内燃机换气系统技术

一、内燃机换气系统的作用与原理
汽车发动机是一个复杂而精密的系统，其中的每一个子系统都会对发动机的整体的性能表现产生巨大的影响，从而对整个汽车的动力性能产生很大的影响。

而汽车发动机的换气系统在很大程度上决定了整个内燃机的性能，因此，汽车发动机的换气系统对内燃机的整体性能有着重要的影响。

所以，我国的内燃机研究与工作者们为了适应车用发动机多变的工作特点，并提高发动机的动力性、燃油经济性与降低排放，对于汽车发动机的换气系统进行了更为广泛与深刻的研究，并且取得了令人可喜的成果，对于汽车发动机的发展做出了巨大的贡献。

以下我们来介绍一下换气系统的工作过程与工作原理。

首先，内燃机的换气系统的作用是将燃烧产物排出汽缸并且把新鲜的充足的气体冲入汽缸的过程，其主要任务是将燃烧产物排出干净，尽可能多地冲入足量的新鲜空气。

首先我们着重讲一下内燃机换气这一过程。

内燃机的换气过程是内燃机排出本循环的已燃气体和为下一循环吸入新鲜充量(空气或可燃混合气)的进排气过程，它是工作循环得以周而复始不断进行的保证。

对四冲程内燃机而言，换气过程是指从排气门开启到进气门关闭的整个过程。

对大部分二冲程内燃机而言，换气过程即为从排气口打开到关闭的整个过程。

在内燃机换气过程中，有时为了控制内燃机的NOx有害排放，还需要进行排气再循环(可分为外部ECR和内部EGR)。

内燃机采用增压技术可以提高进气密度，从而提高发动机的功率，并改善经济性和排放。

内燃机的性能很大程度上依赖其换气过程，为提高动力性和经济性指标，需要研究减少进排气流动阻力损失和提高充量系数的措施及方法，以及如何为燃烧提供一个合适的缸内气体流场，并保证多缸机的各缸均匀性等。

二、内燃机换气系统的现状与简要介绍
汽油机的可变进气歧管技术多采用一下三种方式：一、可变进气长度。

在高转速大负荷是使用粗短的进气歧管，降低进气阻力，增加进气量；在中低转速和中小负荷时使用较长的进气歧管，提高进气效率，增强气流惯性。

该技术不仅能提高发动机性能，还能在中低转速时增强气流强度，改善燃烧过程。

二、可变进气容积腔。

通过改变进气谐振腔容积达到改变谐振转速的目的，从而提高充气效率和发动机性能。

三、可变进气道技术。

通过在气缸盖进气道入口处加装控制阀，按照工况的不同调整进气流动形态，小负荷低转速是产生强涡流或滚流，提高燃烧效率。

汽油机的排气歧管技术，这里主要从控制排放的角度出发，可以采用薄壁中空双层结构，降低散热，保持较高的排气温度，促进三元催化剂快速起燃，降低发动机冷启动排放。

配气机构技术。

这里指的配气机构主要是指VV A(可变气门执行机构)技术。

VV A技术又可再细分为VVT（可变气门正时）技术、VVL(可变气门升程技术)和停缸技术。

VVT技术有三类。

第一类是80年代采用的机械式分段调节VVT，现在已被第二类VVT技术所取代。

第二类是联系可变调节式VVT技术，相对于花键式，液压驱动连续调节叶片式更具优势，并成为现在的主流产品。

液压驱动的叶片式VVT由ECU采集和发出信号，由液压机构执行，使凸轮轴发生偏转指定相
位。

为了使其怠速稳定，应减小进排气重叠角；发动机转速及负荷增加时，出于对燃油经济性和排放的要求，气门重叠角应增加，进气VVT的相位应提前。

对应不同的工况，采用不同的VVT应用策略，能分别提高转矩和功率、怠速稳定性和燃油经济性，降低氮氧化物和碳氢化合物的生成。

第三类是电动VVT，此技术使用电机替代第二类技术中的液压控制回路，控制更加精确和灵敏，现在人们加大了对其研发力度，并已有一些新的电动VVT产品得到了应用。

VVL技术可分为分段调节式和连续调节式。

联系可调式比分段可调式出现的晚，结构功能也更复杂一些。

相对于只能改变气门正时的VVT，能同时改变气门正时和升程的VVL无疑更具优势。

采用VVL能在以下三方面带来改进：一、在低速是输出较大转矩，高速时输出较大功率；二、实现无节气门负荷控制，降低泵气损失，减小油耗。

三、促进燃料雾化，改善冷启动性能。

停缸技术也是提高汽车燃油经济性的有效技术措施之一。

典型代表有雅阁的VCM技术，第一代VCM技术可以在3缸和6缸之间切换，第二代增加了4缸模式，使得气缸管理更加完善，进一步提高了燃油经济性。

三、内燃机换气系统的发展与趋势
近年来，内燃机的换气系统的发展得到了巨大的进步，出现了很多十分有效的技术，我们仅仅列举一些典型与常用的技术作简要的介绍。

首先是可变涡轮增压系统。

该技术在近年来不断发展，已实现在大转速范围内获得最佳的增压匹配。

通过改变喷嘴环叶片的角度或宽度来改变涡轮流通面积，进而控制增压器转速和增压压力，低速时减小面积时压力升高，改善低速特性；高速时增大面积，使压力相对降低，以免增压器超速，同时保持经济性，扩大低油耗区，提高加速性和瞬态响应性。

其次是EGR技术。

该技术是降低发动机NO排放的主要措施之一，可分为内部EGR技术和外部EGR技术。

内部EGR可以直接通过配器正时技术实现而无需其他设备，但难以精确控制GER率，同时，由是排气管里的废气直接回流，引起混合器温度升高（虽然废气热容高，但混合器最终的温度还是高于无内部EGR时的温度），不利于控制NO排放。

外部EGR系统利用专门的管道将废气引入进气歧管，使废气与新鲜充量进入气缸前混合。

该系统不当可以通过电控系统精确控制EGR率，还可以加装EGR 冷却器有效地降低进气温度。

相信在我国内燃机工作者的不断努力下，我国的内燃机的换气系统与其他子系统能够得到迅猛的发展，使我国内燃机的技术取得不断的进步。