电子可变配气正时机构的分析

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摘要 可变配气正时控制机构的主要目的是在维持发动机怠速性能情况下，改善全负荷性能，这种机构是保持进气门开启持续角不变，改变进气门开闭时刻来增加充气量。电子可变配气正时机构实现的气门调整可以同时顾及低速转矩和高速功率。

关键字：可变配气正时，传感器，放大电路

前言

二十一世纪以来，随着汽车工业的飞速发展、全球能源日益紧张和环保问题日益突出，人们对提高发动机燃油经济性和降低有害排放物的提出了更加严格的要求，可变气门调节技术随之成为重要的研发课题，它将更加顺应现代社会对汽车的要求。电子可变相位型气门调节器因能提高中低速转矩，改善低速稳定性而迅速传播并且有些已经成为产品。

1.传统可变配气定时的优缺点

车用发动机转速变化范围大，不同的转速对应配气定时有一个最佳值。配气定时对发动机转速的适应情况，直接影响到发动机的动力性、经济性和排放指标，可变配气定时机构技术的发展到目前为止仍不理想，较为成熟的技术有：

1.马自达6-L3型发动机，凸轮轴上安装了可变配气定时器，它能够随着发动机的转速变化，连续不断地调整进气凸轮与曲轴之间的相位，实现了各转速下进气的最佳提前角和滞后角，但是这种可变配气定时机构的凸轮轮廓不变，进气持续角和气门升程不能改变，虽然在高速时可加大进气滞后角，充分利用惯性充气，但减小了气门重叠角，使废气系数增大，但这种装置太复杂，排气门凸轮轴没有装备这种装置。

2.本田VTEC可变配气定时机构，它可同时改变进、排气门的提前角和滞后角，而且在改变配气定时的同时，也能改变气门升程，但是，也仅能实现两种速度下的最佳配气定时，不能连续控制，另外这种机构由于结构复杂，目前尚未得到普及。

2.新型配气定时的优点

从原理上说，电子机构代替凸轮机构来实现定时配气能够准确的达到配器定时的最佳值，精确地控制发动机的进、排气门的开启，进气和排气的持续时间，从而减少燃油的消耗率，提高发动机的工作效率。 电子可变配气正时机构能够替代传统的配气定时机构，满足发动机不同转速最佳配气定时的要求，使配气动作优化，该配气机构可以随着发动机的转速变化，实现各转速下最佳进气迟后角和气门重叠角，从而改善发动机进排气性能，提高转矩和功率输出，改善怠速稳定性。

该系统的最大特点是可根据发动机的状态控制进气凸轮轴，通过调整凸轮轴转角对配气时机进行优化，以获得最佳的配气正时，从而在所有速度范围内提高扭矩，并能大大改善燃油经济性，有效提高汽车的功率与性能，减少油耗和废气排放。

3.设计总体思路

将发动机转速与曲轴位置传感器产生的发动机转速和曲轴位置电信号传送给控制模块即是将曲轴转速和曲轴转角传递给控制模块，控制模块在接受电信号后，经过处理产生数字电压信号（0-1信号），控制模块产生的数字电压信号控制共发射极基本交流放大电路的晶体管是否有电流通过，也就是说产生的数字电压信号是共发射极基本交流放大电路的输入信号，所以控制是否引入由蓄电池和发电机通过降压器之后的电压。通过产生的数字电压高电平信号的宽度控制电路接通的时间长短，当处理后产生的是高电压的时候，说明共发射极基本交流放大电路接通，经过降压器后的电压接入共发射极基本交流放大电路，控制模块处理后产生的数字信号的电流，在经过共发射极基本交流放大电路后放大，放大后的电流通入电磁铁，在强度足够大的磁场作用下使电磁铁吸合摇臂，从而控制进、排气门的开启和关闭，以达到调节进气门提前角、进气门迟闭角、排气门提前角、排气门迟闭角的大小。当处理后的是低电平的时候，共发射极基本交流放大电路处于断开状态。

4.总成部件

4.1磁感应式发动机转速和曲轴位置传感器

采用导磁转子触发结构形式，由分电器的发动机电子控制系统，通过将发动机转速与曲轴位置传感器安装于分电器内，有分电器轴驱动导磁转子。用于触发产生转子信号的导磁转子Ne和触发产生曲轴位置信号的导磁转子G上下布置，均有分电器轴驱动，分别触发Ne、G1及G2线圈产生交变的感应电压信号。电子控制器根据G1和G2电压信号确定发动机曲轴位置，根据Ne信号确定发动机的转速，并产生点火和喷油控制脉冲。无分电器的发动机电子控制系统，需有专门的发动机转速与曲轴位置传感器，由传感器轴来驱动上下布置的Ne和G转子，传感器轴则由曲轴驱动。

4.2控制模块

控制模块是接收来自发动机转速与曲轴位置传感器产生的发动机转速和曲轴位置电信号，将接收到的信号经过处理，将其转换成数字电压信号，从而判断是否接通共发射极基本放大电路的晶体管。

4.3电磁开关

电磁开关需满足在高温下快速运作的能力，耐高温，不易磨损。基本结构有铁心，被线圈缠绕，固定在机体上。摇臂中与电磁开关吸和部分，与气门摇臂相连控制气缸进气门的开闭。

4.4共发射极放大电路

晶体管是放大电路中的放大元件，利用它的电流放大作用，在集电极电路获得放大了的电流，该电流受输入信号的控制。而基极电路的电流是由控制模块提供的数字信号产生的，此处供给的电流很小，在晶体管的放大后才能产生集电极电路大电流，电磁铁只有在通过足够大的电流的时候才能够产生足够大的磁场，只有在足够大的磁场的作用下才能吸合摇臂，从而达到控制进、排气门的效果。而集电极电路的电压是由蓄电池或者发电机提供的。

4.5气门摇臂结构

目前已有关于电路气门的研究，但具有很大的缺陷，并且制造工艺复杂，但相对于本文所述的方案来说具有体积小的特点。本文采用摇臂来间隔电磁开关与气门开闭，以减小电磁开关的需求。气门摇臂包括：摇臂，摇臂轴，气门升程调整螺丝，电磁吸合部分。

参考文献

[1]张西振.汽车发动机电控技术[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]吉林大学汽车工程系 陈家瑞，马天飞. 汽车构造第五版. 人民交通出版社，2006

[3]蹇小平，麻友良.汽车电器与电子技术.人民交通出版社，2006