进气总管进气总管是指空气滤清器至进气歧管之间的管道。图4.19进气歧管1）进气歧管加热节气门体燃油喷射式发动机进气歧管的温度很重要。因此，应对此种类型的进气歧管适当加热以促进汽油蒸发。该类可变进气歧管进气阻力小，使进气量增多。......
2023-08-23
汽车发动机电控原理：可变进气系统结构与检修
【摘要】：可变进气系统能根据发动机的转速自动地变换进气管的形状，以有效地利用进气管内的动态效应。图4.44大众公司的1.8L ANQ 发动机的可变进气系统发动机的进气歧管内有一个受真空控制的膜片式转换阀，如图4.44 所示。图4.45可变进气系统的控制原理当发动机转速低于约4 100 r/min 时，发动机ECU 使三通电磁阀断电。②长度无级变化的可变进气系统。无级变化的可变进气系统代表目前可变进气管技术的最高水平，其结构模型如图4.46 所示。
（1）可变进气系统的作用
发动机工作时，在进气行程中，进气管内会产生周期性的压力波动，人们通常将进气管内的这种动态效应视为惯性效应和波动效应共同作用的结果。
在进气行程中，新鲜空气在进气管内外压力差的作用下，向汽缸内流动，并在进气管内得到加速。当进气行程接近时，进气门在迎着已获得充分加速的气流关小时，会引起进气管内短暂的压力升高，在压缩行程初始阶段，汽缸压力比较低，推迟进气门关闭，可有效利用气流的惯性来增加进气量。这种利用气流动能进行充气提高充气量的效应，称为惯性效应。
发动机工作时，由于活塞是运动的，在进气行程中，进气管内会产生周期性的压力波动。进气行程开始时，活塞下行使缸内和进气门口处产生一定的真空度，形成负压波，它以膨胀波的形式沿进气管以a-u 的速度向进气口处传播（a 为音速，u 为气流速度）。当膨胀波到达稳压室等空腔的开口端时，又向汽缸方向反射回传播速度为（a+u）的压缩波。理想状况是根据气门正时调节进气管道长度和直径，使压力峰值到达进气门时，正值进气门关闭的前夕，这种附加的压力能使缸内压力处于一个比较高的状态，即提高了进气终了时汽缸内的压力，提高了实际进入汽缸的新鲜空气量，提高了发动机的充气效率。
为了有效利用进气管内的动力效应来增加充气量，高速时应使用粗而短的进气管，低速时应使用细而长的进气管。可变进气系统能根据发动机的转速自动地变换进气管的形状，以有效地利用进气管内的动态效应。利用进气管道的动态效应，可在较大的转速范围内增加汽缸充气量，提高发动机的输出转矩和功率。可变进气系统能够根据发动机的实际运行工况，自动改变进气管的长度和直径，以获得最佳的充气效率和动力性。
（2）可变进气系统的结构原理
1）进气管长度可变的进气系统
①长度有级变化的可变进气系统。如图4.44 所示为大众公司的1.8L ANQ 发动机中有一个具有双进气道的进气歧管，它能够在长进气道和短进气道之间进行切换。发动机在低转速时，空气经长进气道进入汽缸，使汽缸充气最佳，且转矩增大；发动机在高转速时，空气流经短进气道，可提高效率。
图4.44 大众公司的1.8L ANQ 发动机的可变进气系统
发动机的进气歧管内有一个受真空控制的膜片式转换阀，如图4.44 所示。转换阀膜片室中的压力受进气歧管转换阀电磁阀（三通电磁阀见图4.45）控制，而三通电磁阀由发动机ECU根据发动机的转速控制。
图4.45 可变进气系统的控制原理
当发动机转速低于约4 100 r/min 时，发动机ECU 使三通电磁阀断电。膜片气室与大气之间的通道被切断，与真空罐之间形成通路，真空作用在转换阀膜片室。膜片带动拉杆，关闭进气转换阀，如图4.45（a）所示。转换阀的活动阀门关闭，空气通过路径较长而截面较小的进气管进入汽缸。此时进气流速高，具有较大的惯性，起到惯性增压的作用，可获得较大的发动机转矩。
当发动机转速高于4 100 r/min 时，发动机ECU 给三通电磁阀通电。膜片气室与真空罐之间的通道被切断，转而与大气接通，大气作用在转换阀膜片气室。膜片带动拉杆，打开进气转换阀，如图4.45（b）所示。转换阀阀门打开，形成了路径较短而截面较大的进气管道。此时空气通过较短的路径进入汽缸，降低了进气阻力，增加了发动机高速时的功率。
②长度无级变化的可变进气系统。无级变化的可变进气系统代表目前可变进气管技术的最高水平，其结构模型如图4.46 所示。当发动机低速运转时，转鼓处于图示位置，空气经过进气口→转鼓的开口→进气通道和进气门→汽缸，进气管较长。当发动机转速升高时，转鼓逆时针转动，进气管路变短。
BMW 发动机上采用了长度无级可变的进气系统，如图4.47 所示。进气管箱体的中央，有一个空气转鼓，其内腔与上游进气管（空气滤清器端）接通，空气出口通往进气道。空气转鼓与电动机轴相连，电动机带动转鼓转动，可以改变进气管有效长度，使之与发动机转速相匹配。
图4.46 长度无级变化的进气管结构模型
1—进气通道；2—转鼓；3—进气口；4—进气管路
图4.47 BMW 发动机的无级可变进气系统
在低转速下，发动机ECU 使电动机逆时针转动，使用长进气管；在高转速下，电动机带动转鼓顺时针转动，使用短进气管。由于进气管长度的调节是无级变化的，因此被称为长度无级可变的进气机构。它可使任意转速下的进气管长度值达到最佳，提高充气效率，提升发动机的性能。
2）进气管直径可变的进气系统
图4.48 为丰田公司双进气管可变进气系统原理图。一个缸有4 个气门，2 个进气门各配有一个进气管，其中一个进气道中装有进气转换阀。发动在低速中、小负荷下工作时，转换阀关闭，只利用一个进气通道，如图4.48（a）所示。此时进气流速提高，进气惯性大，可提高发动机转矩。发动在高速大负荷下工作时，转换阀打开，进气通道有两条，如图4.48（b）所示。此时进气截面大大增加，进气阻力减小，汽缸充气量增加，使发动机高速大负荷时的动力性得到提高。
图4.48 丰田公司双进气管可变进气系统原理图
3）进气谐振控制系统
进气谐振控制系统由发动机ECU、电磁阀、进气增压控制阀等组成，如图4.49 所示。
以丰田汽车进气谐振控制系统为例，丰田汽车公司四缸发动机的可变进气系统的特点是：在进气管中间通道上设置了与各缸进气管相连通的第二稳压箱，并在联通部位上安装了可变进气控制阀，其进气管的有效长度可以调节，如图4.50 所示。
图4.49 进气谐振控制系统
图4.50 丰田汽车进气谐振系统
1—节气门；2—第一稳压箱；3—进气控制阀；4—第二稳压箱；5—真空箱；6—真空通断控制电磁阀；7—真空促动阀；8—发动机ECU；9—发动机转速信号
如图4.51 所示为丰田汽车进气谐振系统在发动机低、中速和高速条件下可变进气的基本原理。ECU 根据发动机转速信号控制真空通断控制电磁阀的通断，进而控制进气控制阀的开闭。
低速时，真空通断控制电磁阀电路不通，真空通道关闭，真空罐的真空度不能进入真空气室，受真空气室控制的进气控制阀处于关闭状态。此时进气管长度长，改善了进气效率，提高了发动机在低、中转速范围的扭矩输出。
高速时，ECU 接通真空通断控制电磁阀的电路，真空通道打开，真空罐的真空度进入真空气室，吸动膜片，从而将进气控制阀打开，进气管长度变短，以提高高转速范围内的功率输出。
（3）可变进气系统检修
1）可变进气系统常见故障
可变进气系统发生故障时，通常会出现车辆动力不足、油耗升高等症状。其常见故障有电磁阀控制电路故障、膜片转换阀计真空管路故障、机械故障等。
图4.51 丰田发动机进气谐振控制过程
1—节气门；2—稳压箱；3，4—可变进气阀（每缸各设一个）；5，7—真空促动阀；6，8—真空通断控制电磁阀；9，11—真空箱；10—通大气
电磁阀及控制电路故障：电磁阀可能会出现线圈断路、阀芯卡滞和通气口堵塞等故障。控制电路可能会出现断路、短路、接触不良和接触电阻过大等故障。
膜片转换阀及真空管路故障：膜片转换阀可能出现的故障有膜片破裂、拉杆变形等。真空管路可能出现泄漏和堵塞等故障。
机械故障：可变进气系统机械故障有因积炭产生阀门关闭不严或不能开启等。
2）可变进气系统的检修
①可变进气转换电磁阀的检查。检查电磁阀线圈的阻值，应符合规定，否则更换电磁阀。
在断电状态下，用压缩空气从电磁阀的通大气口处吹入，空气应不能通过，如图4.52所示；用压缩空气从电磁阀的通真空口（通进气口）处吹入，空气应从通膜片式转换阀的接口处流出，否则应更换电磁阀。
图4.52 进气歧管转换电磁阀
在通电状态下，用压缩空气从电磁阀的通大气口处吹入，空气应从通膜片式转换阀的接口处流出；用压缩空气从电磁阀的通真空口处吹入，空气应不能通过，否则应更换电磁阀。
②膜片式转换阀的检查。检查膜片式转换阀是否有卡死、变形等现象。
检查膜片式转换阀是否泄漏时，可用手动真空泵连接到膜片室转换阀，并施加真空度到一定的值，然后观察在一定时间内真空度的变化情况。若真空度下降，则说明存在泄漏，需要更换膜片室转换阀。
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