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可变进气歧管在VR发动机上的应用

附录：
自发动机采用多气门技术后，发动机转速及动力性能有了进一步的提高。如汽油机的标高5000—8000r/min。与此同时，高负荷下动力性能好与中，低转速中小负荷下动力性能及经济性能差的矛盾，燃油经济性与排放性能之间的矛盾也更为突出。为了解决这些矛盾，可变化技术得到日益重视和发展。
其中，提高充气效率是提高发动机动力性能的重要措施。除了采用增压技术以外，合理的选择配起相位以及能随发动机转速不同而变化以利用进气的惯性及谐振的效应，是提高充气效率的重要途径。
对于可变进气系统可分两类：1/多气门分别投入工作；2/可变进气道系统。
在这里我们主要讲一下可变进气道系统。采用可变进气道系统的目的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，使发动机中，低域的转矩提高，以适应低速及中高速工况，改善汽车的加速响应性能。
下面介绍几个有关影响发动机功率和扭矩的概念。
输出功率：
发动机运转时由曲轴输出的转矩称有效转矩T。发动机每分钟转速为n（r/min）时，则每秒钟所作的功为(Nm/s)。转矩与输出的有效功率之间有如下的关系P==1.047nT
由此T=
式中：P—有效功率n—发动机转速T—有效转矩
充气效率：
当进气过程终了时，汽缸内气体的压力由于经受进气管系统中各种阻力的作用（如空气滤清器、进气歧管、节气门等阻力），低于进气管进口处的压力，进气终了时汽缸内气体的温度，由于受进气系统与汽缸壁面的热交换以及与汽缸内残余气体的混合加热，要高于进气口处的温度。所以进入汽缸新气（空气或混合气）的体积，如果换算到进气口处压力温度状态的话，将小于汽缸的工作体积。
若进气换算的体积越大，发动机的充气效果就越好。为了表示发动机充气效果的好坏，经常应用充气效率的概念。
充气效率的定义为每循环实际进入汽缸的充气量与理论充满汽缸充气量之比
即：=
对于增压发动机，进气状态常采用增压器或中冷器之后的进气管处的状态。对于非增压发动机，常采用大气状态的压力和温度。
影响充气效率的动态因素：
在活塞式发动机中，管内产生的压力波动直接影响到同一进气行程的现象称之为惯性效应。在进气管较长与高转速的情况下，在一个进气过程中产生的压力波动,若在进气结束后仍残留在管内,并且影响到下一个循环的进气行程的现象,称为波动效应。
进气管对进气的影响在于：在进气行程中，由于活塞向下止点运动的抽吸作用，进气门一旦开启，气体就从进气管吸入气缸内。在进气管内的进气门处就产生负压，此负压波（也称膨胀波）即在进气管内向开口出传播。在开口端的边界处，膨胀波经一定时间后反射回来的是正压波（也称压缩波）。如果负压波和负压波重合，则合成波在进气行程后半期为正压，若恰当的选择进气管长度，使正压恰在进气门关闭前达到最大值，就可增大进气量。
在进气门关闭时，进气管内压力传播的频率或周期如图：1所示

图1：一端开放的管子所产生的驻波及其沿管长方向的振幅分布。
实线：压力波虚线：速度波
图a表示一阶波动管长相当于1/4波长。b表示二阶段波动管长相当于3/4波长。因此，此压力波的固有频率.
这个压力波震动频率与发动机进气频率之比称为波动次数Q

图2表示Q变化时进气门前压力随时间的变化关系
当Q=1,2时，正好是在下一个循环的气门开启时，靠近气门前方形成负压区，对进气不利。当q=1.5时，正好是正压力与气门开启时重合，因此可增大进气量。
若进气管较长压力波传播的时间t比进气行程的时间长时，（图3a所示）此压力波就不能对进气行程施加直接影响。

若进气管较短，如t时就产生吸入的负压波和反射的正压波合成迭加的情况，如图（3b）所示。迭加以后的压力波就变为在进气行程的后半段中的正压波。由此可见当进气门关闭时，气门处刚好正压波传来使新鲜气体流入汽缸，进气量增多，充气效率增大，这就是进气过程中的惯性效应。
产生惯性效应最大的条件是进气压力波的周期与进气门开启的持续时间相等。即：=
惯性效应最大所对应的条件为：=
惯性效应最大时，发动机转速，进气管当量长度和进气管截面积f，进气门有效开启度以及汽缸容积V之间应满足一定的相互关系。
当进气管不同长度时，充气效率随发动机转速变化，当转速不同时,最佳充气效率所要求的进气管长度不同。一般在高转速时需用较短的进气管，低转速时需用较长的进气管。由于发动机使用的转速范围宽广，所以有必要开发可变进气管长度的进气控制系统，使在较大的使用转速范围内都能取得良好的进气动态效应。

原理与工作图形
高功率、高扭矩和低油耗是现代发动机所具备的特征。这些又在很大程度上受到汽缸容积和进气歧管几何形状的影响。输出高扭矩和高功率所需进气歧管的几何形式是不一样的，一个中等长度的进气歧管要有一个中等直径来与之协调，但对于可变进气歧管它的适应性就强多