电控发动机进气系统

可变气门正时系统 (Double VANOS)
可变气门正时控制系统 (VANOS: Variable camshaft control) 这项技术通过调整进气、排气凸轮轴相对于曲轴的位置，来实现进气、 排气阀门开启时间的改变。这种改变是持续进行的，并且是基于油门踏 板位置和当前发动机转速来自动调节的。 起初，这项技术仅可以调节 进气凸轮轴。双可变气门正 时控制系统(Double VANOS) 允许更精细的调整，这是由 于他同时还控制排气凸轮轴。 同时，这种持续的调整会贯 穿发动机的全部速度区间。
波尔舍分层充气系统(SKS) 图4-41 波尔舍分层充气系统
主、副燃烧室都装有喷油器以形成分层，并在副室内另设点 燃室。燃烧时，先在点燃室内形成火核，之后在副燃室浓混合气 中燃烧，最后在主燃室稀混合气中燃烧，故波尔舍分层充气系统 （SKS）称为三级燃烧系统。
福特PROCO缸内直喷燃烧系统 图4-42 福特 缸内直喷燃烧系统 a）用短火花塞 b) 用长火花塞
电子气门系统 (Valvetronic)
电子气门系统可以无级调 节进气门升程，在发动机 转速较低时，进气门开启 量较小；发动机转速高时， 进气门开启量大。这样， 发动机可以通过气门升程 的调节来改变转速，相比 较采用节气门的发动机转 速调节方式，电子气门系 统更准确、更直接，同时 也更节省燃油。在BMW 的N系列发动机中，此项 技术被全面采用。 全变量气门升程控制 (VVT)
喷油器布置在气缸中心，火花塞装在喷油嘴附近处于喷雾锥 角之内，压缩行程时，喷油器供应低压、低贯穿力、大喷雾角的 油雾，燃烧室上部形成浓混合气，并从中心向四周扩散变稀，实 现分层。
德士古--TCP燃烧系统 图4-43 德士古 燃烧系统
火花塞布置 在相对于喷油嘴 的气流运动的下 游，燃油顺气流 喷入燃烧室，由 气流带动首先吹 向火花塞，在火 花塞附近形成浓 混合气，并立即 被点燃，后续喷 入的燃料，一面 形成混合气，一 面连续不断地向 火焰供应，而燃 烧产物则被旋流 带走。
在排气总 管出口处装有 热反应器，它 有较大的容积 和绝热保温部 分。同时在排 气门处喷入空 气（即二次空 气），使CO和 HC继续氧化。
空气喷射及吸入系统 新鲜空气被吸入或喷入排气门后面，促使高温 废气进一步氧化，以降低废气中的CO和HC。为区 别发动机进气，此法又称二次空气喷射或吸入。 1.二次空气喷射（AI） 将新鲜空气喷射到排气门附近，使高温废气和 空气混合，促使未燃HC和CO进一步氧化燃烧。 2.二次空气吸入（AS） 二次空气吸入装置是利用排气压力脉冲吸取新 鲜空气进入排气歧管或催化器，因此又称脉冲式空 气喷射装置，其结构简单，吸入的空气量小，只适 用于小排量发动机。
图4-33 进气道长度可无级变化的进气系统示意图 1-可变长度气道 2-固定外圈 3-可活动内圈 可变长度气道 固定外圈 可活动内圈 4、5-进气口 6-固定气道 7-进气门 8-密封 、 进气口 固定气道 进气门 密封
2.可变气门定时 气门定时对发动机性能影响较大，固定的气门 定时很难在较大转速和负荷范围内适应发动机各项 性能的要求，因此，应可变气门定时。改变进气门 的定时对发动机性能的影响相对要比改变排气门的 定时明显。 图4-34、353为可变气门定时几种可能的方案 ，可以通过改变气门相位角、气门升程、气门开启 持续角等参数实现可变气门定时。
二次空气供给装置中， 二次空气由发动机驱动叶片 式空气喷射泵2，通过两根 软管输送，一路从化油器6 下侧经回火防止阀10进入进 气管；另一路通过防止废气 倒流的单向阀4，经空气分 配管5，送到各缸的排气门 座附近（排气歧管）或送入 催化器。
二次空气喷射装置
1-空气滤清器 2-空气泵 3-防止回火管 4-单向阀 5-空气分配管 6-化油器 107-空气喷管 8-排气门 9-进气管 10-回火防止阀
2.分层充气燃烧的实现 要实现分层充气燃烧：一是采用与柴油机一样 的分隔燃烧室，缺点燃烧室表面积过大，未燃HC排 放浓度增加；二是采用缸内直接喷射，缺点成本高 ；三是采用充气和旋流运动，缺点随发动机工况变 化，充气和旋流运动也随着变化，难以控制。几种 典型分层充气燃烧系统如图4-38～图4-45所示。
主摇臂 辅摇臂 进气门① 进气门①微小开度 (涡流形成) 涡流形成)
①②
低转速时
②
低转速时
同步 活塞
Valve lift
排气
进气
①
TDC
①②
中高转速时
Valve lift
②①
排气
TDC
中高转速时
进气
VTEC 可变气门升程系统
排气凸轮轴 排气凸轮轴 进气凸轮轴 凸轮轴调节阀N205 液压缸 进气凸轮轴
4气门技术 气门技术
2个进气门，2个排气门。 4气门的应用优化了气体交换。
火花塞居于中心位置
更有效的燃烧室设计
更好的气缸填充和使空气、燃料 的混合燃烧更加优化。
油耗低，表现高，力矩大
可变气门正时系统 (Double VANOS)
可变气门正时控制系统 (VANOS: Variable camshaft control) 这项技术通过调整进气、排气凸轮轴相对于曲轴的位置，来实现进气、 排气阀门开启时间的改变。这种改变是持续进行的，并且是基于油门踏 板位置和当前发动机转速来自动调节的。 起初，这项技术仅可以调节 进气凸轮轴。双可变气门正 时控制系统(Double VANOS) 允许更精细的调整，这是由 于他同时还控制排气凸轮轴。 同时，这种持续的调整会贯 穿发动机的全部速度区间。
二次空气吸入装置
1-吸气阀 2-管路 3-排气歧管或催化器 4-空气滤清器
二次空气吸入装置，由单 向吸气阀及管路组成。吸气阀 1是单向阀，只允许经空气滤 清器4的清洁空气进入排气歧 管3，阻止废气倒流入空气滤 清器4。当排气门每闭合一次 ，排气歧管内就有一段时间压 力低于大气压，产生真空。此 时吸气阀1打开，经滤清器的 新鲜空气流入排气管或催化器 ，当排气管内气体压力高于大 气压力时，吸气阀1关闭，空 气不能被吸入排气歧管3或催 化器。
VVT－I控制器的结构包括由正时带驱动的外 齿轮和与进气凸轮轴刚性连接的内齿轮,以及 一个内齿轮!外齿轮之间的可动活塞"活塞的内! 外表面上有螺旋形花键"活塞沿轴向的移动,会 改变内!外齿轮的相对位置,从而产生配气相位 的连续改变。
4.1.2.7 分层充气燃烧系统 1.分层充气燃烧 在均质燃烧的汽油机中，由于受燃烧极限的限 制，要实现稀燃很困难。若依靠进气涡流作用或采 用机械方法，使进入气缸的混合气由浓到稀逐步过 渡，有组织地分成各层次。在火花塞周围形成浓混 合气，而在其他区域形成稀混合气。发动机工作时 先点燃部分浓混合气，然后依靠它在燃烧后产生的 温度、压力和燃气的涡流运动，使火焰迅速扩散到 稀混合气区域中去，以确保稳定燃烧。可实现非均 质稀燃。此为分层充气燃烧。
本田发动机注重的是低负荷时的经济型和高 负荷时的动力输出“正好可以实现这样的要 求,在低速时虽然经济性很好但是会显得动 力不足;高转速时动力较强,但油耗增大”为 了实现这两个极端,在改变气门行程时,势必 会使它的行程的跨度很大,加上又是分段调 节导致发动机的功率输出很不线性,很不平 顺“这是不可回避的问题" 对于丰田的-来说情况要好得多,丰田-的主要要 求就是要实现平顺的动力输出,实现经济性 和动力性的完美接合"从丰田-发动机的特性 可以看出,它的扭矩输出很线性,而且能一直 持续下来"
本田CVCC发动机结构 图4-38 本田 发动机结构
以本田公司CVCC（Compound Vertex Controlled Combustion）型 为代表的分隔室式复合涡流控制燃烧系统是一种典型的非直喷式稀 燃系统。
图4-39 CVCC发动机 发动机 CVCC发动机主室类 工作示意图
似传统点燃式发动机的燃 烧室，设有一个进气门和 一个排气门。除主室外还 有一个副室，副室有别于 压燃式发动机的预燃室和 其他一些混合式发动机的 副室，副室本身安置了进 气门，与主室过量空气系 数不同的混合气通过这个 相对较小的进气门进入副 室。主副室之间通过一个 很窄的通道相连接。 因这种发动机有两个 化油器或两套进气管喷射 装置，所以可分别提供不 同过量空气系数的混合气 给主、副室的进气系统。
电子气门系统 (Valvetronic)
偏心轴 弹簧 中间杠杆 凸轮轴
摇臂
电子气门系统 (Valvetronic)
实例：本田 实例：本田i-VTEC简介 简介
Variable Valve Timing And Lift Electronic Control 可变气门正时及气门升程系统
●低速运转时,主摇臂和辅摇臂分别由大升程 低速运转时, 和小升程凸轮驱动, 产生涡流, 和小升程凸轮驱动, 产生涡流, 使油气更好地 混合,实现快速燃烧, 获得极佳的燃油经济性. 混合,实现快速燃烧, 获得极佳的燃油经济性. ●高速运转时,同步活塞在油压的作用使两摇 高速运转时, 臂连成一体,同时由大升程凸轮驱动, 臂连成一体,同时由大升程凸轮驱动, 充气量 得到大幅度的提高, 输出大功率和大扭矩. 得到大幅度的提高, 输出大功率和大扭矩.
1-喷雾 2-可燃混和气 3-火焰面 4-燃烧气体 5-带导气屏的进气阀 6-空气流 7-排气阀 8-喷油器 9-火花塞
来自百度文库
图4-44 轴向分层稀燃系统工作原理
首先，由进气管造成强烈的进气涡流；进气门开启到接近最大 升程时，通过安装在进气道上的喷油器将燃料喷入缸内；燃料在涡 流作用下，沿气缸轴向产生上浓下稀的分层。这种分层一直维持到 压缩行程后期，以保证在火花塞附近是较浓的混合气。
热反应器 热反应器一般和二次空气喷射同时使用，以保 证有足够的空气、温度和时间，使CO和HC在排气中 继续氧化。这种系统对NOx无效。为保持高温，一般 要加浓空燃比及推迟点火（油耗升高），或采取绝热 和紧靠排气管布置。为延长滞留时间可增大反应器容 积或让废气在反应器中流经多重弯道。 20世纪70～80年代，热反应器在国外汽油车上采 用较多，随着净化效率更高的三效催化器的普及，现 在汽车上已很少采用。由于摩托车排气处理装置要求 结构简单和成本低，且主要排放污染物是CO和HC， 因而热反应器在摩托车上有应用价值和广泛应用。
图4-40 分隔燃烧室层状充气系统结构简图 1-主燃室 2-进气管 3-进气门 4-副燃室 喷油器6 5-喷油器6-火花塞 7-主通道 8-副通道 9-活塞
双室分层充气系 统，由主、副室组成 ，副室装有喷油器和 火花塞。压缩冲程， 进气冲程吸入的新鲜 空气，上一循环的残 余废气被压入副室。 因为连接两室的通道 有大小之分，在副室 内形成反时针涡流， 喷入的燃油大部分在 副室中与空气涡流混 合，少部分由副通道 进入主燃烧室，这时 不但副室与主室由浓 稀之分，副室内与主 室内也是分层的。火 花塞点燃周围的浓混 合气，火焰先在副室 中传播，然后向外传 播并最终引燃主室中 的稀混合气。
凸轮轴调整器 （与链条张紧器一体）
排气凸轮 轴
进气凸轮 轴
高转速
调整功率时，链条下部短，上部长，进 气门延迟关闭。 进气管内气流速高，气缸充气量足。 因此高转速时，功率大。
凸轮轴调整器
在中、低转速
凸轮轴调整器向下拉长，于是链条上部变短 ，下部变长。 因为排气凸轮轴被齿形带固定了，此时排气 凸轮轴不能被转动，进气凸轮轴被转一个角 度，进气门提前关闭。
进气控制系统
图4-30 进气管长度对充量系数的影响
图4-31 可变进气管长度示例 1 - 节气门 2 - 喷油器 3 - 转换阀 4 - 副进气管 5 - 主进气管 6 - 总管
奥迪V6发动机的可变长度进气管 图4-32 奥迪 发动机的可变长度进气管
随着汽车电控技术的发展,可变长度的进气管 成为可能（如图4-31、32），它由长短不同的主进 、副进气管组成。中低速运转,转换阀关闭,由较长 的副进气管进气；而高速运转,转换阀开启,由主副 两个进气管同时进气，这样发动机在高、中、低 速都能得到高充量系数。 以上例子可看作是分级（2段）可变进气系统, 也可设计成多级或无级可变进气系统（如图4-33） ，以使进气系统在各种转速下都处于最佳管长， 但结构和控制将变得复杂。