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所有内燃机——从小型踏板车发动机到巨型船舶发动机——要运转基本都需要两种物质:氧气和燃料。但仅仅把氧气和燃料扔进容器并不能构成发动机。管道和阀门将氧气和燃料导入气缸,活塞在其中压缩混合气并点火。爆发力推动活塞下行,带动曲轴旋转,为用户提供机械动力——驱动车辆、运转发电机、抽水等,这只是汽车发动机功能的冰山一角。
进气系统对发动机运转至关重要,它不仅要收集空气并将其导入各个气缸。通过追踪典型氧分子在进气系统中的路径,我们可以了解每个部件如何协同工作以保持发动机高效运转。(不同车辆这些部件的顺序可能有所不同)
冷空气进气管通常安装在能引入发动机舱外部空气的位置,例如翼子板、格栅或引擎盖进气口。冷空气进气管是空气进入进气系统的起点,也是唯一进气口。来自发动机舱外部的空气通常温度更低密度更高,含氧量更丰富,有利于燃烧、动力输出和发动机效率。
发动机空气滤清器
接下来,空气通常会经过位于”空气箱”内的发动机空气滤清器。”纯净”空气是混合气体,含78%氮气、21%氧气及微量其他气体。根据地区和季节不同,空气中可能含有烟尘、花粉、灰尘、泥土、树叶、昆虫等污染物。部分污染物具有研磨性,会导致发动机部件过度磨损,其他污染物则可能堵塞系统。
通常滤网会捕获昆虫和树叶等较大颗粒,而空气滤清器则过滤灰尘、泥土和花粉等细小颗粒。典型空气滤清器可捕获80%至90%小至5微米(约红细胞大小)的颗粒。高品质空气滤清器能捕获90%至95%小至1微米(某些细菌尺寸约1微米)的颗粒。
空气流量计(MAF)
为精确计算特定时刻的燃油喷射量,发动机控制模块(ECM)需要掌握进入进气系统的空气量。大多数车辆使用空气流量计(MAF)实现此目的,其他车辆通常使用安装在进气歧管上的歧管绝对压力传感器(MAP)。部分发动机(如涡轮增压发动机)可能同时使用两种传感器。
配备MAF的车辆中,空气会通过滤网和叶片进行”整流”。部分空气流经包含热丝或热膜测量装置的MAF传感器单元。电流加热金属丝或薄膜导致电阻增加,而气流会冷却这些元件使电阻减小。ECM将电流变化与空气质量关联,完成燃油喷射系统的关键计算。大多数进气系统在MAF附近某处还包含进气温度传感器(IAT),有时会集成在同一单元内。
进气管道
经过计量后,空气通过进气管道流向节气门体。途中可能经过谐振腔——这种中空腔体专门设计用于吸收和抵消气流振动,使流向节气门体的气流更平稳。需特别注意,尤其是在MAF之后,进气系统不得出现泄漏。未计量的空气进入系统会扰乱空燃比,轻则导致ECM检测到故障并点亮故障代码(DTC)和发动机检查灯(CEL),重则造成发动机无法启动或运行异常。
涡轮增压器与中冷器
在涡轮增压车辆中,空气接下来进入涡轮增压器进气端。废气驱动涡轮壳体内的涡轮旋转,连带驱动压气机壳体内的压气机叶轮。进入的空气被压缩后密度和含氧量增加,更多氧气意味着更多燃料燃烧,使小排量发动机能输出更强动力。
由于压缩会提升进气温度,压缩空气需流经中冷器降温,以降低发动机爆震、早燃和预燃的风险。
节气门体
节气门体通过电子或拉线方式与油门踏板及定速巡航系统(若配备)连接。踩下油门时,节气门片或”蝶形”阀门开启,使更多空气进入发动机,提升发动机输出功率与转速。当定速巡航启用时,系统通过独立拉线或电信号操控节气门体,维持驾驶员设定的目标车速。
怠速空气控制
进气歧管
进气门
由此可见,进气系统远比通向节气门体的简单管道复杂。从车辆外部到进气门,进气空气需经过精心设计的蜿蜒路径,确保为气缸提供洁净且计量准确的空气。掌握进气系统各部件的功能,也有助于更轻松地进行诊断与维修。