汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的發(fā)展分析論文
1諧波增壓進(jìn)氣系統(tǒng)(AC1S)
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(shuō)的可變長(zhǎng)短進(jìn)氣道，簡(jiǎn)單的說(shuō)，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(dòng)機(jī);起亞智跑的2.0L2.4L直列4缸發(fā)動(dòng)機(jī);第七代凱美瑞2.5L發(fā)動(dòng)機(jī)等.
工作原理:發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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(zhǎng)進(jìn)氣道流入氣缸。在長(zhǎng)進(jìn)氣道的作用下，不僅可以提高氣流的流動(dòng)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(shí)現(xiàn)低速進(jìn)氣充沛，增加發(fā)動(dòng)機(jī)的低速輸出扭矩;發(fā)動(dòng)機(jī)中高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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(dòng)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(dòng)機(jī)中高速性能 特點(diǎn):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，好的方而就是不用增加維護(hù)成木，故障率低等特點(diǎn)
2可變氣門止時(shí)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，V VT-i系統(tǒng)就是豐日汽車公司的智能可變氣門止時(shí)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(dòng)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(shí)，過大的重疊角則會(huì)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(shí)需要減小重疊角(進(jìn)氣門延時(shí)打開)，此時(shí)燃燒會(huì)更充分更穩(wěn)定。發(fā)動(dòng)機(jī)EC U會(huì)根據(jù)各個(gè)工沉通過控制V VT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(shí)現(xiàn)配氣相位的變化
特點(diǎn):VVT統(tǒng)可以精確控制氣門開啟角度的變化，從而實(shí)現(xiàn)降低排放提升動(dòng)力的要求，然而只靠開啟角度的變化增加進(jìn)氣量實(shí)在有限，如果實(shí)現(xiàn)氣門開度大小(氣門升程)也能隨不同工況而改變，就可以顯著提升發(fā)動(dòng)機(jī)在各轉(zhuǎn)速范圍的動(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)不同的氣門升程，低轉(zhuǎn)速時(shí)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(dòng)機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下可以輸出較高的'扭矩;高轉(zhuǎn)速時(shí)氣門的升程較大，增加進(jìn)氣量，實(shí)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)氣凸輪軸上分布養(yǎng)三個(gè)凸輪，中間一個(gè)凸輪是開啟時(shí)間最長(zhǎng)升程最大的凸輪，兩邊的左右凸輪為止常狀態(tài)下的凸輪。三個(gè)凸輪分別帶動(dòng)三個(gè)搖臂，兩個(gè)進(jìn)氣門由左右搖臂頂動(dòng)。在低轉(zhuǎn)速小負(fù)荷的情況下，三個(gè)搖臂互不十涉，進(jìn)排氣門的開啟由左右兩個(gè)凸輪控制，中間一個(gè)凸輪帶動(dòng)中間搖臂做無(wú)用功，此時(shí)氣門升程角度較小。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，進(jìn)入高速模式時(shí)，ECU控制電磁閥利用機(jī)油壓力頂動(dòng)位于三個(gè)搖臂中的互鎖銷，此時(shí)三個(gè)搖臂連成一體，由中間的開啟時(shí)間最長(zhǎng)升程最大的凸輪帶動(dòng)中間搖臂，中間搖臂通過互鎖銷帶動(dòng)左右搖臂頂開進(jìn)氣門。由于氣門開啟時(shí)間長(zhǎng)、升程大從而大量增加進(jìn)氣量，提高輸出功率。
特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)的動(dòng)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i-VTEC大致相同，也是通過改變氣門升程提升發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，奧迪的AVS是通過切換不同的凸輪來(lái)調(diào)節(jié)氣門升程。
工作原理:每個(gè)進(jìn)氣門設(shè)計(jì)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(gè)凸輪相對(duì)于凸輪軸可以軸向左右移動(dòng)，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(dòng)機(jī)處于高負(fù)荷情沉下，AVS系統(tǒng)通過電磁閥控制螺旋溝槽，使凸輪移動(dòng)至大凸輪工作狀態(tài)，此時(shí)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11 mm，從而增加發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量以及進(jìn)氣流速，使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力更加充沛;當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，為了追求發(fā)動(dòng)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(gè)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)需要注意，那就是兩個(gè)進(jìn)氣門無(wú)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(shuō)兩個(gè)進(jìn)氣門開啟和關(guān)閉的時(shí)間以及升程并不相同。這種不對(duì)稱的進(jìn)氣設(shè)計(jì)是為了讓空氣在流經(jīng)兩個(gè)進(jìn)氣門后，同時(shí)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(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)和紊流，進(jìn)一步優(yōu)化混合氣的狀態(tài)
特點(diǎn):奧迪AVS可變氣門升程系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)700至4000轉(zhuǎn)之間工作，它的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以降低大約7%的燃油消耗。特別是發(fā)動(dòng)機(jī)處于中間轉(zhuǎn)速區(qū)域進(jìn)行定速巡航時(shí)，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(dòng)機(jī)的進(jìn)氣完全由無(wú)級(jí)可變進(jìn)氣門升程控制，不再需要以往對(duì)于內(nèi)燃式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)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(gè)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(dòng)后很巧妙的改變了進(jìn)氣門升程的大小。當(dāng)凸輪軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，凸輪會(huì)驅(qū)動(dòng)中間推桿和搖臂來(lái)完成氣門的開啟和關(guān)閉。當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)會(huì)首先驅(qū)動(dòng)偏心軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)，然后中間推桿和搖臂會(huì)產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)，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(dòng)氣門產(chǎn)生的升程也會(huì)不同。在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，進(jìn)氣門的升程可以實(shí)現(xiàn)從0.18mm到9.9mm之間的無(wú)級(jí)變化
傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)都是利用控制節(jié)氣門機(jī)構(gòu)來(lái)改變進(jìn)入氣缸的空氣流量，并通過監(jiān)視空氣流量來(lái)決定噴油量，駕車時(shí)踩油門其實(shí)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”，而造成很大的能量損失。電子氣門發(fā)動(dòng)機(jī)去除了節(jié)氣門也就去除了“泵氣損失”，發(fā)動(dòng)機(jī)可以比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)的空氣量，將功率損失保持在極低的水平
特點(diǎn):這項(xiàng)技術(shù)可以根據(jù)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷以及轉(zhuǎn)速，對(duì)氣門升程進(jìn)行無(wú)極調(diào)節(jié)控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力更加線性，同時(shí)有良好的節(jié)油效果
4結(jié)束語(yǔ)
隨養(yǎng)能源危機(jī)以及環(huán)境日益惡化，對(duì)汽車的要求也越來(lái)越高，如何提高進(jìn)、排氣效率是對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)效率提升的一個(gè)重要方向和手段，從可變長(zhǎng)短進(jìn)氣道發(fā)展至寶馬的Valvetronic電子氣門技術(shù)，每一項(xiàng)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(dòng)力，同時(shí)減低有害氣體的排放。
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