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1.汽车：什么是可变进气道？什么是VVT—I？什么是EGR？什么是VTEC？它们的作用是什么？

汽车：什么是可变进气道？什么是VVT—I？什么是EGR？什么是VTEC？它们的作用是什么？

可变进气道 细而长的进气道有利于发动机怠速稳定，短而粗的进气道在大负荷高转速时有利于发动机功率提升(进气歧管越长，空气在进气歧管内的振动频率就越低，反之进气歧管越短，空气的振动频率越高）。进气歧管里有个长短气道转换翻板，怠速或部分负荷时用长的进气道，大负荷转换成短气道减少进气阻力提高进气效率。 VVTI VVT-i是Variable Valve Timing-intelligent的缩写，它代表的含义就是智能正时可变气门控制系统。这一装置提高了进气效率，实现了低、中转速范围内扭矩的充分输出，保证了各个工况下都能得到足够的动力表现。另一个先进之处在于全铝合金缸体带来的轻量化，不仅减小了质量，也降低了发动机的噪声。可变配气正时 可变配气正时控制机构的主要目的是在维持发动机怠速性能情况下，改善全负荷性能。这种机构是保持进气门开启持续角不变，改变进气门开闭时刻来增加充气量。 （1）凌志LS400汽车可变配气正时控制机构(VVT-i) VVT-i系统用于控制进气门凸轮轴在50°范围内调整凸轮轴转角，使配气正时满足优化控制发动机工作状态的要求，从而提高发动机在所有转速范围内的动力性、经济性和降低尾气的排放。 VVT-i系统由VVT-i控制器、凸轮轴正时机油控制阀和传感器三部分组成，如下图所示。其中传感器有曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器和VVT传感器。 LS400汽车的发动机是8缸V型排列4气门式的，有两根进气凸轮轴和两根排气凸轮轴。在工作过程中，排气凸轮轴由凸轮轴齿形带轮驱动，其相对于齿形带轮的转角不变。曲轴位置传感器测量曲轴转角，向ECU提供发动机转速信号；凸轮轴位置传感器测量齿形带轮转角；VVT传感器测量进气凸轮轴相对于齿形带轮的转角。它们的信号输入ECU，ECU根据转速和负荷的要求控制进气凸轮轴正时控制阀，控制器根据指令使进气凸轮轴相对于齿形带旋转一个角度，达到进气门延迟开闭的目的，用以增大高速时的进气迟后角，从而提高充气效率。 1)结构 VVT-i控制器的结构如下图所示，它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。 VVT外壳通过安装在其后部的剪式齿轮驱动排气门凸轮轴。 凸轮轴正时控制阀根据ECU的指令控制阀轴的位置，从而将油压施加给凸轮轴正时带轮以提前或推迟配气正时。发动机停机时，凸轮轴正时控制阀处于最延迟的位置，如下图（b）所示。 2)工作原理 根据发动机ECU的指令，当凸轮轴正时控制阀位于图（a）所示时，机油压力施加在活塞的左侧，使得活塞向右移动。由于活塞上的旋转花键的作用，进气凸轮轴相对于凸轮轴正时带轮提前某一角度。 当凸轮轴正时控制阀位于图（b）位置时，活塞向左移动，并向延迟的方向旋转。进而，凸轮轴正时控制阀关闭油道，保持活塞两侧的压力平衡，从而保持配气相位，由此得到理想的配气正时。 提高充气效率是提高发动机动力性能的重要措施。除了增压以外，合理选择配气相位且能随发动机转速不同而变化，以及利用进气的惯性及谐振效应是提高充气效率的重要途径。 进气惯性及谐振效应是随着发动机转速、进气管长度及管径大小的变化而变化。在不同转速下，进气管长度应有所不同，方能获得良好的进气惯性效应。并且，只有用可变配气相位，可变进气系统才能适应不同发动机转速下的要求，才能较全面地提高发动机性能。 可变进气系及配气相位改善发动机的性能，主要体现在以下几方面： ①能兼顾高速及低速不同工况，提高发动机的动力性和经济性； ②降低发动机的排放； ③改善发动机怠速及低速时的性能及稳定性。 这里首先介绍可变进气系统，至于可变配气相位以后会以不同的方式再作介绍。 可变进气系统分为两类：(1)多气门分别投入工作；(2)可变进气道系统。其目的都是为了改变进气涡流强度、提高充气效率；或者为了形成谐振及进气脉冲惯性效应，以适应低速及中高速工况都能提高性能的需要。 1．多气门分别投入工作 实现多气门分别投入工作的结构方案有如下两种：第一，通过凸轮或摇臂控制气门按时开或关；第二，在气道中设置旋转阀门，按需要打开或关闭该气门的进气通道，其结构如图3-94a)所示，这种结构比用凸轮、摇臂控制简单。 a)涡轮控制阀示意图 b)低速、小负荷工况 c)高速、大负荷工况 图3-94 多气门分别投入工作示意图 当发动机在节气门部分开度工作时，涡流控制阀关闭(见图3-94b)，混合气通过主要螺旋进气道进入气缸。节流的气道促进混合加速，并沿着切线方向进入气缸，这样可以形成较强的进气涡流，对于低速工况及燃烧稀混合气是有利的。 当发动机转速及负荷增加时，仅由主气道进入气缸的混合气不能满足发动机的需要，于是副进气道中的阀门开启，增加进入缸内的混合气(见图3-94c)，而且抑制了进气道中进气涡流强度，这对于提高发动机高速工况时的容积效率及燃烧效率、减少能量损失是有利的。 2．可变进气道系统 可变进气道系统是根据发动机不同转速，使用不同长度及容积的进气管向气缸内充气，以便能形成惯性充气效应及谐振脉冲波效应，从而提高充气效率及发动机动力性能。 (1)双脉冲进气系统 双脉冲进气系统由空气室及两根脉冲进气管组成，如图3-95所示。空气室的入口处设置节气门，并与两根直径较大的进气管相连接，其目的在于防止两组(每组三缸)进气管中谐振空气柱的互相干扰。每根脉冲管子成为形成谐振空气波的通道，分别连接两组气缸。 将六缸机的进气道分成前后两组，这就相当于两个三缸机的进气管，每个气缸有240°的进气冲程，各气缸之间不会有进气脉冲波的互相干扰。上述可变进气系统的效果在于：每个气缸都会产生空气谐振波的动力效应，而直径较大的空气室、中间的产生谐振空气波的通道同支管一起，形成脉冲波谐振循环系统。 图3-95 双脉冲进气系统示意图 a)低速段（n﹤4400r/min）；b)高速段（n﹥4400r/min） 当进气管中动力阀关闭时(见图3-95a)，可变进气管容积及总长大约为70cm的进气管，能在发动机转速n＝3300r/min时，形成谐振进气压力波，提高了充气效率，使转矩达到最大值。当发动机转速大于4000r/min时，进气管中便不能形成有效的进气压力波，于是动力阀门打开(见图3-95b)，两个中间进气通道便连接成一体。优化选择在每个气缸与总管连接的支管容积后，能形成高速(如：n＝4400r/min)下谐振进气脉冲波，使转矩值达到较高值。于是在n＝1500～5000r/min的范围内，转矩曲线变化平缓，如图3-96所示。 图3-96 用可变进气系统后的转矩特性（六缸发动机） (2)四气门二阶段进气系统 该进气系统由弯曲的长进气管和短的直进气管与空气室相连接，并分别连接到缸盖的两个进气门上，如图3-所示。在发动机低、中速工况时由长的弯曲管向发动机供气；而在高速时，短进气管也同时供气(动力阀打开)，提高了发动机功率。 在发动机低、中速工况(n﹤3800r/min)，动力阀关闭短进气管的通道(见图3-a)。空气通过长的弯曲气道，使气流速度增加，并且形成较强的涡流，促进良好混合气的形成。此外，进气管的长度能够在进气门即将关闭时，形成较强的反射压力波峰，使进入气缸的空气增加。这都有助于提高发动机低速时的转矩。 在发动机高速工况(n﹥3800r／min)，动力阀打开(见图3-b)，额外的空气从空气室经过短进气管进入气缸，改善了容积效率，并且由另一气门进入气缸的这股气流，将低、中速工况形成的涡流改变成滚流运动，更能满足高速高负荷时改善燃烧的需要。 图3- 四气门二阶段进气系统 a)低速段；b)高速段 (3)三阶段进气系统 该进气系统由末端连在一起的两根空气室管组成，并布置在V形夹角之间。每根空气室通过3根单独的脉冲管连接到左侧或者右侧的气缸上。每一侧气缸形成独立的三缸机，各缸的进气冲程相位为均匀隔开的240°。两根空气室的人口处有各自的节流阀，在两根空气室中部有用阀门控制的连接通道，在空气室末端U形连接管处布置有两个蝶式阀门，如图3-98所示。 图3-98 三阶段进气系统 a)低速（n﹤4000r/min）；b)中速（n﹥4000r/min）；c)高速（n﹥5000r/min） 在发动机低速工况(n﹤4000r/min)(见图3-98a)，两空气室管之间的阀及高速工况用阀关闭。每根空气室管及与其相连接的3根脉冲进气管形成完整的谐振系统，将在一定转速工况下(如：n＝3500r/min)，将惯性及波动效应综合在一起，从而使充气效率及转矩达到峰值。当发动机转速高于3500r/min时，谐振压力波的波幅值变小，因此可变系统的效果也变差，相应地每个气缸的充气效率也变小。 当发动机转速处于4000～5000r/min之间，即中速工况时(见图3-98b)，连接两根空气室的阀门打开，因此部分损坏了低速工况谐振压力波频率，然而却在转速为4500r/min的工况下，形成新的谐振压力波峰，从而使更多的空气或混合气进入气缸。 当发动机转速进一步提高，如：达到5000r/min以上，于是短进气道中蝶阀打开(见图3-98c)，在两个空气室之间的短的及直接通道的空气流动，影响了第二阶段的惯性及脉冲效应。然而在高速范围(5000～6000r/min)内，通过各缸进气管的脉冲及谐振作用，建立了新的脉冲压力波及效果。于是三阶段的可变进气系统在三段转速范围内都能形成一个高的转矩峰值，从而提高了整个转速范围内的转矩，使转矩特性更平坦，数值更高。 EGR EGR是英文Exhaust Gas Recirculation三个字的缩写，意思是废气再循环系统。它是针对引擎排气中有害气体之一的氮氧化合物NOx所设置的排气净化装置。 氮氧化物排到大气中，碰到强烈的紫外线时，会生成光化学烟雾。这种光化学烟雾，会造成眼睛疼痛，严重的话还会呼吸困难。长期呼吸被氮氧化物和黑烟等污染的空气，也容易带来呼吸器官的疾病和癌症。 在化学上，氮是所谓的惰性气体，不容易起氧化作用，但温度高到一个程度，还是会形成氮氧化物的。因此若要降低引擎排气中的氮氧化物含量，就必须设法降低引擎的燃烧温度。目前车辆使用的方法就是在进气管中导入一些已经燃烧过的废气，与新鲜空气混合，使之再次燃烧，作用为降低混合气的含氧浓度、吸收燃烧释放出的热量，使燃烧速度减慢、燃烧温度降低，便减少了NOx的生成数量，现代引擎不论是汽油或柴油的都有EGR废气再循环系统，并且都用计算机来控管废气的进气量，以期许在环保和动力上取得最大的利益和平衡。 发动机控制电脑即ECU根据发动机的转速、负荷(节气门开度)、温度、进气流量、排气流量,温度控制电磁阀适时地打开，进气管真空度经电磁阀进入EGR阀真空膜室，膜片拉杆将EGR阀门打开，排气中的少部分废气经EGR阀进入进气系统，与混合气混合后进入气缸参与燃烧。少部分废气进入气缸参与混合气的燃烧，降低了燃烧时气缸中的温度，因NOX是在高温条件下生成的，故抑制了NOX的再次生成，从而降低了废气中的NOX的含量。但是，过度的废气参与再循环，将会影响混合气的着火、性能，从而影响发动机的动力性，特别是在发动机怠速、低速、小负荷及冷机时，再循环的废气会明显地影响发动机性能。所以，当发动机在怠速、低速、小负荷 及冷机时，ECU控制废气不参与再循环，避免发动机性能受到影响；当发动机超过一定的转速、负荷及达到一定的温度时，ECU控制少部分废气参与再循环，而且，参与再循环的废气量根据发动机转速、负荷、温度及废气温度的不同而不同，以达到废气中的NOX最低。 ERG工作原理及运用 发动机的有害排放物是造成大气污染的一个主要来源，随着环境保护问题的重要性日趋增加，降低发动机有害排放物这一目标成为当今世界上发动机发展的一个重要方向。随着世界石油制品的消耗量逐年上升，国际油价居高不下，柴油车的经济性日渐突出,这使得柴油机在车用动力中占据着越来越重要的地位。所以开展柴油机有害排放物控制方法的研究，是从事柴油机设计者的首要任务。本文在这里简述降低有害排放物的控制技术中的一种-----废气再循环系统。 废气再循环系统(Exhaust Gas Recirculation)简称EGR，是将柴油机产生的废气的一小部分再送回气缸。再循环废气由于具有惰性将会延缓燃烧过程，也就是说燃烧速度将会放慢从而导致燃烧室中的压力形成过程放慢，这就是氮氧化合物会减少的主要原因。另外，提高废气再循环率会使总的废气流量(mass flow) 减少，因此废气排放中总的污染物输出量将会相对减少。EGR系统的任务就是使废气的再循环量在每一个工作点都达到最佳状况，从而使燃烧过程始终处于最理想的情况，最终保证排放物中的污染成份最低。由于废气再循环量的改变会对不同的污染成份可能产生截然相反的影响，因此所谓的最佳状况往往是一种折衷的，使相关污染物总的排放达到最佳的方案。比方说，尽管提高废气再循环率对减少氮氧化物（NOx）的排放有积极的影响, 但同时这也会对颗粒物和其他污染成份的增加产生消极的影响。 增压中冷柴油机实现废气再循环一般有两种方式：一种是将涡轮前的排气引入中冷器之后，称为高压废气反向。用可变截面涡轮增压器，可以扩大废气再循环有效工作范围，降低氮氧化物（NOX）和微粒（PT），燃油耗也不升高，这可能是将高压废气再循环系统用于增压中冷柴油机的最好方法。另一种是将涡轮后的排气引入压气机之前，称为低压废气再循环系统，它可有效降低氮氧化物，而废气循环工作范围较大，与柴油机匹配能有效地发挥其功能。 现在我们运用得最多的是低压废气再循环系统，其系统的主要元件是数控式EGR阀。数控式EGR阀安装在右排气歧管上，作用是独立地对再循环到发动机的废气量进行准确的控制，而不管歧管真空度的大小。EGR阀通过3个孔径递增的计量孔控制从排气歧管流回进气歧管的废气量，以产生7种不同流量的组合。每个计量孔都由1个电磁阀和针阀组成，当电磁阀通电时，电枢便被磁铁吸向上方，使计量孔开启。旋转式针阀的特性保证了当EGR阀关闭时，具有良好密封性。EGR阀通常在下列条件下开启： 1.发动机暖机运转。 2.转速超过怠速。 目前用的废气再循环系统还有一种类型，日野汽车公司开发的脉冲式废气再循环系统在柴油机进气过程中，排气门稍有提升，使部分高压废气回流到汽缸内。排气门的这个作用是通过修改排气门凸轮的形状和将废气再循环系统微升来实现的。在脉冲式废气再循环系统中，废气被重新送回气缸内，因此废气的压力应高到足以使气流反向。要达到这样高的压力只有通过优化气门微升和定时，从而利用废气的压力波才能实现，在该废气再循环系统中，废气压力“脉冲”被有效利用。 废气再循环（EGR）传感器 EGR传感器的用途是使车辆符合世界各国的废气排放标准。EGR传感器向引擎电子控制系统反馈废气流量信息。除去上述用途，EGR传感器的结构使得它还适用于踏板位置检测和暖通风与空调系统中。 1.作用： 废气再循环(EGR)系统用于降低废气中的氧化氮(NOX)的排出量。氮和氧只有在高温高压条件下才会发生化学反应，发动机燃烧室内的温度和压力满足了上述条件，在强制加速期间更是如此。 当发动机在负荷下运转时，EGR阀开启，使少量的废气进入进气歧管，与可燃混合气一起进入燃烧室。怠速时EGR阀关闭，几乎没有废气循环至发动机。汽车废气是一种不可燃气体(不含燃料和氧化剂)，在燃烧室内不参与燃烧。 它通过吸收燃烧产生的部分热量来降低燃烧温度和压力，以减少氧化氮的生成量。进入燃烧室的废气量随着发动机转速和负荷的增加而增加。 2.工作原理： EGR系统的主要元件是数控式EGR阀，数控式EGR阀安装在右排气歧管上，其作用是独立地对再循环到发动机的废气量进行准确的控制，而不管歧管真空度的大小。 EGR阀通过3个孔径递增的计量孔控制从排气歧管流回进气歧管的废气量，以产生多种不同流量的组合。每个计量孔都由1个电磁阀和针阀组成，当电磁阀通电时，电枢便被磁铁吸向上方，使计量孔开启----阀门开启。旋转式针阀的特性保证了当EGR阀关闭时，具有良好密封性。 EGR阀通常在下列条件下开启：1.发动机暖机运转。2.转速超过怠速。ECM根据发动机冷却水温传感器、节气门位置传感器和空气流量传感器来控制EGR系统。 “最贵的东西不一定是最赚钱的，最赚钱的东西不一定是最好的。”很容易就能在汽车行业内找到这一句话的例证，大家都说日系车厂精明，是因为他们都把最好的东西用在刀刃上。要论到最顶尖的发动机技术、最强劲的动力输出，在超级跑车的圈子里面似乎不多见日系车的身影。但要论到年产量的大小，似乎排在前几名都是我们熟识的日系厂商标。他们把最好的都投入到研发更能兼顾动力和油耗的机型，以更适应消费者需求的产品来争夺市场。日系品牌众多发动机在国内有着相当可观的保有量，而要数最经典的4款莫过于本田i-VTEC系列、丰田VVT-i系列、日产VQ系列和三菱的4G系列发动机。下文我们先对本田的i-VTEC系列发动机作深入研究。 i-VTEC技术不单只是本田的看家本领，更是各大厂家大同小异的“CVVT”可变气门正时技术的鼻祖。自新一代飞度1.3L车型弃用i-DSI引擎转投i-VTEC阵型后，本田正式对其在国内的所有车型普及i-VTEC发动机。小至1.3L的低排量，大到2.4L排量，无论是两厢小车还是MPV或者SUV，只要挂的是本田商标，打开引擎盖便能看到那银色的一串英文字母。到底这简单的5个英文字母背后到底包含了什么独到技术呢？ 工作原理 在中低转速时，发动机需要的混合气量并不高，以保持转速的稳定以及减少燃油消耗和污染物排放。但到达高转速时便需要更大的进气量来满足高动力输出的需求，而发动机进气门的相位（开闭的时机）和升程（开度的大小）便是决定汽缸进气量的最直接因素。普通的发动机在制造出来后，配气相位和气门升程就固定不变了，无法适应不同转速下发动机对进排气的需求。因此，人们希望能够有这样一种发动机，其凸轮型线（凸轮的轮廓曲线）能够适应任何转速，不论在高速还是低速都能得到最佳的配气相位。于是，可变配气相位控制机构应运而生。本田公司在1989年推出了自行研制的“可变气门正时和气门升程电子控制系统”，英文全“Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System”，缩写就是“VTEC”，是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程等两种不同情况的气门控制系统。 更多精彩，尽在汽车之家频道 与很多普通发动机一样，VTEC发动机每缸有4气门（2进2排）、凸轮轴和摇臂等，但与普通发动机不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法。中、低转速用小角度凸轮，在中低转速下两气门的配气相位和升程不同，此时一个气门升程很小，几乎不参与进气过程，进气通道基本上相当于单进气门发动机。而在高转速时，通过VTEC电磁阀控制液压油的走向，使得两进气摇臂连成一体并由开启时间最长、升程最大的进气凸轮来驱动气门，此时两进气门按照大凸轮的轮廓同步进行。与低速运行相比，大大增加了进气流通面积和开启持续时间，从而提高了发动机高速时的动力性。这两种完全不同性能表现的输出曲线，本田的工程师使它们在同一个发动机上实现了。 i-VTEC=VTEC+VTC 但是VTEC系统对于配气相位的改变仍然是阶段性的，也就是说其改变配气相位只是在某一转速下的跳跃，而不是在一段转速范围内连续可变。为了改善VTEC系统的性能，本田不断进行创新，推出了i-VTEC系统。增加了一个称为VTC（Variable timing control“可变正时控制”）的装置——一组进气门凸轮轴正时可变控制机构，即i-VTEC=VTEC+VTC。此时，进气阀门的正时与开启的重叠时间是可变的，由VTC控制，VTC机构的导入使发动机在大范围转速内都能有合适的配气相位，这在很大程度上提高了发动机的性能。 不过值得车友们注意的是，虽然发动机上同样打着光亮的i-VTEC标志，但东风本田思域的R18A1发动机的i-VTEC却有着另一层深意。上文的i-VTEC机构的作动目的在提高马力输出，但这颗R18A1引擎i-VTEC机构的作用是省油。 上文VTEC切换至高角度凸轮的时机，是在引擎达到4800转以上、水温高于60度，并在进气歧管内的负压指数符合原厂设定值后，便会开启VTEC电磁阀，将油压导入摇臂内以推动自由活塞，使高角度凸轮开始介入，延长进气门关闭时间，提高引擎于高转速时的进气量。 思域的R18A1发动机 在R18A1引擎上的VTEC作动时机，是设定在1000～3500rpm之间的任一转速域内，皆有介入的可能性，且超过此范围外不论转速多高VTEC机构皆不会再作动，如此听来是不是与我们上文所述的VTEC作动时机大不相同呢？且为何提早切换至高角度凸轮，可获得节省油耗的目的呢？关键在于进气阻力的控制。 一般汽油引擎在高速巡航低负载时，因速度不需再提高，驾驶者只会轻踩油门以保持同样速度，节气门开启角度相对缩小（也就是说高速巡航是节气门的开度很小），减缓新鲜空气吸入量，但此时引擎内的吸气阻力，却会因节气门开度小而增加，并提高活塞于进气行程时的向下阻力，相对消耗部分活塞爆炸时的推力，进而降低引擎输出功率，就像吸管变小，需用更多的吸力饮料才能吸到嘴里的道理是相同的。此时如果能将节气门开度变大，就能减缓活塞吸气阻力进而提高效率，使引擎输出功率全部用在传动系统上，而不会在运转时便已消耗掉一部分，进而提升高速巡航时的燃费经济性。 R18A1发动机的i-VTEC系统就是针对该种情况，在车辆低转速高车速巡航的时候让高角度凸轮轴介入，通过加大气门开度来减少进气阻力。文章开头提到的i-VTEC系统能够在引擎高转速时提供爆发的动力，而这款R18A1发动机的i-VTEC系统则反其道而行在低转速时介入达到节油的效果。 除了巧妙地“反其道而行”外，思域身上的R18A1引擎上还有着多种针对油耗的技术，如活塞机油冷却喷嘴与可变长度进气歧管等，这里便不作详述了。 结语： 归根到底，本田的i-VTEC技术就是让本来“一成不变”的进排气门改为能够根据发动机及车辆工况来调节，这种改变的好处是可想而知的，就像变速箱由只有一个挡位升级到有多个挡位一样。 但是i-VTEC也有一些明显的缺点，例如发动机噪音在气门全开时噪音过大，虽然有人认为这种明显的“VTEC”声非常吸引，但是毕竟也会对行驶舒适性造成一定影响。特别是长期运转在高角度凸轮轴的状态下油耗会明显的增高，例如国内没有引进的高性能版的K20A发动机，虽然排量仅仅是2.0升，但其在进排气两侧均有i-VTEC控制的多角度凸轮轴可变换，导致在全速发力时的油耗已经接近2.5~3.0排量的发动机。此外，i-VTEC系统需要复杂的ECU控制单元来配合，而且对运作部件的加工质量要求高，所以需要厂家在质量保证方面下更多的功夫。 在这一个思路下，很多汽车厂家都研发出类似的可变气门技术，来应对油耗和动力这一对矛盾，我们下一期的主角丰田VVT-i技术便是其中的佼佼者，敬请关注。 ://.autohome.cn/dic/word-143.html