，能夠及時排出發(fā)動機進氣口的灰塵雜物，并做好預(yù)防工作，但是由于進氣口往往與空調(diào)相連接，所以在設(shè)計這種布局時，還需要安裝一個過濾器，并且在使用過程中不斷清潔與更換過濾器濾芯，以此來凈化車內(nèi)空氣。但是這種布局仍然比較麻煩，因此在日后的發(fā)動機進氣系統(tǒng)發(fā)展中，為了提高其穩(wěn)定性，可以在設(shè)計進氣管道布局時，盡可能的避免管道彎曲以及過長等情況出現(xiàn)，從而更加有利于廢氣的排放，減少了過濾器的使用，在提高穩(wěn)定性的同時，還簡化了操作步驟[3]。

3? 汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)發(fā)展階段

3.1 進氣系統(tǒng)——諧波增壓

在諧波增壓系統(tǒng)當(dāng)中，主要存在兩種工作方式，一種是可變進氣的管容積方式，另一種是可變進氣的管式方式。在這兩種工作方式當(dāng)中，可變進氣管式方式諧波增壓技術(shù)逐漸受到了廣泛的應(yīng)用，并且在汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)當(dāng)中取得了不錯的成果，這種技術(shù)方式，通過對進氣管道的大小和長度進行改變，實現(xiàn)了增壓效果的大幅度增強，為了更好的實現(xiàn)這種目的，還時長借助于空氣流動中慣性造成的壓力。目前，應(yīng)用這種進氣系統(tǒng)的汽車企業(yè)基本只有奧迪、寶馬、豐田等公司旗下的幾款車型。這種進氣系統(tǒng)的優(yōu)勢，主要是可以在發(fā)動機運行過程中，將進氣口位置的空氣融合到燃油的空氣中，加快空氣流動速度，從而使汽車發(fā)動機在各種環(huán)境之下，都能夠擁有足夠的進氣，延長發(fā)動機的使用壽命。而這種進氣系統(tǒng)的劣勢，主要是相較于其他種類的增壓來說，諧波增壓的效果不夠明顯[4]。

3.2 進氣系統(tǒng)——可變氣門正時

可變氣門正時系統(tǒng)，主要是在汽車發(fā)動機運行過程中，控制凸輪軸進行旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)進氣口的尺寸，有效的制衡進氣量的大小，從而使進氣口的空氣能夠與燃油空氣進行融合，讓汽油燃燒更加充分，目前這種進氣系統(tǒng)主要是日本豐田公司應(yīng)用較多。其主要的工作原理為：根據(jù)汽車發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速情況，調(diào)節(jié)進氣口的大小，從而提高發(fā)動機功率，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速極低的情況下，則要適當(dāng)?shù)目s小進氣口，從而降低發(fā)動機怠速時的損耗，因此需要嚴格把控進氣量的多少，讓發(fā)動機中的汽油燃燒充分。這種進氣系統(tǒng)同樣存在著優(yōu)勢和劣勢，優(yōu)勢就是能夠有效的控制凸輪軸，并精準確定進氣口的大小，提高發(fā)動機的運轉(zhuǎn)動力。劣勢就是這種進氣系統(tǒng)主要的控制方式太過依賴進氣口的調(diào)節(jié)，在一定程度上限制了進氣量的多少[5]。

3.3 進氣系統(tǒng)——可變氣門升程

這種進氣系統(tǒng)，能夠使自身的進氣口開合根據(jù)發(fā)動機的實際運行情況進行調(diào)整，從而提高燃油效率。主要的工作原理為：在汽車發(fā)動機的不同氣缸，在進氣凸輪軸中安置三個凸輪，而三個凸輪的升程則各有不同，兩邊凸輪的升程要明顯短于中間的凸輪，在汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速相對較低的情況下，中間部位的凸輪則失去了作用，有效控制了進氣量，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速相對較高的情況下，則三個凸輪全部發(fā)揮作用，并分別控制自身氣門開啟的次數(shù)，延長氣門的開啟時間，提高進氣量，進一步提高燃油效率。同樣，這種進氣系統(tǒng)的優(yōu)勢在于，能夠在汽車發(fā)動機怠速狀態(tài)下，極大降低油耗，并且通過三個凸輪之間的相互作用，還能提高發(fā)動機的安全性，避免一些不必要的經(jīng)濟損失。劣勢就在于這種控制系統(tǒng)是通過分段式的調(diào)節(jié)方式進行氣門調(diào)節(jié)，可能會出現(xiàn)汽車發(fā)動機的線性功率輸出異常等情況[6]。

3.4 進氣系統(tǒng)——電子氣門技術(shù)

汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)發(fā)展至今，出現(xiàn)了新型的電子氣門技術(shù)，目前這種技術(shù)已經(jīng)在寶馬的一些車型當(dāng)中得到有效應(yīng)用，相較于上述三種進氣系統(tǒng)而言，這種技術(shù)更加先進，工作效率也更高。所謂的電子氣門技術(shù)，就是將一根偏心軸安裝在現(xiàn)有的進氣系統(tǒng)當(dāng)中，并且這根偏心軸的實際位置還要根據(jù)發(fā)動機機械運動的實際狀況進行調(diào)整，與此同時，電子氣門技術(shù)還能夠更加精準的控制進氣口大小以及長短，讓進氣口的空氣與燃油能夠高效融合，極大的提高了汽車發(fā)動機的動力。由于這種技術(shù)的應(yīng)用時間相對較短，所以其不足之處尚未總結(jié)完整，這里主要闡述一下該技術(shù)的優(yōu)勢，即相較于傳統(tǒng)的進氣系統(tǒng)來說，電子氣門技術(shù)不再使用節(jié)氣門，極大的降低了泵氣損失，使應(yīng)用這種技術(shù)的汽車油耗大大降低[7]。

4? 做好汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)的養(yǎng)護管理

4.1 進氣系統(tǒng)中需要養(yǎng)護管理的內(nèi)容

在發(fā)動機進氣系統(tǒng)未來的發(fā)展當(dāng)中，需要做好養(yǎng)護管理工作，以此來進一步延長發(fā)動機的使用壽命。進氣系統(tǒng)中需要進行養(yǎng)護管理的主要內(nèi)容可以分為以下幾個方面：第一，就是及時的清潔或更換空氣過濾器。在進氣系統(tǒng)當(dāng)中，空氣過濾器能夠有效過濾掉竄入發(fā)動機內(nèi)部的劣質(zhì)空氣，這些空氣久而久之會隨著發(fā)動機的運行，形成大小不一的顆粒狀，嚴重阻礙發(fā)動機內(nèi)部的空氣流通，因此必須及時的清潔或者更換;第二，就是做好進氣管道的保養(yǎng)工作。在進氣系統(tǒng)當(dāng)中，進氣管道能夠?qū)l(fā)動機所需的空氣，及時運送到進氣歧管當(dāng)中，而后順著管道進入發(fā)動機內(nèi)部，但是這些空氣大多來自外部，盡管已經(jīng)經(jīng)過了空氣過濾器的凈化，但是空氣中仍然會存在不同種類的顆粒灰塵以及各種雜質(zhì)，一旦進入到發(fā)動機當(dāng)中，會附著在進氣管道內(nèi)壁，因此必須做好進氣管道的保養(yǎng)工作;第三，就是要做好電子氣門的清洗工作。電子氣門作為一種新型技術(shù)，在應(yīng)用過程中難免會遇到一些問題，而電子氣門又是發(fā)動機所需空氣進入的要道，所以空氣當(dāng)中的雜質(zhì)也會附著在氣門之上，因此必須要做好電子氣門的清洗工作，降低發(fā)動機運行過程中的損耗[8]。

4.2 養(yǎng)護管理的主要措施

根據(jù)上述的養(yǎng)護管理內(nèi)容，具體的養(yǎng)護措施主要分為以下幾點：第一，就是空氣過濾器的清潔或更換。清潔這一步，一般在汽車行駛超過2萬公里之后，就需要到4S店內(nèi)使用空氣槍進行吹灰，能夠有效去除空氣凈化器中的灰塵和雜質(zhì)。而更換則是需要汽車行駛到4萬公里之后，這時普通的清潔手段已經(jīng)無法滿足空氣過濾器的需要，所以就要將過臟或者老化的空氣凈化器進行更換;第二，就是進氣管道的保養(yǎng)工作。在這一步中，一般只需要將進氣管道從發(fā)動機中拆除，而后使用專業(yè)清潔劑進行清潔即可，這樣做能夠有效加快空氣的流通，提高發(fā)動機的動能;第三，就是電子氣門的清洗工作。電子氣門，又被稱為節(jié)流閥體，是發(fā)動機所需空氣進入的主要通道，因此清洗過程中，需要在確保潔凈的同時，保護電子氣門免遭破壞，可以先將電子氣門拆下，而后用專業(yè)的清潔劑小心擦拭，清洗后再使用電子儀器裝回。

5? 結(jié)束語

綜上所述，在新時期的時代背景之下，人們對汽車的功能要求越來越高，所以相關(guān)從業(yè)人員必須要投身于發(fā)動機的研究當(dāng)中，讓汽車的“心臟”能夠更加安全可靠。

參考文獻：

[1]黃明.汽車構(gòu)造中汽車發(fā)動機技術(shù)及其新進展研究[J].時代汽車，2021（09）：162-163.

[2]余龍，徐生榮，朱銀，丁華鋒.進氣系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計[J].汽車實用技術(shù)，2021，46（08）：36-38.

[3]梁婷，郭瑞庭，王磊，唐海國.汽車進氣系統(tǒng)優(yōu)化分析與環(huán)模試驗驗證[J].時代汽車，2021（05）：117-118.

[4]付巖，王妍.分析汽車發(fā)動機故障檢測與維修技術(shù)要點[J].時代汽車，2021（06）：169-170.

[5]史冊.汽車構(gòu)造中汽車發(fā)動機技術(shù)及其新進展[J].科技經(jīng)濟導(dǎo)刊，2020，28（34）：54-55.

[6]袁夢穎.汽車發(fā)動機可變氣門技術(shù)及其發(fā)展[J].時代汽車，2020（21）：153-154.

[7]劉飛，趙一凡，牛衛(wèi)箭.發(fā)動機進氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與仿真研究[J].機械設(shè)計，2020，37（07）：80-86.

[8]張文智.汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)的發(fā)展研究[J].科技風(fēng)，2019（02）：161.