3.4 可变进气系统 随着发动机的多气门化，提高了发动机的高速动力性 ...

3.4 可变进气系统 随着发动机的多气门化，提高了发动机的高速动力性 ... 3.4 可变进气系统 随着发动机的多气门化，提高了发动机的高速动力性，但又使中小负荷经济性变差和低速扭矩的降低。为了解决此矛盾，近来高性能轿车发动机广泛采用了可变进气系统、可变排气系统、可变增压系统、可变喷油系统等可变化技术，从而使从高速到低速整个使用范围的性能都得到提高。 在可变技术中，可变进气系统应用最为广泛。由于它结构简单、效果显著，被广泛应用在轿车汽油机中。在这里，我们只对可变进气系统做详细介绍。归纳起来它有如下几种型式: 3.4.1 多气门分段参加工作的可变进气系统 2E 型 1.3L 顶置凸轮轴驱动的汽油机采用的是 3 气门 (2 进、 1 排 ) 分段参 丰田 加工作的可变进气系统，其原理如图 3-4-1 所示。 2 个进气门有主、副之分。在主进气门处配合设置了螺旋进气道。 当发动机在中小负荷低速下工作时，凸轮仅打开主进气门，配合螺旋进气道使气流产生强烈的旋流，如图 3-4-1a) 所示，促进了燃料的雾化及与空气的混合和燃烧。再加上双挤流燃烧室和可变喉管化油器，更进一步的改善了混合和燃烧，在发动机中小负荷工作时，空燃比为 19 的稀混合气可以很好的燃烧。 当发动机在高速大负荷下工作时，主、副气门同时被打开，进气通过面积大大增加，同时进气涡流消失，进气阻力很小，充气量增大，从而获得了良好的动力性，其升功率达 41.5kw/L 。 3.4.2 双进气管分段参加工作的可变进气系统 进气门分段参加工作的可变进气系统，是利用螺旋进气道和进气门通过面积的改变使气门处空气流速改变，并形成旋流来改善混合及燃烧。双进气道是利用进气管通道面积的变化形成可变系统来改善混合和燃烧以及动态效应的利用。 丰田汽车公司在 4A — GEU 型汽油机上，采用了双进气管分段参加工作的 4 气门可变进气系统，其原理如图 3-4-2 所示。 当发动机在低速中小负荷工作时，由真空控制的主要进气管关闭，仅打开一个进气管 ( 副进气管 ) ，由于进气道通过面积小，空气流速增加，促进了燃料在进气管中的雾化、蒸发和混合，改善了燃烧。同时管的断面积小，最佳动态效应的转速移向低速，改善了低速扭矩和稳定性。外特性最低油耗仅 272g , kW?h 。 当发动机高速大负荷工作时，主、副进气管同时打开，大大增加的进气面积使流速降低，阻力减小，充气量增加。同时最佳动态效应向高速移动，大大提高了高速动力性。其升功率高达 60.2kW/L 。 3.4.3 采用进气管长度和面积可变的可变进气系统 如图 3-4-3 所示，当发动机中小负荷低速运转时，采用长而细的进气管以保证经济性和低速稳定性。当高速大负荷时采用短而粗的进气管以保证获得高动力性，其升功率达 59kW , L 。 3.4.4 配气定时可变的可变进气系统 为了获得高速高功率，要求进、排气门开启角大，气门升程也要大，特别是进气迟闭角要大，以充分利用高速惯性充气。为了获得低速大扭矩，进气迟闭角要小，以防止低速倒流。为了获得中小负荷良好的经济性，气门重叠角要小。要同时满足上述全部要求，其结构将十分复杂，价格昂贵，难于普及。 日产公司根据汽车的使用频率及重要性，开发出了接近上述要求的“日产进气定时可变的”可变进气系统 NVCS[Nissan Valve Timing Control System] ，用在 V-6 双顶置凸轮轴的 VG30DE 发动机上。图 3-33 为进气定时可变的控制系统图 (NVCS) 。 NVCS 的原理:使联接进气凸轮轴正时皮带轮与凸轮轴的螺旋形花键，随着发动机的转速、负荷的变化，利用油压使之沿轴向移动，由于螺旋形花键的导向，凸轮轴在沿轴向移动的同时旋转一定的角度，从而改变了配气相位。 高速大负荷时， NVCS 处于关闭状态，这时凸轮轴的位置是大的进气迟闭角和小的气门重叠角，以保证高动力性，中小负荷经济性及低速稳定性。低中速大负荷时， NVCS 处于开启状态，气门迟闭角减小，气门重叠角增大，保证低中速获得最大扭矩。 用于本系统控制的油压，是由气缸体主油道的专用油道，通过轴颈供向凸轮轴，再通过皮带轮螺栓内的油道，供给定时齿形皮带轮内活塞部分。用控制阀和电磁阀来控制凸轮轴内油压的变化。控制阀和电磁阀控制信号，是根据发动机的转速、进气量、水温、节气门开度等的变化，通过相应传感器感应量的变化，送入计算机和控制单元后发出信号来加以控制。图 3-4-4 为进气定时控制系统图。图 3-4-5 是菲亚特汽车公司的可变定时的螺旋花键结构简图。 图 3-4-6a) 、 b) 、 c) 分别示出了 VG30DE 发动机的配气相位图及采用 NVCS 时发动机功率和扭矩，怠速稳定性及怠速油耗的情况。低速扭矩提高 5 ,, 10 ,，最大功率提高 10 ,左右，怠速油耗降低 15 ,，怠速稳定性得到了很大的提高。 3.4.5 气门定时和升程可变的可变进气系统 (VTEC) 本田 VTEC( 可变气门定时和升程的电控系统 ) 是采用一根凸轮轴上设计两种 ( 高速型和低速型 ) 不同定时和升程的凸轮，利用油压进行切换的装置，如图 3-36 所示。可变定时和升程的 VTEC 可以把高功率型与实用型结合起来，使各种工况下性能都好。 VTEC 系统由中间摇臂，主、副摇臂及同步活塞 A 、 B ，以及凸轮轴上吸气侧所设的三种不同的凸轮等组成。中间摇臂高速用，前后摇臂低速用。设有空动机构的补助弹簧，低速时消除游隙，高速时使气门工作圆滑。 VTEC 工作原理如图 3-4-7 所示。 低速工作时，主、副摇臂与中间摇臂分离，利用两边的低速用凸轮 7 ，驱动主、副摇臂，再压气门开启〔这时为实用型定时和升程〕。中间摇臂利用空动弹簧与中间凸轮一起作 -4-7a) 所示。 用。但这时没有油压作用于同步活塞，故与气门开闭无关，如图 3 高速时，利用摇臂内藏的油压活塞的油压，使活塞如图中箭头方向移动，这时主、副及中间摇臂利用同步活塞 A 、 B 使三个摇臂连成一体，由高速凸轮 8 驱动，从而获得高功率的配气定时和升程，如图 3-4-7b) 所示。