昨天整理電腦資料夾時,赫然發現這系列文章寫了一半就擱著沒動了,起因是在當年在改裝 Simota 進氣系統時,花了些時間做研究,打算針對汽車的進排氣系統做系列的介紹,因此就很零散把手邊整理的資料分別記錄在不同的檔案裡,直到現在才看到沒寫完整的東西,應該再把原本的計畫付諸實行。

這次要來談的是 "可變進氣歧管" Variable Intake Manifold System (簡稱 VIM ) ,也有廠商標註為 Variable Intake System (簡稱 VIS ),請注意這可不是 VVT 可變氣門正時系統 Variable Valve Timing,VVT 的原理打算下一篇文章再來介紹。

我在 Simota CB 碳纖維超導流進氣  以及 汽車排氣管原理  這兩篇文章,分別都提到一些進氣的觀念,各位看倌可以先看這兩篇複習一下。

一般在自然進氣系統的的引擎的容積效率(VE Volume Efficiency) 理論上大多都在 75% ~ 90%,所謂的容積效率是每一回進氣行程中,汽缸所吸入的空氣所佔的體積和汽缸活塞行程容積的比值。由於在進氣的通路過程中,會受到各種影響氣流的阻力(像是汽門、汽門導管)、以及汽缸內殘留的高溫廢氣等,都會讓引擎的容積效率小於1,因此改善進氣的形狀與管道的流動效率、降低進氣時的溫度、排氣回壓的降低都是可以提高引擎的容積效率。

當新鮮空氣被吸入到燃燒室時,空氣在管道裡會產生流速,當到了進氣歧管那邊,進氣門關閉時,空氣會撞擊閥片並且壓縮產生高壓的壓力波彈回,而當進氣門開啟再度進氣時,這股高壓空氣會沿著歧管返回,產生增壓的效果進入燃燒室裡,進氣量增加產生高扭力。

所以這股壓力波所產生的脈動效應,其進氣歧管設計的長度所產生的壓力波的頻率與引擎的轉速在設計上最好是能夠同步,這樣才能夠利用這股壓力波產生更好的進氣效率。理論上低轉速的時候需要較長的進氣管道,讓這股壓力波能夠長時間的反彈,而高轉速開啟閥片頻率較密集的時候,進氣管道不能太長。
接下來的問題就是,引擎的轉速有高、有低,所以進氣門閥片的開啟頻率有長、有短,但進氣的歧管長度卻是固定長度,那壓力波的脈動效應該怎樣處理?

各家車廠因此就開始發展VIM可變進氣歧管的技術,在進氣歧管裡加個閥門開關,如果低轉速時閥門關起,讓進氣跑的管道長度變長,一旦高轉速時,閥門打開讓進氣有個捷徑通道快速進入到燃燒室裡,增加進氣的效率,這樣可以讓車子在不同的轉速之下,能夠有更好的進氣容積效率。


請見下圖.. 左邊是低轉速時閥門關閉,讓進氣行程長一點,右邊是高轉速時閥門打開,讓進氣行程短,能夠大量進氣..  (圖片引用自autozine.org)

 

 


我另外找個動畫影片來說明..

 


影片在24秒時,說明進氣到燃燒室裡爆炸、燃燒後排氣的行為,在1分30秒的時候,各位可以仔細看有個閥門開關會做動,那個就是控制可變進氣歧管的閥門,1分40秒時就用動畫來解釋氣流的行為,當低轉速時,進氣的管道長度就是這樣,當1分45秒時進入到中高轉速時,有個閥門會開啟,讓進氣能有捷徑增加進氣量,加速進入到燃燒室裡。

Escape 與 Tribute 車種,在低於轉速 4750 RPM 可變進氣電磁閥是關閉的,一旦高於 4750 RPM 時電腦控制電磁閥通電讓膜片作動,讓進氣能快速增加進入。

 

另外我們還得來談談 VTCS可變渦流系統 (Variable Tumble Control System)

引擎的這套渦流控制閥系統,使用進氣歧管的負壓來控制開關,可以依據車子轉速與負荷的不同,控制空氣通道的來改變進氣流量,改變引擎的動力性能。

以Escape/Tribute車種來說,在車子引擎啟動後、冷車怠速到轉速3500轉以下時,渦流控制閥會關閉,但其實不是完全關閉,上下都還有些空隙在,因為進氣通道變小所以會產生強大的渦流,可以改善噴油嘴過量的混合氣提高燃燒效率也能省油,除此之外燃燒事也會產生擾流讓混合氣霧化更好。一旦超過轉速2000轉或是引擎負荷增大時,ECU會根據各項偵測系統傳來的數據(像是轉速、水溫、進氣量等等),打開渦流閥,讓進氣通道加大,提高進氣效率加大引擎的效能。

所以可變進氣系統以及可變渦流系統,這兩種系統的進氣閥門組合出對車子行駛時的複雜進氣方式。

 

特別去鳥店翻出這組壞掉的 Escape 可變進氣歧管

 

 

渦流作動膜片在這個位置,渦流閥門是開啟的.. 這是在高轉速時..

 

 


當渦流作動膜片位置在下方時,那麼渦流閥門是關閉的,此時就是冷車啟動怠速到低轉速狀況

 

 

另外拍一張我車子引擎室照片,紅色圈圈裡就是可變進氣歧管的電磁閥開關

 


曾經有一次我去鳥店保養車子結束後,遇到一位車友來鳥店,主訴他每天早上要上班前,冷車啟動車子時,啟動後一下子就熄火,每天都要這樣啟動個三四回後,汽車才會有氣無力的開出車庫。
鳥老闆聽到這樣的狀況,從常理來判斷,大多是從節氣門清潔著手開始查起,但那天很幸運的是,無意間眼睛餘光掃到這個可變渦流閥的開關是破裂的,仔細一看原來開關已經斷掉了,所以他的渦流閥門開關一直是切換在高轉速的狀態,難怪冷車低轉速時,沒有足夠的進氣長度產生流速,因此整台車子容易熄火、低速沒扭力。

就是當年碰巧看到那個案例,所以才會想要把這個大家不是很清楚又有點忽略的聰明進氣設計方式介紹給各位。

最後要感謝小明,親自指導上面照片的各項開關位置與相關的訊息,拜謝!!


如果各位想要更清楚了解 VIM 的運作方式,這有個解說更詳細的網站可以作為參考。
http://www.autozine.org/technical_school/engine/Intake_exhaust.html

 

 

 

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