可变进气歧管
技术在汽车发动机中的应用
Variable intake manifold technology applications in the automotive engine
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沈阳理工大学学士学位论文
摘要
进气系统最重要的部分就是进气歧管，它就是一支引导气流的管子，空气经过滤清
器之后，在此进行油气混合，并输送到汽缸进行燃烧。由于混合气是具有质量的流体，在进气管中的流动千变万化，工程上往往要运用流体力学来优化进气管的内部设计，例如将进气歧管内壁打磨光滑减少阻力，或者刻意制造粗糙面营造汽缸内的涡流运动。但是，正如前面所说，汽车发动机的工作转速高达每分钟数千转，各工作状态下的进气需求不尽相同。于是，天才的工程师们对进气歧管进行了深层次的开发——让它也能“变”起来。
关键词：进气系统 进气歧管 汽车发动机
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Abstract
The most important part of the intake system is the intake manifold, it is a guide tube flow of air through the filter, the oil and gas in this mixture, and transported to the cylinder for combustion. As the mixture is a mass of fluid flow in the intake manifold of the ever-changing, often on a project to optimize the use of fluid into the pipe interior design, such as intake manifold wall polished smooth to reduce resistance, or deliberately created to create a rough surface vortex motion within the cylinder. But, as I said before, the car engine working speed of up to several thousand per minute switch, the working conditions of the intake needs vary. Thus, the genius of the engineers on the intake manifold for the development of deep level - it can \"change\" them.
Keywords: Intake Air intake manifold Automotive engine
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目 录
摘要···························································I Abstract·······················································II 1 可变进气歧管技术在汽车发动机中的应用·························1 结束语·························································8 致谢···························································9 参考文献······················································10
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1 可变进气歧管技术在汽车发动机中的应用
传统发动机的进气歧管的进气通道长度是不变的，只能保证发动机在某一工况下具有良好的性能。无法在运行过程中进行调节，使发动机在两种极端工况下性能下降。研究表明，采用进气管长度可变技术（VGIS-Variable Geometric Intake System）是改善发动机燃油经济性。提高动力性、减少有害排放的一种有效途径。
采用VGIS系统，电控单元（ECU）可根据发动机转速和负荷的变化而改变进气通道的长度，在高转速时使进气通道变短，减少进气流动损失，提高高速功率，在低转速和低负荷及启动工况下使进气通道变长，管内空气流动的动能增加，导致进气流速加快，充气效率提高，在同样的燃烧条件下会获得更大的输出功率，增加转矩。由此改善了发动机的动力性，对提高发动机的低速转矩和高速输出功率非常有效。
可变进气歧管技术包括可变进气歧管长度和可变进气共振技术，它们都是通过进气歧管的集合设计实现的。
而这种技术主要分为两种：一、可变进气歧管长度系统；二、下面主要说明可变进气歧管长度系统在福特Duratec 2.5L V6发动机的应用。
可变进气歧管长度系统(VGIS)系统可分为两大部分：一是进气歧管本身，即在进气歧管内部有一个控制进气通道长短的阀门；二是控制系统，它是由固化在ECU中的程序和系统执行部件组成。真空罐的一个管接头与进气歧管连接，另一管接头通过一段软管与电磁控制阀的借口A连接，电磁控制阀的接口B由一段软管接在阀门控制器上。阀门控制器伸出的拉杆与阀门连接。真空罐是一个有2个管接头的密闭容器，汽车起动后即处于真空状态，并起到稳压作用。电磁控制阀有三个接口，由ECU控制3个接口的接通关系，从而控制阀门的开启和关闭动作。
电磁控制阀在通电和断电控制状态下的流量特性如下：
1）通电状态。接口1施加（34+/-0.68)kPa的真空压力，接口B在标准工况下的空气流量为0.85-1.00m*3/h，接口A、B合在一起后，施加（34+/-0.68）kPa的真空压力，接口C在标准工况下的空气流量为\"0\",也就是接通状态切换可接口A与B之间。 2）断电状态，接口B施加(34+/-0.68)kPa的真空压力，接口C在标准工况下的空气流量为0.85-1.00m*3/h；接A施加（34+/-0.68)kPa的真空压力，接口B、C合在一起后，
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测量其在标准工况下的空气流量为\"0\也就是接通状态切换到B与C之间。
阀门控制器由带拉杆的隔膜、隔膜腔、摇臂、复位弹簧及限位块构成。通常状态，隔膜腔无真空，在复位弹簧的作用下，隔膜腔中的隔膜下沉，拉杆处于伸展状态；当隔膜腔中形成真空室，隔膜上浮使拉杆处于收缩状态。下图(图一)为VGIS系统的控制框图，汽车启动后，通过各种传感器采集发动机的转速、负荷、车速、冷却液的温度和进气温度等信号，首先送到ECU的信号处理模块，转换成可识别的数据与相应的预存数据做比较，预存的数据包括发动机转速4400r/min、节气门开度17%、车速30km/h、冷却液温度和进气温度为27度，信号大于预存的数据时，输出结果为“1”，否则，输出结果为“0”，然后把每一种信号的比较结果进行“逻辑与”运算，ECU根据运算结果给电磁控制阀发出控制信号。调节进气通道的长度。
曲轴转速传感器 ECU 节气门位置传感器 信号处理模块 信号比较模块 电磁控制阀 阀门控制器 车速传感器 冷却液温度传感器 进气温度传感器 逻辑判断模块 (图一)
“逻辑与”运算结果为“0”时，ECU接电磁控制阀处于通电状态，接口A与B接通，
切断接口C与B的连通。真空被引入隔膜腔中，在真空作用下，隔膜上浮带动拉杆收缩，拉杆牵动摇臂使进气歧管内的阀门关闭，进气道中的气流沿着阀弧通道流入燃烧室，
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从而实现了进气道变长的目的。
逻辑与”运算结果为“1”时，ECU接电磁控制阀处于断电状态，接口B与C接通，切断接口A与B的连通。大气被引入隔膜腔中，真空被解除，由于复位弹簧的作用，隔膜下沉，拉杆伸出，拉杆牵动摇臂使进气歧管内的阀门打开，进气道中的大部分气流沿着最短的通道流入燃烧室，从而实现了进气道变短的目的。
英国Ricardo公司即开发了与上述可变进气歧管结构类似的结构，它是由两种长度的冲压管组成，可旋转件A在外壳中转动，中、低速时，空气由外侧通道单独的进气管进入一长管，实现中、低速大转矩；高速时，空气由内部通口经双进气管进入一短管，实现高速大功率。
福特Duratec 2.5L V6发动机也采用了两段长度可变进气歧管，两列气缸之间有一段长进气管和一根短进气管。丰田2.0L发动机也采用了这种可变进气歧管技术。为了更好的适应不同转速的进气需求，有一些系统采用了分三段可变进气歧管长度的设计。例如奥迪V8发动机。每列气缸都有分三段可调的进气歧管，一共24个进气歧管。事实上，奥迪并没有把进气歧管分开，它在中央转子周围布置了回旋的进气歧管，转子转到不同的位置就能获得不同的进气歧管的长度。整个系统布置在V形发动机的V形夹角内侧，结构紧凑。
2005款凯越配置1.6L和1.8L澳洲霍顿twin-tec四气门双顶置凸轮轴的发动机，也采用VGIS技术，使其具有良好的低转速时的高转矩性能。
现价段可变进气歧管技术在越来越多的汽车上逐步使用，该技术在为汽车动力性和其排放性做出了不可磨灭的卓越贡献。
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结束语
本文主要描述发动机可变进气歧管技术在汽车发动机上的使用，具体介绍了其中的工作原理，具体应用于何种汽车发动机，另外讲述了该技术的含义和意义，及其在其它车型发动机上的应用。
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致谢
光阴似箭，日月如梭，不知不觉中我已在沈阳理工大学度过了美好的四年大学时光。
期间，在老师和同学们的关怀和帮助下，我丰富了知识、扩大了视野、提高了能力，为今后的学习与发展奠定了基础。
在此我要特别的感谢我的发动机原理苌转老师。她给予我学业上的无私教诲，生活上的深切关怀。同时，感谢所有教导过、关心过、帮助过我的沈阳理工大学汽车学院的老师教授们，是他们使我有更多的机会尝试着站在理论和实践的新起点上进行思考。
在此，还要感谢在求学期间认识的所有同学和朋友们给予的帮助。 最后，我要感谢我的父母，是他们一直在背后默默地支持我。
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参考文献
[1]、刘玉梅主编 汽车节能技术与原理 2010年5月第二版 [107~110]
[2]、吴建华主编 汽车发动机原理 2011年1月第一版[33～35]
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