1、汽車發動機進氣歧管的結構研究 目錄一、對進氣歧管的認識3二、進氣歧管的設計原則4三、對化油器、噴油嘴、單點噴射、多點噴射的認識53.1 化油器53.2 噴油嘴63.3 單點電噴73.4 多點噴射7四、可變排氣歧管原理84.1 變長度104.2 變截面11五、 可變進氣歧管的分類115.1 可變長度進氣歧管115.1.1 可變長度進氣歧管原結構方案115.1.2 可變長度進氣歧管新方案結構125.2 雙通道可變進氣歧管135.3 主副通道式可變進氣歧管145.4.1 旋轉式無級可變進氣歧管165.4.2 伸縮式無級可變進氣歧管165.4.3 活動插接可變進氣歧管165.5 共鳴進氣系統的結構17

2、一、對進氣歧管的認識 海獅發動機進氣歧管上下體 汽車發動機配件-4G22D4進氣歧管 在談到進氣歧管之前，先來想想空氣是怎樣進入引擎的。通過學習活塞在汽缸內的運作，當引擎處于進氣行程時，活塞往下運動使汽缸內產生真空，與外界空氣產生壓力差，讓空氣能進入汽缸內。舉例來說，就像護士小姐將藥水吸入針桶內的過程一樣，假想針桶就是引擎，那么當針桶內的活塞向外抽出時，藥水就會被吸入針桶內，而引擎就是這樣把空氣吸到汽缸內的。 進氣歧管位于節氣門與引擎進氣門之間，之所以稱為歧管，是因為空氣進入節氣門后，經過歧管緩沖后，空氣流道就在此分歧了，對應引擎汽缸的數量，如四缸引擎就有四道，五缸引擎則有五道，將空氣分別導入

3、各汽缸中。以自然進氣引擎來說，由于進氣歧管位于節氣門之后，所以當引擎油門開度小時，汽缸內無法吸到足量的空氣，就會造成歧管真空度高；而當引擎油門開度大時，進氣歧管內的真空度就會變小。因此，噴射供油引擎都會在進氣歧管上裝設一個壓力計，供給ECU（ECU（Electronic Control Unit）電子控制單元，又稱“行車電腦”、“車載電腦”等。從用途上講則是汽車專用微機控制器，也叫汽車專用單片機。電控單元的功用是根據其內存的程序和數據對空氣流量計及各種傳感器輸入的信息進行運算、處理、判斷，然后輸出指令，向噴油器提供一定寬度的電脈沖信號以控制噴油量。電控單元由微型計算機、輸入、輸出及控制電路等組

4、成）判定引擎負荷，而給予適量的噴油。再次通過區分進氣管、進氣歧管和進氣道三者來認識進氣歧管。進氣管是指空氣從進氣口進入，通過空氣濾清器，直到要進入各個氣缸前的這一段管道，是發動機的主要進氣管路，也是總的進氣管路。進氣歧管是指空氣從進氣管進入各個氣缸，空氣往各個氣缸分配的這一段管子，每個氣缸有一個進氣歧管。進氣歧管的設計保證了各個氣缸進氣分配合理均勻。進氣道則是空氣進入發動機機體，通向氣缸的這一段通道。主要由在氣缸蓋上設計的通道組成，進氣道的最末端就是進氣閥控制進氣。進氣系的作用是盡可能地吸進空氣，以便供汽油燃燒時使用。對于化油器和單點噴射發動機來說，進氣歧管是指化油器之后、進氣道之前的進氣管道

5、；對于多點噴射發動機來說，進氣歧管是指節氣閥體之后、進氣道之前的進氣管道。由于燃料供給的方式不同，這兩種進氣歧管的作用也不完全相同。對于化油器和單點噴射發動機的進氣歧管，它的功用是將空氣、燃油混合氣由化油器或節氣門體分配到各缸進氣道。由流經空氣濾清器的空氣和汽油混合后，進入進氣歧管，在流經進氣歧管期間，細小顆粒的汽油和空氣進一步混合形成混合氣，然后進入進氣道。此種進氣歧管必須采取預熱措施，使混合氣體具有合理的溫度，從而形成容易燃燒的混合氣，一般常用鋁合金進氣歧管，因為鋁合金導熱性好、質量輕。此外在進氣歧管上需要布置水套，利用發動機的冷卻水來預熱氣體。 對于多點噴射發動機的進氣歧管，將潔凈的空氣

6、分配到各缸進氣道在進氣歧管的出口附近，汽油噴嘴將霧狀的汽油噴進進氣歧管或氣缸進氣道，由于噴射的汽油顆粒小，所以一般不需要預熱。二、進氣歧管的設計原則 設計原則要求各缸進氣量要多而且要均勻。為了實現轎車多缸汽油機進氣均勻分配，總的設計要點是： 1.力求對所有氣缸具有相同氣流通道（包括管長、截面尺寸、彎曲程度、對稱性都要求一致）使空氣、燃油混合氣或潔凈空氣盡可能均勻地分配到各個氣缸； 2.力求具有很高的紊流強度； 3.力求具有合適的（進氣予熱）加熱區域； 4.力求具有光滑的內表面（這對減小油膜厚度有利）減小氣體流動阻力，提高進氣能力；5.力求選用合適的氣流速度； 6.可變進氣歧管安裝位置、外形尺寸

7、要符合要求。 三、對化油器、噴油嘴、單點噴射、多點噴射的認識 3.1 化油器化油器負責的兩件事：1）讓燃油汽化。2）二是讓汽化的燃油和一定比例的空氣相混合形成混合氣。化油器的作用就是將一定數量的汽油與空氣混合，以使發動機正常運轉。如果沒有足夠的燃油與空氣混合，那么發動機將在“貧油”狀態下運轉，這將使發動機停止運轉，也可能會損壞發動機。如果有過量的燃油與空氣混合，那么發動機將在“富油”狀態下運轉，這也將使發動機停止運轉（化油器溢油），或者運轉時產生大量的煙，或者運轉狀況惡劣（容易發生問題、停轉），最起碼是浪費燃油。化油器工作原理 來自外界的空氣經過濾清后進入化油器，空氣進量多少由阻風門位置的變化

8、來控制。空氣沖過化油器內的喉管產生吸力將燃油從浮子室通過噴管吸出，并將其霧化。霧化的燃油和空氣混合后通過進氣歧管被氣缸吸入。混合氣的進量由一個油門踏板操縱，它由化油器內的油門(節氣門)所控制。由汽油泵泵入浮子室的油量則由浮子室內的浮子控制。浮子在浮子室內隨著油量多少而升降，當浮子室內充滿汽油時，浮子上浮，用它的針閥將進油口堵住。駕車人通過控制油門開度大小來改變發動機的轉速，混合氣的濃度是隨著油門開大而逐漸變濃的。 汽車發動機的工作狀況要經常在很大范圍內變化，如汽車起步前和在路口等待綠燈放行前，發動機作怠速運轉，此時的負荷為零，油門開度最小，轉速最低；汽車滿載爬坡時，油門全開，但轉速并不高；在平

9、路上行駛，油門不必全開，發動機發出中等負荷，車速和轉速中等；在高速公路上行駛，發動機可能是滿負荷，轉速達到最大。在如此眾多復雜的工作狀況下，對于混合氣要求也不能千篇一律。例如在怠速和小負荷下，前者要求混合氣必須很濃，后者則要求濃度逐漸變稀；在中等負荷下，為了節油，又要求化油器供給耗油率最小的混合氣；在滿負荷下，為了讓發動機發出最大功率，要求化油器提供濃混合氣。此外，如汽車起動時，要求有較濃的混合氣；加速時要求化油器在油門突然大開時，額外供給油量等等。 綜上所述，汽油機在正常工作狀態下，在小、中負荷時要求化油器隨著負荷增加能供給由較濃逐漸變稀的混合氣，在滿負荷下又要求混合氣由稀變濃，根據上述要求

10、，僅靠前面所介紹的簡單化油器是無法滿足的。 為了滿足這些要求，在現代化油器上配備了一系列的混合氣濃度補償裝置。如主供油泵、怠速系、省油器、加速系及起動系等，以確保汽油機在不同工作狀態下，化油器能供給適當濃度的混合氣。 別看化油器個頭不大，但內部綜合了這么多的系統，結構就變得為復雜。為保證化油器能經常地正常工作，所以對它的定期維護保養是非常重要的。使用化油器的主要缺點是向氣缸充氣和混合氣的分配并不理想，影響發動機的動力性和經濟性的提高，對達到排放要求很不利，所以現在化油器被電噴全面取代。3.2 噴油嘴 噴油嘴其實就是個簡單的電磁閥,當電磁線圈通電時，產生吸力，針閥被吸起，打開噴孔，燃油經針閥頭部

11、的軸針與噴孔之間的環形間隙高速噴出，形成霧狀，利于燃燒充分。噴油嘴本身是一個常閉閥 (常閉閥的意思是當沒有輸入控制訊號時，閥門一直處于關閉狀態；而常開閥則是當沒有輸入控制訊號時，閥門一直處于開啟狀態）由一個閥針上下運動來控制閥的開閉。當ECU下達噴油指令時，其電壓訊號會使電流流經噴油嘴內的線圈，產生磁場來把閥針吸起，讓閥門開啟好使油料能自噴油孔噴出。噴射供油的最大優點就是燃油供給之控制十分精確，讓引擎在任何狀態下都能有正確的空燃比，不僅讓引擎保持運轉順暢，其廢氣也能合乎環保法規的規范。3.3 單點電噴 汽車發動機的電噴裝置一般是由噴油油路、傳感器組和電子控制單元三大部分組成的。如果噴射器安裝在

12、原來化油器位置上，即整個發動機只有一個汽油噴射點，這就是單點電噴。 由于單點噴射是將噴射器設在節氣門上方，只能改善在節氣門處的霧化以及加熱管壁溫度提高燃油的蒸發程度，但難以保證節氣門后至進氣門的一段管壁上不形成油膜或油滴，因此進氣歧管的結構對混合氣的輸送和分配有重大影響，而且難以實現在所有工況下都能保持理想的混合氣分配。 但是單點噴射構造簡單，工作可靠，維護簡單。其中一個很顯著的優點就是單點噴射的噴射器設在節氣門上方，直接向氣流速度很高的進氣管道中噴射，由于該處壓力低(流速與壓力成反比)，噴射時只需要01 MPa的低壓就可以噴射了，多點噴射則要在035MPa才工作，這就意味著單點噴射系統可以降

13、低對電動燃油泵的要求，節省了成本。不過單點電噴的排放標準以及燃油經濟性都不及多點電噴，現在慢慢也被淘汰。3.4 多點噴射汽車發動機的電噴裝置一般是由噴油油路、傳感器組和電子控制單元三大部分組成的。如果噴射器安裝在每個氣缸的進氣歧管上，即汽油的噴射是由多個地方(至少每個氣缸都有一個噴射點)噴入氣缸的，這就是多點電噴。 多點電噴在每個氣缸蓋上安裝一個電磁噴油器，直接將燃油噴入進氣歧管，再與流經進氣歧管的空氣流混合，當進氣門打開時，混合氣體被吸入氣缸。多點電噴與化油器式進氣系統相比，從根本上解決了相鄰氣缸進氣重疊而引起的配氣不均勻，功率下降，油耗增加的問題，而且多點噴射發動機可以采用順序噴射，因此空

14、燃比的控制比單點噴射更精確，可以根據正時進行噴油，對噴油量、噴油時刻進行精確控制，所以多點噴射發動機的排放更好，更經濟省油。四、可變排氣歧管原理 進氣歧管、簡單地說，就是一支引導氣流的管子，空氣經過濾清器之后，在此進行油氣混合，并輸送到汽缸進行燃燒。由于混合氣是具有質量的流體，在進氣管中流的流動千變萬化，工程上往往要運用流體力學來優化其內部設計，例如將進氣歧管內壁打磨光滑減輕阻力，或者刻意制造粗糙面營造汽缸內的渦流運動。別一方面，正如前面所說，汽車發動機的工作轉速間隔高達數千轉，各工作狀態所需的進氣需求不盡相同，在發動機低速運轉時，進氣流速較低，在發動機高速運轉時，進氣流速較高。即發動機轉速不

15、同，進氣的流速差別也很大，流速的不一致，對發動機的燃燒不利。車子的發動機有兩個最重要的內容：1，低轉速扭矩。2，高轉速功率。就進氣系統而言，車子在剛起步時和急加速超車時，要感覺到有力和速度，就要有扭矩。而車子最高速度快不快，這是關系到高速功率的問題。 在車子其他配置不變的情況下，如果用又細又長的進氣岐管的話，在發動機低速的情況下，可以增加進氣的氣流速度和氣壓強度，并使得汽油得以更好的霧化，燃燒的更好。相反，這樣的配置也有缺點，就是當發動機拉到高速時，由于岐管太細，在單位時間里的進氣量不夠用了，結果就是轉速拉不上去，導致車子高速跑不出來。這時就需要岐管又粗又短，這樣才能吸入更多的氣。 研究那個管

16、子壓力大，那個管子流速大為了讓發動機又有低速扭矩，又能拉得出高速，于是工程師就制造出了可變進氣歧管，可變進氣歧管PDA（Port De-Activation Valve）是通過改變進氣管的長度或截面積，提高燃燒效率，使發動機在低轉速時更平穩、扭矩更充足，高轉速時更順暢、功率更強大！ 了解可變進氣歧管的原理，首先得知道什么是進氣波動效應。由于在進氣過程中具有間歇性和周期性，致使進氣歧管內產生一定幅度的壓力波。此壓力波以當地聲速在進氣系統內傳播和往復反射。如果以一定長度和直徑的進氣歧管與一定容積的諧振室組成諧振系統圖，并使其固有頻率與氣門的進氣周期協調，那么在特定的轉速下，就會在進氣門關閉之前，在

17、進氣歧管內產生大幅度的壓力波，使進氣歧管的壓力增高，從而增加進氣量。這就是進氣波動效應。 可變進氣歧管就是充分利用進氣波動效應和盡量縮小發動機在高低轉速下的進氣速度的差別，從而達到改善發動機經濟性及動力性的目的。因此要求發動機在高轉速、大負荷時裝備粗短的進氣歧管;在中、低轉速和小、中負荷下配用較長的進氣歧管。可變進氣歧管就是為適應這種要求而設計的。發動機低速運轉時，發動機電子控制裝置指令轉換閥控制機構關閉轉換閥，這時空氣經空氣濾清器和節氣門沿著彎曲而又細長的進氣歧管流進汽缸。細長的進氣歧管提高了進氣速度，增強了氣流的慣性，使進氣量增多。 當發動機高速運轉時，轉換閥開啟，空氣經空氣濾清器和節氣門

18、直接進入粗短的的進氣歧管。粗短的進氣歧管進氣阻力小，也使進氣量增多。 可變長度進氣歧管不僅可以提高發動機的動力性，還由于提高了發動機在中低轉速下的進氣速度而增強了汽缸內的氣流強度，從而改善了燃燒過程，使發動機中低速燃油經濟性有所提高。 進氣歧管一端與進氣門相連，一端與進氣總管后的進氣諧振室相連，每個汽缸都有一根進氣歧管。發動機在運轉時，進氣門不斷地的開啟和關閉，氣門開啟時，進氣歧管中的混合氣以一定的速度通過氣門進入汽缸，當氣門關閉時混合氣受阻就會反彈，周而復始會產生震動頻率。如果進氣歧管很短，顯然這種頻率會更快；如果進氣歧管很長的話，這個頻率就會變得相對慢一些。如果進氣歧管中混合氣的震蕩頻率與

19、進氣門開啟的時間達到共振的話，那么此時的進氣效率顯然是很高的。因此可變進氣歧管，在發動機高速和低速時都能提供最佳配氣。發動機在低轉速時，用又長又細的進氣歧管，可以增加進氣的氣流速度和氣壓強度，并使得汽油得以更好的霧化，燃燒的更好，提高扭矩。發動機在高轉速時需要大量混合氣，這是進氣歧管就會變的又粗有短，這樣才能吸入更多的混合氣，提高輸出功率。4.1 變長度汽車用4沖程發動機的活塞上上下下往復2次循環才算完成一個工作循環，進氣門只有1/4時間打開，這樣在進氣歧管內造成一個進氣脈沖。發動機轉速越高，氣門開啟間隔也就越短，脈沖頻率也就越高。簡單的說，進氣歧管的振動也就越大。通過改變進氣歧管長度，改進氣

20、流的流動。進氣歧管被設計成蝸牛一般的螺旋狀，分布在發動機缸體中間，氣流從中部進入。當發動機在2000prm低轉速運轉時，黑色控制閥關閉，氣流被迫從長歧管流入汽缸，此時，進氣歧管的固有頻率得以降低，以適應氣流的低轉速。當發動機轉速上升到5000rpm，進氣頻率上升，此時控制閥開啟，氣流繞開下部導管直接注入汽缸，這降低了進氣歧管的共振頻率，利于高速進氣。 上面這種方式結構簡單，但是只有2級可調，這顯然不能完全滿足各個轉速下發動機的進氣需求。解決的辦法是設計一套連續可變進氣歧管長度的機構。寶馬760裝配的V12發動機就采用了該設計。寶馬的進氣機構中間設計了一個轉子來控制進氣歧管的長度，通過轉子角度的

21、變化，使進氣氣流進入汽缸的長度連續可變。這顯然更能滿足各個轉速下的進氣效率。動力輸出更加線性，扭力分布更加均勻，燃油經濟型更加優秀。 4.2 變截面 低轉速時氣門會設置成短行程開啟，高轉速時氣門會設置成長行程開啟，氣門可以這樣，那么進氣歧管應該也能達到此種效果。 流體力學的原理，管道的截面積越大，流體壓力越小；管道截面積越小，流體壓力越大。就如自來水，將水管前端捏扁，自來水的壓力會變得非常大。 根據這一原理，發動機需要一套機構，在高轉速時使用較大的進氣歧管截面積，提高進氣流量；在低轉速時使用較小的進氣歧管截面面積，提高氣缸的進氣負壓，也能在氣缸內充分形成渦流，讓空氣與汽油更好的混合。以4氣門發

22、動機為例，2進2排設計，其中一進氣管帶有氣閥，該氣閥受到ECU的直接控制。當發動機低轉速運轉時，需要的進氣歧管截面積小，這時可以關閉氣閥，使兩個進氣門只有一個能夠進氣，這相當于減少了一半的截面積。同樣，發動機高轉速運轉，氣閥在ECU控制下開啟，兩個進氣門同時工作，這相當于加大了截面積。5、 可變進氣歧管的分類5.1 可變長度進氣歧管5.1.1 可變長度進氣歧管原結構方案 當汽油機低速運轉時，汽油機電子控制模塊指令轉換閥控制機構關閉轉換閥。這時，空氣須經空氣濾清器和節氣門沿著彎曲而又細長的進氣歧管流進氣缸。細長的進氣歧管提高了進氣速度，增強了氣流的慣性，使進氣充量增多；當汽油機高速運轉時，汽油機

23、電子控制模塊指令轉換閥控制機構，打開轉換閥，空氣經空氣濾清器和節氣門及轉換閥直接進入粗短的進氣歧管。粗短的進氣歧管，進氣阻力減小，也使進氣充量增多。可變長度進氣歧管不僅可以提高汽油機在中、低速和中、小負荷時的動力性，即提高有效輸出扭矩；還由于它提高了汽油機在中、低速運轉時的進氣速度，增強了氣缸內的氣流強度，從而改善了燃燒過程，使汽油機中、低速的最低燃油消耗率下降，燃油經濟性有所提高。此外，可變長度進氣歧管還有減少汽油機廢氣排放量的作用。因為汽油機燃燒過程改善后，不僅油耗降低，經濟性改善，汽油機的有害排氣污染物的排放量也能適當減少，即轎車汽油機的排放凈化性能也可適當改善。5.1.2 可變長度進氣

24、歧管新方案結構 圖1圖2 5.2 雙通道可變進氣歧管 每個進氣歧管都有兩個進氣通道，一長一短。根據汽油機的工作轉速高低、負荷大小，由旋轉閥2控制空氣經過哪一個通道流進氣缸。在長進氣道中安裝有噴油器。當汽油機在中、低速運轉時，旋轉閥2受到由汽油機電子控制模塊發出的指令，在旋轉閥控制機構（執行器）作用下，將短進氣通道1封閉，新鮮空氣充量經空氣濾清器、節氣門沿長進氣通道3經過缸蓋上的進氣道5和進氣門6進入氣缸；當汽油機在高速運轉時，汽油機電子控制模塊發出指令，旋轉閥控制機構（執行器）作用將短進氣道1打開，使長進氣道通道短路，將長進氣通道改變為輔助進氣通道。這時，新鮮空氣充量同時經過兩個進氣通道進入氣

25、缸。與可變長度進氣歧管的功用相同，雙通道可變進氣歧管可提高汽油機在中、低速和中、小負荷的有效輸出扭矩改善動力性；降低汽油機在中、低速和中、小負荷的最低燃油消耗率改善經濟性；適當減少汽油機有害排氣污染物的排放量改善排氣凈化性。5.3 主副通道式可變進氣歧管 主副通道式可變進氣歧管是雙通道可變進氣歧管的一個變型和特例。其結構、工作過程、作用機理及功用均與雙通道可變進氣歧管相似。 在由低速向高速過渡的狀態下，控制閥部分微開度。每一氣缸使用主進氣通道（長）和副進氣通道（短）。副進氣通道中安裝有控制閥（圓盤閥），主進氣通道中安裝有噴油器。在主副通道式可變進氣歧管中，控制閥的位置由控制單元（ECU）根據轎

26、車汽油機的曲軸轉速高或低進行控制。 當汽油機低速運轉時，控制閥4保持關閉，迫使所有的新鮮進氣充量都經主通道1高速地流入氣缸；當汽油機高速運轉時，控制閥4保持全開，以減少進氣的流動阻力。此時，所有新鮮進氣充量同時經主、副兩個通道進入氣缸。 為了防止汽油機低轉速和高轉速兩種運轉方式變更時，控制閥由全關變成全開，控制閥位置突變，引起進氣氣流速度突變和進氣流量的突變，導致汽油機有效輸出扭矩的突變，增設了控制閥4部分微開度的控制。 當汽油機中速運轉時，控制閥微微地開啟（部分開度），這時，進氣流量的大部分即主要進氣量仍經主通道流入氣缸；進氣流量的小部分即輔助進氣量會經副通道流入氣缸。進氣流量的主要部分和輔

27、助部分的比例取決于控制閥微微開啟的比例。驅動控制閥開關動作起兩種方式的作用：通過電磁閥控制的真空膜片和通過伺服電機。伺服電機起驅動作用控制圓盤閥（驅動控制閥），控制更精確。此類進氣歧管可增大汽油機中、低速運轉時的有效輸出扭矩，改善動力性；降低汽油機中、低速運轉時的最低燃油消耗率，改善經濟性。汽油機有害排氣污染物排放量有所減少，即排放凈化性有所提高。5.4 無級可變進氣歧管 無級可變進氣歧管是可變進氣歧管最理想的一種方案。基本原理仍然是汽油機配置的進氣歧管的長度和截面面積能夠隨著汽油機轉速變化而無級、連續地改變。 雷克薩斯轎車無級可變長度進氣歧管工作過程 低轉速運轉時，節氣門體可變進氣管長度閥（控制閥）關閉，進氣歧管可變進氣管長度閥（控制閥）也關閉。此時，長進氣歧管工作