可变气门正时系统的电子控制研究现状

可变气门正时系统的电子控制研究现状

沈婷

江苏大学京江学院 江苏镇江 212013

摘要：近年来，乘用车发动机逐步实现电控化，尤其是在高标准的排放法规之下，汽车的排放想要达到国家标准，必须采用发动机电控技术。即使现如今新能源汽车的使用加快了燃油车的淘汰步伐，但是不可否认的是未来十年甚至二十年内，燃油车不会退出市场，并且发动机电控技术会使用到增程式电动汽车、混合动力汽车等新能源汽车中。我国目前发动机电控人才稀缺，电控系统的研究较为落后于发达国家，但是国内可变气门正时系统已经被安装到不同层次的轿车中，未来具有很大的市场。因此对发动机可变气门正时系统的电子控制展开研究，以推进电控系统的发展。

关键词：控制系统，可变气门正时，汽车，市场

一、引言

可变气门正时系统是在传统的凸轮轴固定正时的系统上，通过相位器中的转子与凸轮轴相连接，通过改变相位器不同腔室内的进油量柔性调节气门正时。当发动机处于高速、低速不同状态时，可变气门正时系统通过改变相位角，提升发动机的动力性，减少排放。因此，可变气门正时的电子调节是极具关键的，也对发动机的运行有很大的提升，可以克服传统发动机固定相位的缺陷。

二、电子控制系统

电子控制系统的功能是根据发动机运转状况和车辆运行状况确定燃油的最佳喷射量。该系统由传感器、电控单元(ECU)和执行器三部分组成。供给发动机的汽油量，由喷油持续时间来控制，喷油持续时间则由 ECU 通过来自进气歧管压力传感器或空气流量计的信号来计算进气量，根据进气量和转速计算出基本喷油持续时间，然后进行温度、海拔高度、节气门开度等各种工作参数的修正，得到发动机在这一工况下运行的最佳喷油时间，精确地控制喷油量。传感器是信号转换装置，安装在发动机的各个部位，其功用是检测发动机运行状态的电量参数、物理参数和化学参数等，并将这些参数转换成计算机能够识别的电信号输入 ECU。检测发动机工况的传感器有：水温传感器、进气温度传感器、曲轴位置传感器、节气门位置传感器、车速传感器、氧传感器、爆燃传感器、空调离合器开关等。ECU 是发动机控制系统的核心部件。ECU 的存储器中存放了发动机各种工况的最佳喷油持续时间，在接收了各种传感器传来的信号后，经过计算确定满足发动机运转状态的燃油喷射量和喷油时间。ECU 还可对多种信息进行处理，实现 EFI 系统以外其他诸多方面的控制，如点火控制、怠速控制、废气再循环控制、防抱死控制等。执行器是控制系统的执行机构，其功用是接受 ECU 输出的各种控制指令完成具体的控制动作，从而使发动机处于最佳工作状态，如喷油脉宽控制、点火提前角控制、怠速控制、炭罐清污、自诊断、故障备用程序启动、仪表显示等。

三、可变气门正时系统

可变气门正时系统包含电磁阀和相位器。电磁阀与高压油泵相连接，通过电磁阀里换向杆的位置的移动，让高压油泵的机油流入相位器的A腔或B腔，并通过改变换向杆移动距离确定流量。一些电磁阀由于设计结构复杂，流入后的机油会经历多重损失，因此产生波动，导致调节相位角的精度有所下降。电磁阀由于与电子控制系统相连接，因此也是电子控制系统中的“执行器”，通过ECU传入的PWM波信号，做出一系列动作。相位器与电磁阀的开口相连接，接收来自电磁阀的机油，并作用到内部的转子的各个面中。由于相位器A、B两腔内的流量不一致，因此会转动转子，以达到一个新的平衡，而新的平衡即可发动机的正时。相位器为简单的机械结构，主要通过电磁阀的机油进行作用，改变凸轮轴相位，因此这一部分对于电控部分作用较小。

四、研究现状

1、控制策略

在实际使用中，由于用户不断切换转速会导致控制系统在不断更改目标值，从而导致系统产生震荡。因此，在VVT的比例积分微分控制时，需要做深入优化，避免在使用中出现漏油等情况。因此，需要对比例积分控制的算法展开研究，解决算法中的缺点，提高PID算法的误差，降低其超调量。在其基础上的，PWM驱动策略也应该引入先进算法，减小算法的误差。同时尽可能引入影响发动机的变量参数，不将发动机的变量参数局限于油压、油温等传统变量参数上，更应该对发动机的其他信号的引入，提高控制系统的精确度。

2、控制目标

控制目标的选取，目前来看乘用车是提升动力性、排放性，且主要是提升发动机的动力性，而经济性应当放在最后。由于乘用车使用燃油较为单一，主要是汽油和柴油，受到两种燃油的特性影响，往往在提升动力性的同时，会提高燃油利用率，也能相应达到减少排放、油耗的作用。在发动机附件的控制中，可以通过判断发动机的工况和时间判断汽车使用场景，从而自行判断是否减少部分传感器或附件的能量输出，避免多余零件的电力使用，这也可以在一定程度上将控制目标集中化。

3、控制参数

标定是目前我国发动机电控的重要部分，也是人才稀缺的集中部分。但是由于受到条件艰苦、硬件设备不足等影响，发动机的部分参数处于测量精确度较差的状态，而一些控制器的设计的控制参数，也会相应弱化。在此看来，由于家用乘用车使用地区变动极小，汽车的标定完全可以为不同地区打造，从而避免因标定层面而产生的电控困难，而控制系统中控制目标也可以较为集中。

五、结论

就目前而言，受到发动机控制策略精度不高、控制目标不集中、控制参数弱化等影响，发展相对国际来说较差。因此可变气门正时系统的电子控制仍然具有发展空间，也随着国内硬件技术和算法的发展，人才队伍的不断扩充，逐步提升。

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作者简介：

沈婷，生于1998年1月，女，汉族，云南大理人，江苏大学京江学院本科在读，自动化方向