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汽车发动机进气系统的发展分析

作者:2016-11-25 17:32:12阅读:文章来源: 许昌电气职业学院

  1谐波增压进气系统(AC1S)

  谐波增压系统根据不同的改变方法,可分为可变进气管式及可变进气管容积式两种。而目前被广泛应用的便是可变进气管式谐波增压技术,也就是我们经常说的可变长短进气道,简单的说,谐波增压进气系统就是通过气流惯性所产生的压力波而达到增压效果的。常见车型有奥迪C5A6的2.4L 2.8LV6发动机;起亚智跑的2.0L2.4L直列4缸发动机;第七代凯美瑞2.5L发动机等.

  工作原理:发动机低速运转时,位于短进气道上的空气控制阀关闭,进气气流通过长进气道流入气缸。在长进气道的作用下,不仅可以提高气流的流动速度增加进气压力,也可以使进气道中的空气与燃油更加充分混合,从而实现低速进气充沛,增加发动机的低速输出扭矩;发动机中高速运转时,短进气道上的空气控制阀打开,气流直接通过短进气道进入发动机气缸,较短的进气道减小了进气阻力,从而使中高速进气更加充沛,提高了发动机中高速性能 特点:虽然谐波增压进气系统可以增加进气量,相比涡轮增压以及机械增压,这种增压效果就显得微乎其微,好的方而就是不用增加维护成木,故障率低等特点

  2可变气门止时系统

  此技术是通过调节凸轮轴旋转角度从而改变不同转速不同负荷下的配气相位,V VT-i系统就是丰日汽车公司的智能可变气门止时系统的英文缩写.

  工作原理:在高转速下,为了达到更好的进气量,提高发动机的功率,就要求气门重叠角更大(进气门提前打开、或者排气门晚关);但在低转速或者怠工时,过大的重叠角则会导致废气过多的进入进气歧管,使缸内气流混乱,从而导致低速扭矩较低,因此低速时需要减小重叠角(进气门延时打开),此时燃烧会更充分更稳定。发动机EC U会根据各个工沉通过控制V VT电磁阀利用机油压力调节凸轮轴上内外转子的角度,从而实现配气相位的变化

  特点:VVT统可以精确控制气门开启角度的变化,从而实现降低排放提升动力的要求,然而只靠开启角度的变化增加进气量实在有限,如果实现气门开度大小(气门升程)也能随不同工况而改变,就可以显著提升发动机在各转速范围的动力性能

  3可变气门升程系统

  可变气门升程技术可以在不同发动机转速下实现不同的气门升程,低转速时气门升程较小,气缸内混合气得到很好的混合,混合气充分燃烧,从而使发动机在较低的转速下可以输出较高的扭矩;高转速时气门的升程较大,增加进气量,实现高转速大功率的输出。工作原理:

       3.1本田i-VTEC(分段式气门升程调节系统)

  每缸的进气凸轮轴上分布养三个凸轮,中间一个凸轮是开启时间最长升程最大的凸轮,两边的左右凸轮为止常状态下的凸轮。三个凸轮分别带动三个摇臂,两个进气门由左右摇臂顶动。在低转速小负荷的情况下,三个摇臂互不十涉,进排气门的开启由左右两个凸轮控制,中间一个凸轮带动中间摇臂做无用功,此时气门升程角度较小。当发动机转速升高,进入高速模式时,ECU控制电磁阀利用机油压力顶动位于三个摇臂中的互锁销,此时三个摇臂连成一体,由中间的开启时间最长升程最大的凸轮带动中间摇臂,中间摇臂通过互锁销带动左右摇臂顶开进气门。由于气门开启时间长、升程大从而大量增加进气量,提高输出功率。

  特点:结构简单故障率低,但是分段式的气门调节方式还是令发动机的动力输出不够线性

       3.2奥迪AVS可变气门升程

  奥迪的AVS与本田i-VTEC大致相同,也是通过改变气门升程提升发动机动力,奥迪的AVS是通过切换不同的凸轮来调节气门升程。

  工作原理:每个进气门设计了两组不同角度凸轮进行调节,一组是小凸轮,另一组是大凸轮,这两个凸轮相对于凸轮轴可以轴向左右移动,在凸轮的一端有螺旋沟槽,螺旋沟槽由电磁阀控制,可以切换不同的凸轮,从而调节不同的气门打开升程。

  当发动机处于高负荷情沉下,AVS系统通过电磁阀控制螺旋沟槽,使凸轮移动至大凸轮工作状态,此时气门的打开和关闭由大凸轮进行控制,气门的升程可以达到11 mm,从而增加发动机进气量以及进气流速,使发动机动力更加充沛;当发动机小负荷运转时,为了追求发动机节油性能,AVS系统将凸轮调节至小凸轮工作状态。这套系统中还有一个设计细节需要注意,那就是两个进气门无论是在普通凸轮还是高角度凸轮下的相位和升程是有差别的,也就是说两个进气门开启和关闭的时间以及升程并不相同。这种不对称的进气设计是为了让空气在流经两个进气门后,同时配合特殊造型的燃烧室和活塞头,可以令混合气在气缸内实现翻转和紊流,进一步优化混合气的状态

  特点:奥迪AVS可变气门升程系统在发动机700至4000转之间工作,它的最大优点就是可以降低大约7%的燃油消耗。特别是发动机处于中间转速区域进行定速巡航时,AVS系统可以为车辆提供很好的节油效果。

  3.3宝马的Valvetronic电子气门技术

  宝马的Valvetronic电子气门技术要比本田的i-VTEC和奥迪的AVS更加先进,发动机的进气完全由无级可变进气门升程控制,不再需要以往对于内燃式汽油发动机来讲必不可少的节气门。

  工作原理:宝马的Valvetronic系统在传统的配气相位机构上增加了一根偏心轴,一个步进电机和中间推杆等部件,该系统由步进电机的旋转,再在一系列机械传动后很巧妙的改变了进气门升程的大小。当凸轮轴运转时,凸轮会驱动中间推杆和摇臂来完成气门的开启和关闭。当电机工作时,蜗轮蜗杆机构会首先驱动偏心轴发生旋转,然后中间推杆和摇臂会产生联动,偏心轴旋转的角度不同,最终凸轮轴通过中间推杆和摇臂顶动气门产生的升程也会不同。在电机的驱动下,进气门的升程可以实现从0.18mm到9.9mm之间的无级变化

  传统发动机都是利用控制节气门机构来改变进入气缸的空气流量,并通过监视空气流量来决定喷油量,驾车时踩油门其实就是在控制节气门的开度这种控制方式由于存在泵气损失,而造成很大的能量损失。电子气门发动机去除了节气门也就去除了泵气损失,发动机可以比传统发动机节省10%以上的耗油量。另外,由于没有了节气门的阻碍,新鲜空气进入也更为顺畅,使燃烧更加充分,废气排放更少。这种进气门升程功能可以控制吸入发动机的空气量,将功率损失保持在极低的水平

  特点:这项技术可以根据不同的发动机负荷以及转速,对气门升程进行无极调节控制,使发动机输出动力更加线性,同时有良好的节油效果

  4结束语

  随养能源危机以及环境日益恶化,对汽车的要求也越来越高,如何提高进、排气效率是对传统内燃机效率提升的一个重要方向和手段,从可变长短进气道发展至宝马的Valvetronic电子气门技术,每一项新技术的应用,都是希望用更少的燃料产生出更多的动力,同时减低有害气体的排放。

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