现代汽车新技术：发动机进气控制系统

目前，有以下几种能够提高进入气缸空气量的进气控制系统，主要包括进气谐波增压控制系统、动力阀控制系统和可变配气相位控制系统等。

1.进气谐波增压控制系统

进气谐波增压控制系统提高充气效率的工作原理是利用进气气流惯性产生的压力来提高充气效率。当气体高速流向进气门，如果进气门突然关闭，进气门附近的气体会突然停止流动。但由于气流的惯性作用，此时进气管中的气体仍然会继续流动，导致进气门附近的气体被压缩，使得气压增强。惯性作用结束后，被压缩的气体开始膨胀，向与进气气流相反的方向流动，气压减弱。膨胀气体传到进气管口再次被反射，形成压力波。这种进气压力脉动波与进气门的配气相位相配合，可使进气管内的空气产生谐振，利用谐振效果在打开进气门时形成增压进气效果有利于增加发动机的输出转矩和功率。

当进气管较短时，谐振压力波的波长也较短，有利于发动机在高速范围内输出功率增加；当进气管较长时，谐振压力波的波长也较长，这样有利于发动机在中、低转速时转矩增加。若随转速的大小变化发动机进气管的有效长度也能做出相应改变，则能使发动机在整个转速范围内充分利用进气谐振效应，可以更有效地提高发动机的动力性。

图2－1所示为一种典型进气谐波增压控制系统的结构。在发动机其他结构相同的情况下，在进气管中部增加了真空罐与谐振室、真空电动机、真空电磁阀、转换阀等控制机构。真空罐与谐振室通过单向阀连通，为系统提供真空源；真空电动机经真空电磁阀与真空罐相通，可控制转换阀开和关。当发动机高速运转时，ECU使真空电磁阀通电，真空罐与真空电动机相通，从而使真空电动机在负压的作用下产生移动而打开转换阀。当发动机低速运转时，ECU使真空电磁阀断电，真空罐与真空电动机截止，从而使转换阀关闭。此时，进气脉动压力波在最长距离内传递，适宜发动机在中、低转速区域形成谐振增压效果。此时，因为大容量谐振室的参与，压力波在谐振室与进气门之间传播，缩短了其传播距离，高速时的谐振增压效果明显提高。

图2－1　典型进气谐波增压控制系统的结构

1—转换阀；2—真空电动机；3—真空罐；4—节气门；5—发动机ECU；6—真空电磁阀。

2.动力阀控制系统

动力阀控制系统的作用是改善发动机的动力性，通过控制发动机进气道的空气流通截面大小，来适应发动机不同转速和负荷时的进气量需求。

动力阀控制系统的工作原理是在进气量较少的低速、小负荷工况下，适当减小进气道空气流通截面，可以有效提高进气的流速，增大进气流惯性，使得发动机的充气效率提高。另外，提高进气流速，能够增强气缸内的涡流强度，有利于低速小负荷工况下的燃烧和热效率的提高，从而改善发动机的低速性能。在进气量较多的高速、大负荷工况下，适当增大进气道空气流通截面，不仅可以减小进气阻力，还可以抑制由进气流速过高而导致的燃烧室内气流扰动，更加有利于改善高速时发动机的性能。(www.xing528.com)

ECU控制的动力阀控制系统如图2－2所示。安装在进气管上的控制进气道空气流通截面大小的动力阀，其开闭由膜片真空气室控制，ECU根据各传感器信号通过真空电磁阀(VSV阀)控制真空罐与真空气室的真空通道。当发动机大负荷运转时，进气量较多，ECU接通真空电磁阀搭铁回路，真空罐中的真空度经真空电磁阀进入膜片真空气室，动力阀开启，进气通道变大。当发动机小负荷运转时，进气量较少，ECU断开真空电磁阀搭铁回路，真空罐中的真空度不能进入膜片真空气室，动力阀处于关闭位置，进气通道变小。动力阀控制系统的主要控制信号有发动机转速、温度、空气流量等。

图2－2　ECU控制的动力阀控制系统

(a)发动机大负荷运转；(b)发动机小负荷运转

3.可变配气相位控制系统

发动机可变气门正时技术(Variable Valve Timing，VVT)是针对传统发动机中，发动机某些重要性能因气门定时固定不变而致使在其整个运行范围内不能很好地满足工作需要而提出的。VVT技术使得发动机气门升程和配气相位正时可以根据发动机工况做实时的调节，在发动机运行工况范围内提供最佳的配气正时，有效地解决了高转速与低转速、大负荷与小负荷下动力性与经济性的矛盾，同时在一定程度上改善了排放性能。

如图2－3所示，VVT系统主要由相位调节器和机油控制阀(Oil Control Valve，OCV)组成。OCV为该系统的控制器，而相位调节器为该系统的执行器。发动机管理系统(Engine Management System，EMS)根据节气门开度传感器、发动机水温传感器、转速传感器、空气流量计等传来的信号，查找发动机在各种工况下所需的点火控制曲线图，运算得出发动机在该工况下所需气门正时角，即目标位置；同时，发动机管理系统EMS根据凸轮位置传感器和曲轴位置传感器传来的反馈信号计算得出的凸轮轴的实际位置。经过目标位置和实际位置之间的比较，根据EMS的控制策略，向OCV发出动作信号，通过调整控制阀中阀芯位置，来改变油路中机油流向和流量大小，以油压方式把提前、滞后、保持不变等信号反馈至VVT相位器空腔内，实现相位器内部定子与外部转子之间的相对转动，调节凸轮轴的正时角度，从而达到调整进气(排气)的量以及控制气门开闭时间。

另外，通过可变气门驱动机构也可以控制涡轮增压汽油机的负荷和增压压力。通常，在涡轮增压汽油机中，是通过节气门和废气放气阀来控制负荷和增压压力。用节气门控制涡轮增压汽油机的负荷有着随负荷的减小而泵损失急剧增加的缺点，而且该缺点比在自然吸气式汽油机中更为明显。用废气放气阀来控制涡轮增压汽油机的增压压力，不但会引起负的扫气压差，而且也直接浪费废气能量。利用可变气门驱动机构控制其负荷和增压压力，不但省去了节气门和废气放气阀这两个机构，同时也消除了它们在控制负荷的自然吸气式汽油机中由于内部膨胀冷却所引起的混合气温度过低，导致其燃烧不良的缺点。因为在涡轮增压汽油机中，进气道中的混合气温度往往高于环境温度，当可变气门驱动机构运作时，引起的内部膨胀冷却正好有提高中冷器冷却效率的作用，这有利于削弱增压汽油机的爆震倾向。

图2－3　VVT发动机组成