任務(wù)一 可變進(jìn)氣道的結(jié)構(gòu)及工作原理

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.掌握可變進(jìn)氣道的組成及結(jié)構(gòu)

2.掌握可變進(jìn)氣道的工作原理

3.了解可變進(jìn)氣道的故障現(xiàn)象及引起故障的原因

課程準(zhǔn)備

知識準(zhǔn)備：

由于混合氣是具有質(zhì)量的流體，在進(jìn)氣管中的流動狀態(tài)是千變?nèi)f化的，工程上往往要運(yùn)用流體力學(xué)來優(yōu)化其內(nèi)部設(shè)計，例如將進(jìn)氣歧管內(nèi)壁打磨光滑，以減輕阻力，或者刻意制造粗糙面，以營造氣缸內(nèi)的渦流運(yùn)動。但是，汽車發(fā)動機(jī)的工作轉(zhuǎn)速間隔高達(dá)數(shù)千轉(zhuǎn)，各工況所需的進(jìn)氣需求不盡相同，這對普通的進(jìn)氣歧管是個極大的考驗(yàn)。于是，工程師對進(jìn)氣歧管進(jìn)行了深層次的開發(fā)——讓進(jìn)氣歧管“變”起來。

發(fā)動機(jī)有兩個最重要的內(nèi)容：①低轉(zhuǎn)速扭矩；②高轉(zhuǎn)速功率。汽車在剛起步時和急加速超車時，要感覺有力就要有扭矩。而車子最高速度快不快，這是關(guān)系到高轉(zhuǎn)速功率的問題。

一、可變長度進(jìn)氣道的功能

在汽車其他配置不變的情況下，如果用又細(xì)又長的進(jìn)氣岐管的話，在發(fā)動機(jī)低速的情況下，可以增加進(jìn)氣的氣流速度和氣壓強(qiáng)度，并使得汽油得以更好地霧化，燃燒得更好。就像我們?nèi)绻芾锏乃饔辛Φ脑挘桶阉苣蟮帽庖稽c(diǎn)兒是一樣的道理。

相反，這樣的配置也有缺點(diǎn)，就是當(dāng)發(fā)動機(jī)拉到高速時，由于進(jìn)氣歧管太細(xì)，在單位時間里的進(jìn)氣量不夠用了，結(jié)果就是轉(zhuǎn)速拉不上去，導(dǎo)致車子高速跑不出來。這時就需要進(jìn)氣岐管又粗又短，這樣才能吸入更多的氣。

通過改變進(jìn)氣歧管的長度和截面積，提高燃燒效率，使發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速時更平穩(wěn)、扭矩更充足，高轉(zhuǎn)速時更順暢、功率更強(qiáng)大。

同時進(jìn)氣歧管一端與進(jìn)氣門相連，另一端與進(jìn)氣總管后的進(jìn)氣諧振室相連，每個氣缸都有一根進(jìn)氣歧管。發(fā)動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時，進(jìn)氣門不斷地開啟和關(guān)閉，氣門開啟時，進(jìn)氣歧管中的混合氣以一定的速度通過氣門進(jìn)入氣缸，當(dāng)氣門關(guān)閉時混合氣受阻就會反彈，周而復(fù)始會產(chǎn)生振動頻率。如果進(jìn)氣歧管很短，顯然這種頻率會更高；如果進(jìn)氣歧管很長的話，這個頻率就會變得相對低一些。如果進(jìn)氣歧管中混合氣的振蕩頻率與進(jìn)氣門開啟的時間達(dá)到共振的話，那么此時的進(jìn)氣效率顯然是很高的，因此可變進(jìn)氣歧管，在發(fā)動機(jī)高速和低速時都能提供最佳配氣。

二、可變長度進(jìn)氣道的結(jié)構(gòu)

汽車用4沖程發(fā)動機(jī)的活塞上上下下往復(fù)兩次循環(huán)才算完成一個工作循環(huán)，進(jìn)氣門只有1/4時間打開，這樣在進(jìn)氣歧管內(nèi)造成一個進(jìn)氣脈沖。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速越高，氣門開啟間隔也就越短，脈沖頻率也就越高，簡單地說，就是進(jìn)氣歧管的振動也就越大。通過改變進(jìn)氣歧管長度，改進(jìn)氣流的流動。進(jìn)氣歧管被設(shè)計成蝸牛一般的螺旋狀。可變長度進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)及外觀如圖1-3-1所示。

圖1-3-1 可變進(jìn)氣道外觀及進(jìn)氣道翻板

以大眾某車型為例，進(jìn)氣道長度可變的工作原理如圖1-3-2所示。當(dāng)發(fā)動機(jī)在2000r/min低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時，黑色控制閥關(guān)閉，氣流被迫從長進(jìn)氣歧管流入氣缸，此時，進(jìn)氣歧管

圖1-3-2 進(jìn)氣道長度可變的工作原理

的固有頻率得以降低，以適應(yīng)氣流的低轉(zhuǎn)速。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升到5000r/min，進(jìn)氣頻率上升，此時控制閥開啟，氣流繞開下部導(dǎo)管直接注入氣缸，這樣可降低進(jìn)氣歧管的共振頻率，以利于高速進(jìn)氣。

上面這種方式結(jié)構(gòu)簡單，但是只有2級可調(diào)，這顯然不能完全滿足各個轉(zhuǎn)速下發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣需求。解決的辦法是設(shè)計一套連續(xù)可變進(jìn)氣歧管長度的機(jī)構(gòu)。

寶馬760轎車上裝配的V12發(fā)動機(jī)就采用了該設(shè)計。寶馬的進(jìn)氣機(jī)構(gòu)中間設(shè)計了一個轉(zhuǎn)子來控制進(jìn)氣歧管的長度，通過轉(zhuǎn)子角度的變化，使進(jìn)氣氣流進(jìn)入氣缸的長度連續(xù)可變。這顯然更能滿足各個轉(zhuǎn)速下的進(jìn)氣效率，且動力輸出更加線性，扭力分布更加均勻，燃油經(jīng)濟(jì)型更加優(yōu)化。

三、可變長度進(jìn)氣道的控制

當(dāng)汽油機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，發(fā)動機(jī)ECU指令轉(zhuǎn)換閥控制機(jī)構(gòu)關(guān)閉轉(zhuǎn)換閥。這時，空氣須經(jīng)空氣濾清器和節(jié)氣門沿著彎曲而又細(xì)長的進(jìn)氣歧管流進(jìn)氣缸。細(xì)長的進(jìn)氣歧管提高了進(jìn)氣速度，增強(qiáng)了氣流的慣性，使進(jìn)氣量增多；當(dāng)汽油機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，汽油機(jī)電子控制模塊指令轉(zhuǎn)換閥控制機(jī)構(gòu)，開啟轉(zhuǎn)換閥，空氣經(jīng)空氣濾清器和節(jié)氣門及轉(zhuǎn)換閥直接進(jìn)入粗短的進(jìn)氣歧管。粗短的進(jìn)氣歧管進(jìn)氣阻力減小，也使進(jìn)氣量增多。進(jìn)氣道長度控制如圖1-3-3所示。

圖1-3-3 進(jìn)氣歧管轉(zhuǎn)換閥工作情況

以大眾某車型為例，可變長度進(jìn)氣道控制如圖1-3-4所示。

當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低于4000r/min時，可變進(jìn)氣道活動閥關(guān)閉，空氣通過較長的氣道進(jìn)入氣缸，管內(nèi)進(jìn)氣流具有較大的慣性，起到慣性增壓的作用，可獲得較大的扭矩；當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速超過4000r/min時，ECU給電磁閥信號，使電磁閥開啟，此時進(jìn)氣管內(nèi)的低壓空氣進(jìn)入到真空膜盒的右側(cè)，而真空膜盒的左側(cè)與大氣相通，因此形成壓力差A_p（A_p=P_o-P_u），使膜片向右移動，從而保證足夠壓力差通過連桿帶動活動閥門轉(zhuǎn)動，此時空氣通過較短的氣道流入氣缸內(nèi)，可降低阻力，使發(fā)動機(jī)高速時獲得較大的功率。

進(jìn)氣道長度轉(zhuǎn)換電磁閥的結(jié)構(gòu)及電路如圖1-3-5所示。

圖1-3-4 可變長度進(jìn)氣道的控制過程

圖1-3-5 進(jìn)氣道轉(zhuǎn)換電磁閥的結(jié)構(gòu)及電路

圖1-3-6 真空膜盒安裝位置及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

進(jìn)氣道長度轉(zhuǎn)換真空膜盒安裝位置及膜盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-3-6所示。

可變長度進(jìn)氣歧管不僅可以提高汽油機(jī)在中、低速和中、小負(fù)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(jī)在中、低速運(yùn)轉(zhuǎn)時的進(jìn)氣速度而增強(qiáng)了氣缸內(nèi)的氣流強(qiáng)度，從而改善了燃燒過程，使汽油機(jī)中、低速的最低燃油消耗率下降，燃油經(jīng)濟(jì)性有所提高。

此外，可變長度進(jìn)氣歧管還有減少汽油機(jī)廢氣排放量的作用。因?yàn)槠蜋C(jī)燃燒過程改善后，不僅油耗降低，經(jīng)濟(jì)性改善，汽油機(jī)的有害排氣污染物的排放量也能適當(dāng)減少，即轎車汽油機(jī)的排放凈化性能也可適當(dāng)改善。

四、變截面進(jìn)氣道的結(jié)構(gòu)原理

根據(jù)流體力學(xué)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。舉個例子：小時候我們都玩過自來水，將水管前端捏扁，自來水的壓力會變得非常大。

圖1-3-7 變截面進(jìn)氣道的結(jié)構(gòu)

根據(jù)這一原理，發(fā)動機(jī)需要一套機(jī)構(gòu)，在高轉(zhuǎn)速時使用較大的進(jìn)氣歧管截面積，提高進(jìn)氣流量；在低轉(zhuǎn)速時使用較小的進(jìn)氣歧管截面積，提高氣缸的進(jìn)氣負(fù)壓，也能在氣缸內(nèi)充分形成渦流，讓空氣與汽油更好地混合。變截面進(jìn)氣道的結(jié)構(gòu)原理如圖1-3-7所示。

故障案例

可變進(jìn)氣道故障案例

故障現(xiàn)象：一輛2008年產(chǎn)一汽-大眾邁騰轎車，搭載1.8LTSI發(fā)動機(jī)，行駛里程1800km。據(jù)用戶反映，正常行駛過程中，儀表上的OBD燈點(diǎn)亮。

故障分析：使用VAS5051故障診斷儀診斷發(fā)動機(jī)電子控制單元，顯示存儲的故障碼為08213，含義為進(jìn)氣翻板電位計G336范圍/性能故障，故障碼能夠清除，但急踩兩腳節(jié)氣門后故障碼又會立即出現(xiàn)。出現(xiàn)故障碼后，儀表上的OBD燈當(dāng)時不報警，車輛行駛兩天后OBD燈開始報警，但車輛正常行駛中無其他異常現(xiàn)象。

既然存儲了進(jìn)氣翻板電位計的故障碼。邁騰1.8LTSI發(fā)動機(jī)裝備了可變進(jìn)氣歧管，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為3500r/min以上時，發(fā)動機(jī)控制單元控制進(jìn)氣翻板動作來改變進(jìn)氣道的形狀，以達(dá)到低速增扭和高速時提高輸出功率的目的。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3500r/min時，發(fā)動機(jī)控制單元向可變進(jìn)氣道電磁閥N15供電，N156供電后電磁閥開啟，為進(jìn)氣翻板真空單元提供真空。真空單元在真空的控制下將翻板轉(zhuǎn)到全開啟位置，進(jìn)氣翻板位置的變化由進(jìn)氣翻板電位計G336將信號反饋給發(fā)動機(jī)控制單元。邁騰進(jìn)氣翻板電位計線路如圖1-3-8所示。

圖1-3-8 邁騰進(jìn)氣翻板電位計線路

根據(jù)存儲的進(jìn)氣翻板電位計故障碼，使用專用工具VAG1594線束診斷盒檢查進(jìn)氣翻板電位計線路，測量進(jìn)氣歧管下的進(jìn)氣翻板電位計線束插頭T6與發(fā)動機(jī)控制單元J623之間的線路，發(fā)現(xiàn)T6/2線路斷路。檢查T6插頭，發(fā)現(xiàn)此條線路松脫，本以為故障找到了，但處理完此條線路后發(fā)現(xiàn)故障依舊。測量T6/1線路上的電壓為5V，T6/3線路對地電阻為零。當(dāng)進(jìn)氣翻板在關(guān)閉位置時，測量T6/2線路上的電壓為3.7V，當(dāng)進(jìn)氣翻板完全開啟時；T6/2線路上的電壓為1.3V，這些數(shù)據(jù)都是正常的。

既然進(jìn)氣翻板電位計G336的相關(guān)線路沒有問題，那么G336出現(xiàn)故障的可能性很大，但是將G336更換后故障依舊。因?yàn)檫M(jìn)氣翻板電位計G336是將進(jìn)氣翻板的狀態(tài)反映給發(fā)動機(jī)控制單元的，如果與其關(guān)聯(lián)的部件（例如真空單元）出現(xiàn)故障導(dǎo)致翻板不能正常開啟，也有可能存儲G336的故障碼。仔細(xì)觀察此車發(fā)動機(jī)在各種工況下的狀態(tài)，又發(fā)現(xiàn)了另一個故障現(xiàn)象：正常車輛只要急踩加速踏板，進(jìn)氣翻板真空單元立即動作，進(jìn)氣翻板立即完全開啟。而此車稍為遲鈍一下才能開啟，有時還不能完全開啟，只有踩住加速踏板不動時才能完全開啟。觀察到此現(xiàn)象，意識到這才是真正的故障點(diǎn)。

當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3500r/min時，發(fā)動機(jī)控制單元向進(jìn)氣翻板電磁閥供電，目的是使進(jìn)氣翻板完全開啟，但此車的進(jìn)氣翻板并沒有完全開啟，于是進(jìn)氣翻板電位計向發(fā)動機(jī)控制單元傳遞了一個翻板未完全開啟的信號，所以發(fā)動機(jī)控制單元認(rèn)為是進(jìn)氣翻板電位計出現(xiàn)了故障，就存儲了進(jìn)氣翻板電位計故障碼。圖1-3-9所示為邁騰進(jìn)氣翻板真空單元。

那么是什么原因?qū)е抡婵諉卧憫?yīng)遲緩呢？進(jìn)氣翻板的真空單元能夠動作，這說明進(jìn)氣翻板電磁閥控制線路無故障，那么故障原因可能與以下幾種情況有關(guān)：進(jìn)氣系統(tǒng)真空度過低；真空管路存在漏氣現(xiàn)象；進(jìn)氣翻板真空單元存在漏氣現(xiàn)象；進(jìn)氣翻板電磁閥開啟角度過小；進(jìn)氣翻板運(yùn)動阻力過大。使用專用工具VAG1368真空表檢查進(jìn)氣系統(tǒng)真空度，顯示數(shù)值與正常車輛相同。這就奇怪了！是不是進(jìn)氣翻板阻力過大呢？用手撥動進(jìn)氣翻板，感覺阻力并不大，為了可靠，還是將進(jìn)氣歧管與正常車輛互換，故障還是不能排除。真空度測量沒問題，進(jìn)氣歧管沒有問題，那么問題會在哪呢？起動發(fā)動機(jī)，用手感覺一下真空單元上連接的管路內(nèi)的真空，總是感覺沒有其他車的真空吸手的力度大。

圖1-3-9 邁騰進(jìn)氣翻板真空單元

此車的真空由真空泵產(chǎn)生，主要供給制動真空助力器和進(jìn)氣翻板真空單元。制動真空助力器真空管內(nèi)有兩個單向閥，檢查真空管內(nèi)的單向閥正常，試著更換真空管，試車發(fā)現(xiàn)故障消失。仔細(xì)觀察真空管，發(fā)現(xiàn)此管到進(jìn)氣翻板真空單元的出口處的管內(nèi)徑過小，管內(nèi)的橡膠有粘連的情況。

故障排除：用細(xì)針將粘連處的真空管內(nèi)徑捅大，再裝復(fù)試車，故障徹底排除。

維修小結(jié)：由于真空管出口過小，導(dǎo)致急加速時真空單元得不到足夠的真空，因此出現(xiàn)了進(jìn)氣翻板動作緩慢的故障現(xiàn)象。此車測量的真空度雖然正常，但進(jìn)氣翻板開啟時所需要的阻力很大，如果真空管出口稍小就不能提供開啟瞬間所需要的動力。