可变进气歧管通过改变进气管的长度和截面积来提高燃烧效率,使发动机低速时更稳定,扭矩更充沛,高速时更平顺,动力更强劲。
可变进气歧管结构(图)
可变进气歧管(大众迈腾)
1—空气温度传感器的螺栓;2-空气温度传感器;3-活性炭罐电磁阀;4-进气管;5-真空罐;6—高压泵螺栓;7—油箱燃油管路连接接头;8—燃油压力调节阀;9-机械单活塞高压泵;10—轴套;1—连接到燃油分配器的燃油管路的连接管(蓄压器);12—进口翻板控制阀;13—喷射阀;14—进气管接头;15—进气管接头螺栓;16—进气管接头的固定螺母;17—节气门控制单元的螺栓;18—节气门控制单元;19—密封环
可变进气管的工作原理
进气歧管的一端连接到进气门,另一端连接到进气歧管后面的进气谐振室。每个气缸都有一个进气歧管。当发动机运转时,进气门不断地打开和关闭。当气门打开时,进气歧管中的混合气以一定的速度通过气门进入气缸。当阀门关闭时,混合气受阻会反弹,振动频率会反复产生。如果进气歧管短,显然这个频率会更快;如果进气歧管较长,这个频率会变得相对较慢。如果进气歧管内混合气的振荡频率与进气门的开启时间发生共振,那么显然进气效率是很高的。因此,可变进气歧管可以在发动机高速和低速时提供最佳的空气分配。
当发动机低速运转时,采用细长的进气歧管可以增加进气速度和气压强度,使汽油雾化更好,燃烧更好,扭矩增加。(就像把水管压平,水流会更有力。)发动机在高转速下需要大量的混合气,使得进气歧管更粗更短,这样可以吸入更多的混合气,提高输出功率。
可变进气歧管的技术原理
因为混合气是有质量的流体,所以进气管内的流动状态是千变万化的。在工程上,经常利用流体力学来优化其内部设计,比如打磨进气歧管内壁来降低阻力,或者故意制造粗糙表面来制造气缸内的涡流运动。而汽车发动机的工作转速区间高达几千转,每个工况所需的进气需求也不尽相同,这对普通的进气歧管是一个极大的考验。于是,工程师们对进气歧管进行了深度开发,——,让进气歧管有了“变化”。
可变长度
汽车四冲程发动机只有活塞上下往复两次才能完成一个工作循环,进气门只开启1/4的时间,从而在进气歧管内产生进气脉冲。发动机转速越高,气门开启间隔越短,脉冲频率越高。简单来说就是进气歧管振动越大。
工程师们通过改变进气歧管的长度来改善气流。进气歧管设计成蜗形螺旋,分布在发动机缸体中间,气流从中间进入。当发动机以2000转/分的低速运转时,黑色控制阀关闭,气流被迫从长歧管进入气缸。此时,进气歧管的固有频率降低,以适应气流的低速。当发动机转速升至5000转/分时,进气频率上升。这时控制阀打开,气流绕过下导管,直接喷入气缸。这降低了进气歧管的共振频率,有利于高速进气。
可变横截面
我们知道,在低转速下,阀门会被设定为短行程开启,在高转速下,阀门会被设定为长行程开启,这些都是负压造成的。那么进气歧管除了阀门不能达到同样的效果吗?
流体力学原理,管道截面积越大,流体压力越小;管道的横截面积越小,流体压力越大。比如我们小时候都玩自来水,挤水管前端,自来水的压力w
根据这个原理,发动机需要一套机构,在高转速下利用进气歧管更大的截面积来提高进气流量;在低速时采用较小的进气歧管截面积,可以提高气缸的进气负压,还可以在气缸内充分形成涡流,使空气和汽油更好地混合。
可变进气歧管功能
可变长度进气歧管系统是根据发动机转速来调节进气歧管的长度。当发动机转速较低时,它被调整为较长的进气歧管。根据振动原理,进气歧管长度变长后,其固有频率会降低,与此时低速气流的振动频率接近,产生共振效应,会增加发动机低速时的进气量,获得更大的扭矩。但在高速时,由于进气管较长,进气节气门阻力较大,最大输出功率下降。所以在发动机转速较高时,调整为较短的进气歧管,使其固有频率升高,接近此时高速气流的振动频率,也产生共振效应,使发动机在高速时进气量增大,发动机获得更大的功率。
可变长度进气歧管系统的结构原理如图1所示。主要由进气管转换阀、进气管转换阀控制机构等组成。进气管开关阀的控制机构包括ECU、进气管开关真空电磁阀、进气管开关真空膜片盒、真空执行器等部件。
可变进气管长度
可变进气歧管长度是普通民用汽车广泛采用的技术。大部分进气歧管长度被设计成分成两段,长度可调节为33,354,用于低速,短进气歧管用于高速。应该很容易理解为什么要设计成高速时的短进气歧管,因为这样可以让进气更顺畅。但是为什么低速的时候需要很长的进气歧管呢?不会增加进气阻力吗?因为发动机在低转速时的进气频率也较低,长进气歧管可以聚集更多的空气,所以非常适合匹配发动机低转速时的进气需求,从而提高扭矩输出。
此外,长进气歧管还可以降低空气流量,使空气和燃油混合更好,燃烧更充分,产生更大的扭矩输出。这种形式最常见。
可变进气谐振
用的是通过进气谐振来提高发动机中高速时的动力。每个气缸共用同一个共振室,其中两个相互连接。其中一个进气管可以在ECU的控制下通过阀门打开和关闭。这个气门开关频率与气缸间的进气频率有关(进气频率实际上取决于发动机转速)。这样,气缸之间就形成了压力波。如果进气频率与压力波转速对称,根据共振原理,空气会因强烈共振而被强力推入气缸,从而提高了改变进气效率的原理:压力波的频率由交错的进气管控制,在低转速时关闭其中一根,使压力波的频率降低,与相对较低的进气频率重合,从而增加中低转速时的扭力输出;相反,在高转速时,阀门打开,因此
可变排气背压管
许多新型高性能汽车也采用了可变排气背压技术。与可变进气歧管技术类似,可变排气背压技术仅针对废气而设计。普通跑车的排气管将单个气缸的废气收集后汇集到排气歧管,形成新的排气脉冲,形成反向增压。反向增压只有在发动机处于一定转速时才能发挥最佳作用,而排气管的长度决定了其适用的转速范围。短排气管适合低速增压,长排气管则相反。对于排气管长度固定的发动机,只能设计成最适合相对折中的变速排气管长度技术。使用两个不同长度的排气管,它们可以通过开口和相互切换