[科普中国]-进气系统

进气系统由空气滤清器、空气流量计、进气压力传感器、节气门体、附加空气阀、怠速控制阀、谐振腔、动力腔、进气歧管等组成。

简介进气系统结构图1为一个进气系统示意图。一个完整的进气系统可以分为两部分：发动机进气管多支管系统和空气进入系统。空气进入系统——该系统包括进气控制阀，怠速进气通道，波纹管胶管，干净空气管，1/4波长管，空气滤清器，滤芯，谐振腔，进气管等。1

进气系统功用进气系统的主要功用是为发动机输送清洁、干燥、充足而稳定的空气以满足发动机的需求，避免空气中杂质及大颗粒粉尘进入发动机燃烧室造成发动机异常磨损。进气系统的另一个重要功能是降低噪声，进气噪声不仅影响整车通过噪声，而且影响车内噪声，这对乘车舒适性有着很大的影响。进气系统设计的好坏直接影响到发动机的功率及噪声品质，关系到整车的乘坐舒适性。合理设计消声元件可降低子系统噪声，进而提升整车NVH性能。2

工作原理发动机工作时，驾驶员通过加速踏板操纵节气门的开度，以此来改变进气量，控制发动机的运转。进入发动机的空气经空气滤清器滤去尘埃等杂质后，流经空气流量计，沿节气门通道进入动力腔，再经进气歧管分配到各个气缸中；发动机冷车怠速运转时，部份空气经附加空气阀或怠速控制阀绕过节气门进入气缸。

分类当代汽车进气系统主要是可变进气系统。可变进气系统主要分VVT（可变气门正时），CVVT（连续可变气门正时），VVT-i（电子可变正时），i-VTEC（电子可变气门升程）这四种。

应用车型这四种主要的可变进气系统的应用车型分别是：

北京现代伊兰特：VVT（可变气门正时）；

东风悦达起亚赛拉图：CVVT（连续可变气门正时）；

丰田车系，例如卡罗拉、花冠 VVT-i（电子可变正时）；

本田车系，例如雅阁、CRV、思域 i-VTEC（电子可变气门升程）；

比亚迪车系，例如2012款F3、G3、L3 VVL（可变气门升程）。

可变配气技术可变配气技术，从大类上分，包括可变气门正时和可变气门行程两大类。

首先谈一下普通发动机配气机构，大家都知道气门是由发动机的曲轴通过凸轮轴带动的，气门的配气正时取决于凸轮轴的转角。在发动机运转的时候，我们需要让更多的新鲜空气进入到燃烧室，让废气能尽可能的排出燃烧室，最好的解决方法就是让进气门提前打开，让排气门推迟关闭。这样，在进气行程和排气行程之间，就会发生进气门和排气门同时打开的情况，这种进排气门之间的重叠被称为气门叠加角。在普通的发动机上，进气门和排气门的开闭时间是固定不变的，气门叠加角也是固定不变的，是根据试验而取得的最佳配气定时，在发动机运转过程中是不能改变的。然而发动机转速的高低对进，排气流动以及气缸内燃烧过程是有影响的。转速高时，进气气流流速高，惯性能量大，所以希望进气门早些打开，晚些关闭，使新鲜气体顺利充入气缸，尽量多一些混合气或空气。反之在在发动机转速较低时，进气流速低，流动惯性能量也小，如果进气门过早开启，由于此时活塞正上行排气，很容易把新鲜空气挤出气缸，使进气反而少了，发动机工作不稳定。因此，没有任何一种固定的气门叠加角设置能让发动机在高低转速时都能完美输出的，如果没有可变气门正时技术，发动机只能根据其匹配车型的需求，选择最优化的固定的气门叠加角。例如，赛车的发动机一般都采用较小的气门叠加角，以有利于高转速时候的动力输出。而普通的民用车则采用适中的气门叠加角，同时兼顾高速和低速是的动力输出，但在低转速和高转速时会损失很多动力。而可变气门正时技术，就是通过技术手段，实现气门叠加角的可变来解决这一矛盾。

如90年代初，日本本田公司推出一种即可改变配气正时，又能改变气门运动规律的可变配气定时－升程的控制机构，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。就是现在大家耳熟能详的VTEC机构：一般发动机每缸气门组只由一组凸轮驱动，而VTEC系统的发动机却有中低速用和高速用两组不同的气门驱动凸轮，并可通过电子控制系统的自动操纵，进行自动转换。采用VTEC系统，保证了发动机中低速与高速不同的配气相位及进气量的要求，使发动机无论在何速率运转都达到动力性、经济性与低排放的统一和极佳状态。需要说明的是，发动机采用可变配气定时技术获得上述好处的同时，没有任何负面影响，换句话说，就是没有对于发动机的工作强度提出更高的要求。

VTEC的设计就好像采用了两根不同的凸轮轴似的，一根用于低转速，一根用于高转速，但是VTEC发动机的不同之处就在于将这样两种不同的凸轮轴设计在了一根凸轮轴上。

本田发动机进气凸轮轴中，除了原有控制两个气门的一对凸轮（主凸轮和次凸轮）和一对摇臂（主摇臂和次摇臂）外，还增加了一个较高的中间凸轮和相应的摇臂（中间摇臂），三根摇臂内部装有由液压控制移动的小活塞。

发动机低速时，小活塞在原位置上，三根摇臂分离，主凸轮和次凸轮分别推动主摇臂和次摇臂，控制两个进气门的开闭，气门升量较少，情形好像普通的发动机。

虽然中间凸轮也推动中间摇臂，但由于摇臂之间已分离，其它两根摇臂不受它的控制，所以不会影响气门的开闭状态。发动机达到某一个设定的高转速时，电脑即会指令电磁阀启动液压系统，推动摇臂内的小活塞，使三根摇臂锁成一体，一起由中间凸轮c驱动，由于中间凸轮比其它凸轮都高，升程大，所以进气门开启时间延长，升程也增大了。当发动机转速降低到某一个设定的低转速时，摇臂内的液压也随之降低，活塞在回位弹簧作用下退回原位，三根摇臂分开。

整个VTEC系统由发动机电子控制单元（ECU）控制，ECU接收发动机传感器（包括转速、进气压力、车速、水温等）的参数并进行处理，输出相应的控制信号，通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，影响进气门的开度和时间。

本田的VTEC发动机技术已经推出了十年左右了，事实也证明这种设计是可靠的。它可以提高发动机在各种转速下的性能，无论是低速下的燃油经济性和运转平顺性还是高速下的加速性。可以说，在电子控制阀门机构代替传统的凸轮机构之前，本田的VTEC技术可以说是一种很好的方法。

进气系统噪声影响因素进气系统噪声是汽车最主要的噪声源之一，对其进行控制和优化有着重要的意义。进气噪声是由于进气门周期性开闭产生压力起伏变化及进气过程中高速气流流经进气门通道时形成的。根据产生机理不同，进气噪声主要包含如下几种：周期性压力脉动噪声、涡流噪声、气缸的赫姆霍兹共振噪声和进气管的气柱共振噪声; 空气过滤器和赫姆霍兹消声器的壁板非常薄，当高速气流通过时，容易被激励而引起辐射噪声。进气系统的声学性能受到消声容积、管道截面积、进气管口位置等因素的影响。3

进气系统的降噪措施气体流动噪声和结构噪声处理的方法相对比较单一，而且往往不是进气系统的主要噪声。这里主要探讨低频噪声的降噪措施。

(1)合理设计空气滤清器。一般来说，消音容积越大，消音效果越好，但是也需要综合考虑布置空间、零件重量以及零件成本因素。一般情况下，空气滤清器的容积达到发动机容积的3倍以上，就能达到良好的消音效果。

(2)确定空滤器进出管管径和长度。减小空滤器进、出管管径，提高扩张比，利于降低噪声，但会导致进气系统阻力增加，降低发动机的进气量，影响发动机性能。空气滤清器的有效消声频率跟进气管长度有关，增加进气管长度，空气滤清器有效消声频率将移向低频，所以合理设计进、出气管的长度也十分有必要。

(3)合理设计消声元件。常用的消声元件有谐振腔、1/4波长管、多孔管和编织管等。谐振腔一般是针对低频的，1/4波长管一般用来消除中高频噪声，多孔管和编织管主要应用于消除频带比较宽的噪声。2

本词条内容贡献者为:

何星 - 副教授 - 上海交通大学