任务一 可变进气道的结构及工作原理
学习目标
1.掌握可变进气道的组成及结构
2.掌握可变进气道的工作原理
3.了解可变进气道的故障现象及引起故障的原因
课程准备
知识准备：
由于混合气是具有质量的流体，在进气管中的流动状态是千变万化的，工程上往往要运用流体力学来优化其内部设计，例如将进气歧管内壁打磨光滑，以减轻阻力，或者刻意制造粗糙面，以营造气缸内的涡流运动。但是，汽车发动机的工作转速间隔高达数千转，各工况所需的进气需求不尽相同，这对普通的进气歧管是个极大的考验。于是，工程师对进气歧管进行了深层次的开发——让进气歧管“变”起来。
发动机有两个最重要的内容：①低转速扭矩；②高转速功率。汽车在刚起步时和急加速超车时，要感觉有力就要有扭矩。而车子最高速度快不快，这是关系到高转速功率的问题。
一、可变长度进气道的功能
在汽车其他配置不变的情况下，如果用又细又长的进气岐管的话，在发动机低速的情况下，可以增加进气的气流速度和气压强度，并使得汽油得以更好地雾化，燃烧得更好。就像我们如果要水管里的水流有力的话，就把水管捏得扁一点儿是一样的道理。
相反，这样的配置也有缺点，就是当发动机拉到高速时，由于进气歧管太细，在单位时间里的进气量不够用了，结果就是转速拉不上去，导致车子高速跑不出来。这时就需要进气岐管又粗又短，这样才能吸入更多的气。
通过改变进气歧管的长度和截面积，提高燃烧效率，使发动机在低转速时更平稳、扭矩更充足，高转速时更顺畅、功率更强大。
同时进气歧管一端与进气门相连，另一端与进气总管后的进气谐振室相连，每个气缸都有一根进气歧管。发动机在运转时，进气门不断地开启和关闭，气门开启时，进气歧管中的混合气以一定的速度通过气门进入气缸，当气门关闭时混合气受阻就会反弹，周而复始会产生振动频率。如果进气歧管很短，显然这种频率会更高；如果进气歧管很长的话，这个频率就会变得相对低一些。如果进气歧管中混合气的振荡频率与进气门开启的时间达到共振的话，那么此时的进气效率显然是很高的，因此可变进气歧管，在发动机高速和低速时都能提供最佳配气。
二、可变长度进气道的结构
汽车用4冲程发动机的活塞上上下下往复两次循环才算完成一个工作循环，进气门只有1/4时间打开，这样在进气歧管内造成一个进气脉冲。发动机转速越高，气门开启间隔也就越短，脉冲频率也就越高，简单地说，就是进气歧管的振动也就越大。通过改变进气歧管长度，改进气流的流动。进气歧管被设计成蜗牛一般的螺旋状。可变长度进气道结构及外观如图1-3-1所示。
图1-3-1 可变进气道外观及进气道翻板
以大众某车型为例，进气道长度可变的工作原理如图1-3-2所示。当发动机在2000r/min低转速运转时，黑色控制阀关闭，气流被迫从长进气歧管流入气缸，此时，进气歧管
图1-3-2 进气道长度可变的工作原理
的固有频率得以降低，以适应气流的低转速。当发动机转速上升到5000r/min，进气频率上升，此时控制阀开启，气流绕开下部导管直接注入气缸，这样可降低进气歧管的共振频率，以利于高速进气。
上面这种方式结构简单，但是只有2级可调，这显然不能完全满足各个转速下发动机的进气需求。解决的办法是设计一套连续可变进气歧管长度的机构。
宝马760轿车上装配的V12发动机就采用了该设计。宝马的进气机构中间设计了一个转子来控制进气歧管的长度，通过转子角度的变化，使进气气流进入气缸的长度连续可变。这显然更能满足各个转速下的进气效率，且动力输出更加线性，扭力分布更加均匀，燃油经济型更加优化。
三、可变长度进气道的控制
当汽油机低速运转时，发动机ECU指令转换阀控制机构关闭转换阀。这时，空气须经空气滤清器和节气门沿着弯曲而又细长的进气歧管流进气缸。细长的进气歧管提高了进气速度，增强了气流的惯性，使进气量增多；当汽油机高速运转时，汽油机电子控制模块指令转换阀控制机构，开启转换阀，空气经空气滤清器和节气门及转换阀直接进入粗短的进气歧管。粗短的进气歧管进气阻力减小，也使进气量增多。进气道长度控制如图1-3-3所示。
图1-3-3 进气歧管转换阀工作情况
以大众某车型为例，可变长度进气道控制如图1-3-4所示。
当发动机转速低于4000r/min时，可变进气道活动阀关闭，空气通过较长的气道进入气缸，管内进气流具有较大的惯性，起到惯性增压的作用，可获得较大的扭矩；当发动机转速超过4000r/min时，ECU给电磁阀信号，使电磁阀开启，此时进气管内的低压空气进入到真空膜盒的右侧，而真空膜盒的左侧与大气相通，因此形成压力差Ap（Ap=Po-Pu），使膜片向右移动，从而保证足够压力差通过连杆带动活动阀门转动，此时空气通过较短的气道流入气缸内，可降低阻力，使发动机高速时获得较大的功率。
进气道长度转换电磁阀的结构及电路如图1-3-5所示。
图1-3-4 可变长度进气道的控制过程
图1-3-5 进气道转换电磁阀的结构及电路
图1-3-6 真空膜盒安装位置及内部结构
进气道长度转换真空膜盒安装位置及膜盒内部结构如图1-3-6所示。
可变长度进气歧管不仅可以提高汽油机在中、低速和中、小负荷时的动力性，即提高有效输出扭矩；还由于它提高了汽油机在中、低速运转时的进气速度而增强了气缸内的气流强度，从而改善了燃烧过程，使汽油机中、低速的最低燃油消耗率下降，燃油经济性有所提高。
此外，可变长度进气歧管还有减少汽油机废气排放量的作用。因为汽油机燃烧过程改善后，不仅油耗降低，经济性改善，汽油机的有害排气污染物的排放量也能适当减少，即轿车汽油机的排放净化性能也可适当改善。
四、变截面进气道的结构原理
根据流体力学的原理，管道的截面积越大，流体压力越小；管道截面积越小，流体压力越大。举个例子：小时候我们都玩过自来水，将水管前端捏扁，自来水的压力会变得非常大。
图1-3-7 变截面进气道的结构
根据这一原理，发动机需要一套机构，在高转速时使用较大的进气歧管截面积，提高进气流量；在低转速时使用较小的进气歧管截面积，提高气缸的进气负压，也能在气缸内充分形成涡流，让空气与汽油更好地混合。变截面进气道的结构原理如图1-3-7所示。
故障案例
可变进气道故障案例
故障现象：一辆2008年产一汽-大众迈腾轿车，搭载1.8LTSI发动机，行驶里程1800km。据用户反映，正常行驶过程中，仪表上的OBD灯点亮。
故障分析：使用VAS5051故障诊断仪诊断发动机电子控制单元，显示存储的故障码为08213，含义为进气翻板电位计G336范围/性能故障，故障码能够清除，但急踩两脚节气门后故障码又会立即出现。出现故障码后，仪表上的OBD灯当时不报警，车辆行驶两天后OBD灯开始报警，但车辆正常行驶中无其他异常现象。
既然存储了进气翻板电位计的故障码。迈腾1.8LTSI发动机装备了可变进气歧管，当发动机转速为3500r/min以上时，发动机控制单元控制进气翻板动作来改变进气道的形状，以达到低速增扭和高速时提高输出功率的目的。发动机转速达到3500r/min时，发动机控制单元向可变进气道电磁阀N15供电，N156供电后电磁阀开启，为进气翻板真空单元提供真空。真空单元在真空的控制下将翻板转到全开启位置，进气翻板位置的变化由进气翻板电位计G336将信号反馈给发动机控制单元。迈腾进气翻板电位计线路如图1-3-8所示。
图1-3-8 迈腾进气翻板电位计线路
根据存储的进气翻板电位计故障码，使用专用工具VAG1594线束诊断盒检查进气翻板电位计线路，测量进气歧管下的进气翻板电位计线束插头T6与发动机控制单元J623之间的线路，发现T6/2线路断路。检查T6插头，发现此条线路松脱，本以为故障找到了，但处理完此条线路后发现故障依旧。测量T6/1线路上的电压为5V，T6/3线路对地电阻为零。当进气翻板在关闭位置时，测量T6/2线路上的电压为3.7V，当进气翻板完全开启时；T6/2线路上的电压为1.3V，这些数据都是正常的。
既然进气翻板电位计G336的相关线路没有问题，那么G336出现故障的可能性很大，但是将G336更换后故障依旧。因为进气翻板电位计G336是将进气翻板的状态反映给发动机控制单元的，如果与其关联的部件（例如真空单元）出现故障导致翻板不能正常开启，也有可能存储G336的故障码。仔细观察此车发动机在各种工况下的状态，又发现了另一个故障现象：正常车辆只要急踩加速踏板，进气翻板真空单元立即动作，进气翻板立即完全开启。而此车稍为迟钝一下才能开启，有时还不能完全开启，只有踩住加速踏板不动时才能完全开启。观察到此现象，意识到这才是真正的故障点。
当发动机转速达到3500r/min时，发动机控制单元向进气翻板电磁阀供电，目的是使进气翻板完全开启，但此车的进气翻板并没有完全开启，于是进气翻板电位计向发动机控制单元传递了一个翻板未完全开启的信号，所以发动机控制单元认为是进气翻板电位计出现了故障，就存储了进气翻板电位计故障码。图1-3-9所示为迈腾进气翻板真空单元。
那么是什么原因导致真空单元响应迟缓呢？进气翻板的真空单元能够动作，这说明进气翻板电磁阀控制线路无故障，那么故障原因可能与以下几种情况有关：进气系统真空度过低；真空管路存在漏气现象；进气翻板真空单元存在漏气现象；进气翻板电磁阀开启角度过小；进气翻板运动阻力过大。使用专用工具VAG1368真空表检查进气系统真空度，显示数值与正常车辆相同。这就奇怪了！是不是进气翻板阻力过大呢？用手拨动进气翻板，感觉阻力并不大，为了可靠，还是将进气歧管与正常车辆互换，故障还是不能排除。真空度测量没问题，进气歧管没有问题，那么问题会在哪呢？起动发动机，用手感觉一下真空单元上连接的管路内的真空，总是感觉没有其他车的真空吸手的力度大。
图1-3-9 迈腾进气翻板真空单元
此车的真空由真空泵产生，主要供给制动真空助力器和进气翻板真空单元。制动真空助力器真空管内有两个单向阀，检查真空管内的单向阀正常，试着更换真空管，试车发现故障消失。仔细观察真空管，发现此管到进气翻板真空单元的出口处的管内径过小，管内的橡胶有粘连的情况。
故障排除：用细针将粘连处的真空管内径捅大，再装复试车，故障彻底排除。
维修小结：由于真空管出口过小，导致急加速时真空单元得不到足够的真空，因此出现了进气翻板动作缓慢的故障现象。此车测量的真空度虽然正常，但进气翻板开启时所需要的阻力很大，如果真空管出口稍小就不能提供开启瞬间所需要的动力。