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可变进气歧管

可变进气歧管

可变进气歧管,英文Variable Intake Manifold,简称VIM。从上世纪90年代起,可变进气歧管在自然吸气发动机的应用已经非常广泛了。它主要的功能就是将扭矩曲线拓宽,或者说是增强发动机动力输出的灵活性。传统的谐振进气歧管只能实现一个很窄的发动机转速范围。而与之相对应的,VIM可以实现2个或者更多个发动机转速区域,这也解释了为什么他能够在VVT技术被广泛应用之前大量用于更便宜和更小的发动机上了。即使是现在,很多发动机依旧保留了该设计,与VVT一起应用来达到最佳的发动机扭矩输出。

可变进气歧管的分类

根据可变进气歧管的结构和功能,可变进气歧管的可以大致分为两种类型:可变长度进气歧管共振进气歧管。而可变进气长度进气歧管又可分为常规可变、三阶可变和连续可变三种类型。

可变长度进气歧管

可变长度进气歧管,英文Variable Length Intake Manifold,简称VLIM,可变长度进气歧管是弥补常规的谐振进气歧管的缺陷的最直接的答案。如果一个固定长度的进气歧管只能实现一个很窄的转速范围优化,那么为什么不给再添加一套进气歧管呢,这样短的可以满足高转速性能要求,而另外一套长的则可以实现低转速要求。而达到这两者共存的效果则只需要一根长管、一根短管加上一个可转换的蝶形阀就可以了。
clip_image001在一些早期的VLIM系统中,例如福特2.5 Duratex V6,使用的各自独立的长管和短管,如右图所示。短的歧管会连通最近的气缸而长的歧管会连接到相对应的气缸内。但是由于发动机舱的空间缺陷因为会导致只能使用很窄小的管道,这也就限制了它被应用到高性能发动机上的可能性。这也是为什么大多数VLIM系统,例如本田K20C发动机,会有长的和短的管道共享进气路径的现象。在低转速时,空气通过长的进气歧管,而在高转速时,阀门会打开使得空间能更快捷的进入到另外一个阶段。

三阶可变长度进气歧管(3-stage variable length intake manifold)

三阶可变长度进气歧管是常规可变长度进气歧管的增强版本。其出现是基于两段谐振的进气歧管还是不足以满足扭矩输出的要求的情况。
如下左图显示的是奥迪4.2L 40Valve V8发动机2000年款所使用的3阶可变进气歧管示意图。它的VLIM系统是安置在V型之间的,这样可以尽可能的节省空间。在系统内有两个阀门,如果都关闭的话,空气会流经最长的进气歧管管道,而如果有一个关闭的话,那么空气流经区域长度变短,而两个都开启的话,那么空气流动的区域将是最短的,下右图是3阶可变进气歧管对发动机扭矩曲线的影响效果。

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三阶可变长度进气歧管实例(图片来源:autozine.org)

相对于一般的可变进气歧管,三阶可变进气歧管会更复杂一些,同时需要的空间容积也更大一些。因此当奥迪汽车公司采用了更新的VVT和FSI技术时,这个设计就被弃用了。

连续可变进气歧管(Continuous variable length intake manifold)

clip_image004从设计原理来讲,连续可变进气歧管应该算是可变长度进气歧管的终极版本。它是由宝马公司在2001年设计发明的,被命名为DIVA(Differentiated Variable Air Intake),应用在它的7系N52和之后的N62 V8发动机上。其工作原理很简单,每个气缸的进气歧管被布置成圆形和半凹入V形谷的形状,在接近进气口位置的歧管内壁实际上是一个转子。当转子旋转,进气口的位置相对于进气歧管发生移动,这也相应的改变了进气歧管的有效长度。通过这种方式实现了最大限度的在各个不同转速下得到最优的增压效果。但是这项方案的最大缺陷是它要占用比其他VLIM系统更多的空间,因此这也极大限制了它的广泛应用。实际上即使宝马汽车公司本身也不热衷于这项技术,当4.4升V8发动机被扩大到4.8升时,其格外获得的扭矩就使得宝马放弃了这一设计,而新一代的V8发动机甚至已经切换到了涡轮增压。

共振进气歧管(Resonance intake manifold)

clip_image005采用共振进气歧管设计方案的汽车公司并不多,但著名的保时捷的Boxer发动机和V型发动机都配有共振进气歧管来拓宽其发动机的扭矩曲线。其设计原理是每个汽缸都通过各自独立的管道与同一个充气室相连通,由电控阀门来控制气流的流通,如下图所示。点火顺序是从每一个腔室交替进行,这样可以在他们之间产生压力波,当压力波的频率与发动机匹配时,就会帮助增加进气。通过开关阀门可以实现低转速和高转速都能得到很好的增压效果,从而增加低转速和高转速的发动机扭矩,使得整个加速过程中,发动机扭矩曲线趋于平缓,即增强了发动机的性能,也提供了更好的声音品质。

参考:
1. Variable-Length Intake Manifold, en.wikipedia.org
2. Variable-intake-manifold-systems-auto,Dailiymoion.com
3. Intake and Exhaust,Autozine.org
4. 可变进排气系统大观,Auto-online.com.tw

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