汽油机进气系统的构成及影响因素

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：汽油机的进气系统是把空气引入气缸内的通路，由空气滤清器、节气门、进气歧管、进气端口和进气门构成。各个共鸣管的长度和直径，因其增压效果与进气系统的几何学形状、发动机转速相关，因此与气门正时相匹配。此类型进气系统的负荷急剧变化时，因空气在共鸣室内积蓄，可能导致增压效果降低。如图5-5所示，与传统进气系统相比，动态增压提高了容积效率。以此，进气系统的实际长度前者短，后者长。

汽油机的进气系统是把空气引入气缸内的通路，由空气滤清器、节气门、进气歧管、进气端口和进气门构成。此外，还有消除进气系统内空气脉动的进气缓冲器，为了正确测量进气量而设置的空气流量传感器、进气温度传感器和进气压力传感器，喷油器也安装在进气门的上游进气端口（进气口）上。

为了使发动机能输出高功率，降低燃料消耗量，进气系统的设计采用了很多新方法。如为了提高容积效率，采用了3气门、4气门、5气门等多气门化；为了使进气系统的长度、面积和通路等可变化，以便在较宽的运行范围内减小进气阻力，并获得动态增压效果，采用了可变进气系统等。另外，在进气口的形状设计上，为了提高燃烧特性，使进入到气缸内的空气或混合气的流动状态形成翻滚流，沿气缸轴上下流动（和涡流，沿气缸轴周围转动），并且为了促进雾状燃料与残留废气的混合和燃烧室内生成湍流，对进气门、燃烧室的形状也采用了各种各样的设计，甚至还会设置涡流控制阀等。

1.进气歧管

目前，汽油机的所采用的进气歧管，有为了通过动态增压提高容积效率而利用共鸣效果或惯性效果的进气歧管，以及根据运行条件通过电控系统同时实现这两种效果而配置可变进气系统的进气歧管，如图5-4所示。

（1）冲击增压图5-4a所示为MPI发动机的冲击增压进气系统，通常发动机的各个气缸与起进气缓冲作用的特殊长度共鸣管连接。压力波独立传播到各个共鸣管。

各个共鸣管的长度和直径，因其增压效果与进气系统的几何学形状、发动机转速相关，因此与气门正时相匹配。因此共鸣管设计为，在所要求的速度范围内，从共鸣管末端反射的压力波能在进气门打开时进入气缸，从而提高充气效率。在低速时长而细的、在高速时短而粗的管都可以获得良好的增压效果。

（2）惯性增压图5-4b所示为惯性增压进气系统发动机，具有相同角度点火间隔的气缸群各自与共鸣室通过短管相互连接。共鸣室与大气压或进气缓冲装置通过同调进气管连接。把气缸分成两组的原因是，为了防止相互邻近的两个气缸之间进气流动发生重叠现象。

同调进气管的长度和共鸣室的大小设计为，最大化通过共鸣的增压效果，且为发动机转速的函数。此类型进气系统的负荷急剧变化时，因空气在共鸣室内积蓄，可能导致增压效果降低。

图5-4 进气歧管

（3）可变进气歧管动态增压受到运行条件的限制，主要以改善低速状态下容积效率较低的缺陷为目的。如图5-5所示，与传统进气系统相比，动态增压提高了容积效率。

可变几何尺寸进气歧管是利用进气控制阀（或阀片）变更进气系统管路的长度、直径（面积）和容积，以在所有运行条件下提高充气效率的进气系统。此类进气系统的形式有，可变冲压管、可变同调增压管、可变冲压管和同调增压管。

如图5-6所示，可变冲压管类型的进气系统在2个各自不同的冲压管之间进行转换。在中低速范围内转换阀片处于关闭状态，进入的空气通过长而细的冲压管以高速状态流动，进而提高惯性增压效果。在高速范围内转换阀片处于打开状态，进入的空气通过短而粗的冲压管，进而提高容积效率。

图5-5 随动态增压的容积效率增加

图5-6 可变冲压管类型

可变同调增压管类型进气系统的结构为，把图5-4b所示的两组相互分离的共鸣管组合为一体，并在其中间设置了转换阀片。当转换阀片处于打开状态时，两边共鸣管相通，所有气缸内的压力变化在共鸣管内缓冲，成为空气流的节点；当转换阀片处于关闭状态时，两边共鸣管处于相互独立的状态，上游的进气缓冲器成为节点。以此，进气系统的实际长度前者短，后者长。转换阀片的控制类型上，有电动（由发动机控制模块进行控制）类型和通过空气动力型操作室正负压力控制的膜片执行器类型。

2.进气端口

目前的汽油稀薄燃烧发动机或直接喷射发动机，在稀薄燃烧条件下，虽然整体上空燃比处于稀薄状态，但在火花塞的周围有必要形成相对浓的混合气。为此，如图5-7所示，此类发动机的进气系统设置了两个进气管路，在其中的一个管路上设置了涡流控制阀（SCV），并由发动机控制模块（ECU）进行控制。在稀薄燃烧区间利用阀关闭一个管路，空气仅通过另外一个管路进入，因进气面积减小，空气流速加快，制造强涡流进入到燃烧室，所以可以在20以上空燃比的稀薄混合气或大量废气再循环（EGR）气体的环境下稳定燃烧。

利用涡流控制阀可以调整气缸内混合气的涡流强度。适合于在分层进气模式运行的涡流比计算，利用下述涡流比φ的定义公式：