彈簧與電機在不同節(jié)氣門結構中配合的研究

1 引言

在汽車發(fā)動機百年多的發(fā)展歷史中，化油器技術占據(jù)了近百年。隨著發(fā)動機電噴技術的進步，節(jié)氣門替代了化油器控制空氣流量的功能。在這個過程中，節(jié)氣門技術也在圍繞著精確控制空氣的進氣精度，結構不斷地在創(chuàng)新發(fā)展。從機械式節(jié)氣門的油門拉線控制節(jié)氣門軸與門片的開啟，開始不斷摸索電子節(jié)氣門集成化的技術路線，在經(jīng)過一個半電子節(jié)氣門的中間技術過渡后，進入了電子節(jié)氣門控制技術時代，電子踏板把駕駛員的駕駛意愿換算成一個目標角度，電子節(jié)氣門直流電機替代油門拉線帶動節(jié)氣門軸和門片轉(zhuǎn)動開啟。在這個過程中，彈簧與電機的配合，決定了門片如何保持在目標位置，以及停車后如何返回到原始位置。

高校輔導員的工作應秉持教育為了學生的原則，堅持教育的出發(fā)點是德育的理念，重視思想教育工作。思想工作是高校穩(wěn)定發(fā)展的前提，是解決一切問題的根本。研究青年學生的心理特點、思想動態(tài)，了解他們的思想困惑，在學生發(fā)展的普遍問題上，如理想信念、未來職業(yè)規(guī)劃、人際關系、戀愛交友、學習實踐、心理問題、個人成長等學生易困惑領域，提升自己解決問題的能力，做學生最需要的人，做好學生生活中的救生員，成為學生大學生活中的好朋友，幫助學生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀。

本文通過介紹彈簧與電機在歷代節(jié)氣門結構中的作用，來展示彈簧與電機在節(jié)氣門應用中的演變，和它們的配合關系——即彈簧在不同時期的節(jié)氣門中始終扮演著節(jié)氣門軸與門片的復位作用；電機則由機械式節(jié)氣門中的步進電機到電子節(jié)氣門中的直流電機，經(jīng)歷的創(chuàng)新與精度的改善。

類似的高效噴霧器也適用于其他作物，僅用新機器替換舊型號就可大量減少法國的農(nóng)藥使用。但升級并不便宜，杜考爾特葡萄園里的噴霧器的價格為320 000歐元，是收割機的兩倍。事實上法國全國20萬個噴霧器中每年只有其中的3%進行了更新?lián)Q代，因此可能需要幾十年時間才能全部升級。

2 彈簧與電機在機械式節(jié)氣門中的應用

2.1 機械節(jié)氣門總成的結構

在機械式節(jié)氣門總成爆炸圖與剖視圖(圖1)上，機械式節(jié)氣門總成主要由節(jié)氣門本體(件1)、步進電機(件2)、傳感器(件3)、節(jié)氣門片(件4)、節(jié)氣門軸(件5)、彈簧(件6)及懸架小總成(件7)等零件組成。

2.2 機械節(jié)氣門總成的工作原理

當駕駛員點火啟動汽車或在停車怠速狀態(tài)下，半電子節(jié)氣門片設計了一個應急點位置，這是節(jié)氣門片的原始位置；在這個位置上空氣流量足可以支撐發(fā)動機的啟動點火，行車電腦ECU發(fā)出占空比PWM信號控制直流電機向節(jié)氣門片全閉方向調(diào)整轉(zhuǎn)動，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在怠速狀態(tài)。當汽車停車等待狀態(tài)，直流電機也是按照ECU占空比PWM信號轉(zhuǎn)動門片的角度，調(diào)節(jié)空氣的流量，讓使發(fā)動機穩(wěn)定在怠速狀態(tài)。

汽車在行駛中，駕駛員腳踏油門的深度決定著節(jié)氣門片的開啟角度；油門踏板下端的拉線通過節(jié)氣門懸架小總成傳遞到節(jié)氣門軸，帶動節(jié)氣門片轉(zhuǎn)動開啟到目標角度。ECU會根據(jù)節(jié)氣門傳感器的電壓信號，發(fā)出工作指令，這時步進電機是前進到底(堵死狀態(tài))；在行駛中步進電機只是微調(diào)。這時的空氣流量主要來自節(jié)氣門主腔通道，ECU是通過電壓信號和儲存在其軟件內(nèi)的節(jié)氣門流量曲線知道空氣的流量信息。節(jié)氣門流量曲線是節(jié)氣門總成產(chǎn)品最關鍵的一個特殊特性。

車輛在正常行車狀態(tài)下，節(jié)氣門的調(diào)節(jié)主要依賴彈簧的彈力。拉線隨著駕駛員腳踏油門拉起節(jié)氣門片，彈簧受力，車輛開始加速行駛；當車輛需要減速，油門放松，拉線并沒有雙向拉動的能力，節(jié)氣門片角度減小的轉(zhuǎn)動就由彈簧釋放壓力后的反向運動來完成。

2.3 彈簧與步進電機在機械式節(jié)氣門中的主要作用

直流電機是電子節(jié)氣門軸和門片的主動轉(zhuǎn)動動力的唯一來源，其在電子節(jié)氣門上的應用，使空氣流量的精度有了飛躍式的提高，為滿足了各個國家對發(fā)動機尾氣排放的要求，奠定了堅實的基礎。有了直流電機在電子節(jié)氣門上的應用，轎車自動巡航已經(jīng)實現(xiàn)，自動駕駛也在研發(fā)試驗的路上。

步進電機在機械式節(jié)氣門中的主要作用，可以理解他是一個怠速電機。在油門拉線不拉動懸架小總成時，步進電機起到輔助人力的作用，按照ECU發(fā)出的脈沖做前后步進運動，通過改變節(jié)氣門旁通道孔徑間隙的大小來控制空氣的流量。而其缺點在于，如果步進電機丟步，無法反饋給ECU，導致其在做空氣流量控制時的精度不佳和響應時間的缺陷。

3 彈簧與電機在半電子節(jié)氣門中的應用

3.1 半電子節(jié)氣門總成的結構

與機械式節(jié)氣門相比，半電子節(jié)氣門本體沒有了旁通道，多了一個齒輪箱體，把傳感器集成在了齒輪箱中。步進電機改成直流電機，通過齒輪傳動系統(tǒng)可以直接帶動節(jié)氣門軸與門片轉(zhuǎn)動；在節(jié)氣門軸的另一端還有一個懸架小總成。

在半電子節(jié)氣門總成爆炸圖(圖2)上，半電子節(jié)氣門總成主要由節(jié)氣門本體(件1)、直流電機(件2)、傳感器組件(件3)、節(jié)氣門軸(件4)、節(jié)氣門片(件5)、彈簧1(件6)、彈簧2(件7)及懸架小總成(件8)等零件組成。

為了改進機械式節(jié)氣門的缺陷，一種用直流電機通過齒輪傳動系統(tǒng)控制節(jié)氣軸與門片轉(zhuǎn)動的節(jié)氣門設計方案開始應用，并把角度傳感器集成在齒輪箱中。最早的一款半電子節(jié)氣門總成是由西門子威迪歐VDO為大眾汽車設計制造的。因為節(jié)氣門片的轉(zhuǎn)動一半還是油門拉線控制，一半由直流電機控制，故稱為半電子節(jié)氣門。

3.2 半電子節(jié)氣門總成的工作原理

半電子節(jié)氣門總成的工作原理是ECU通過直接獲得與節(jié)氣門軸和片同步位置傳感器的電壓信號，調(diào)取ECU控制軟件儲存的流量曲線快速運算出空氣的流量值，匹配好噴油量，再通過監(jiān)控氧傳感器來獲得發(fā)動機最佳的油氣空燃比。

當駕駛員點火啟動汽車或在停車怠速狀態(tài)下，這時在彈簧作用下節(jié)氣門片在下支點位置(原始位置)；這時候節(jié)氣門主腔通道進入發(fā)動機的空氣流量最小，步進電機在行車電腦ECU的控制下，先是退后，然后打開節(jié)氣門本體上的旁通道(圖1上1處和2處)使節(jié)氣門上下腔體聯(lián)通，保證汽車發(fā)動機在點火過程中有足夠的空氣流量。在發(fā)動機啟動之后，ECU發(fā)出脈沖指令步進電機一步步向前推進，使發(fā)動機穩(wěn)定在怠速狀態(tài)。汽車停車等待狀態(tài)，步進電機也是按照ECU的脈沖指令前后一步步退進，調(diào)節(jié)空氣的流量，讓使發(fā)動機穩(wěn)定在怠速狀態(tài)。在上述狀態(tài)下節(jié)氣門的調(diào)節(jié)主要靠步進電機完成，習慣上把機械式節(jié)氣門的步進電機叫成怠速電機。

確定迭代次數(shù)N與分段數(shù)m2，即可求解出系數(shù)kai與kbi及控制誤差εs；確定迭代次數(shù)N與控制誤差εs，亦可求解出分段數(shù)m2及系數(shù)kai與kbi.由于Δθ為YN/XN的奇函數(shù)，結合奇函數(shù)的對稱性，即可得到在整個區(qū)間上采取誤差補償后的向量相位公式為：

汽車在行駛中，半電子節(jié)氣門總成與機械式節(jié)氣門的工作原理基本一致，還是由駕駛員用油門踏板下的拉線通過懸架小總成帶動節(jié)氣門軸和門片從應急點向全開方向轉(zhuǎn)動開啟。節(jié)氣門片的轉(zhuǎn)動一半由直流電機提供動力，另一半由駕駛員的腳力通過油門拉線來拉動。

3.3 彈簧與直流電機在半電子節(jié)氣門中的主要作用

從半電子節(jié)氣門總成結構(圖2)看到在懸架小總成端有兩個彈簧；其向下由直流電機負責提供動力去尋找怠速位置并按照ECU的指令穩(wěn)定在怠速位置。彈簧1(圖2件6)在直流電機向下提供動力轉(zhuǎn)動時提供反作用力，當直流電機的作用力與彈簧1的反作用力一樣時，節(jié)氣門片就穩(wěn)定在怠速位置上；當直流電機斷電彈簧1的反作用力會迅速使節(jié)氣門片回到應急點位置。

彈簧2(圖2件7)與機械式節(jié)氣門的彈簧(圖1件6)作用一樣，在車輛行駛中一直平衡著駕駛員的腳力，當駕駛員停車腳松油門時，節(jié)氣門片在彈簧力的作用下迅速返回應急點位置。

4 彈簧與電機在電子節(jié)氣門中的應用

4.1 電子節(jié)氣門總成(雙彈簧)的結構

半電子節(jié)氣門直流電機向下全閉方向轉(zhuǎn)動不到10度，而向上全開方向的80度左右還要油門拉線來完成。這樣的嘗試推動了電子節(jié)氣門直流電機繼續(xù)發(fā)展，向正反轉(zhuǎn)提供動力來完成過去油門拉線來完成的任務。

精準生態(tài)畫像。在全面采集數(shù)據(jù)的基礎上，按照指標評價規(guī)則，既可以對全市政治生態(tài)建設進行整體畫像，也可以對單位和個人進行局部畫像；既可以對日常工作進行常規(guī)畫像，也可以對重點工作進行專題畫像。系統(tǒng)根據(jù)評價分析結果，可以自動生成單位政治生態(tài)檔案和個人勤廉檔案。

從電子節(jié)氣門總成(雙彈簧)爆炸圖與剖視圖(圖3)可以看到，電子節(jié)氣門總成(雙彈簧)主要由節(jié)氣門本體(件1)、直流電機(件2)、節(jié)氣門片(件3)、節(jié)氣門軸(件4)、傳感器組件(件5)、復位齒輪(件6)、彈簧1(件7)、耦合環(huán)(件8)及彈簧2(件9)等零件組成。

4.2 電子節(jié)氣門總成(單彈簧)的結構

在電子節(jié)氣門總成(單彈簧)爆炸圖與剖視圖(圖4)上，電子節(jié)氣門總成(單彈簧)主要由節(jié)氣門本體(件1)、直流電機(件2)、傳感器組件(件3)、復位齒輪(件4)、彈簧(件5)、節(jié)氣門軸(件6)及節(jié)氣門片(件7)等零件組成。

4.3 電子節(jié)氣門總成的工作原理

比起半電子節(jié)氣門，在電子節(jié)氣門總成(雙彈簧)結構(圖3)與電子節(jié)氣門總成(單彈簧)結構(圖4)上，軸的另一端懸架小總成去掉了。電子油門(踏板)取代了帶拉線的油門踏板，電子油門角度的變化反應著駕駛員的駕駛指令，并做為電子踏板角度電壓信號傳遞給行車電腦ECU，ECU收到電子踏板的電壓信號經(jīng)過控制軟件的計算向直流電機發(fā)出占空比PWM控制指令；無論正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，ECU發(fā)出的PWM控制指令使直流電機扭矩力大于彈簧力就前進，兩力平衡就保持不動，彈簧力大于電機扭矩力就退回到平衡點或應急點(機械死點)。

在車輛行駛過程中，ECU會根據(jù)電子油門的電壓信號發(fā)出占空比PWM信號控制直流電機向電子節(jié)氣門全開方向調(diào)整門片轉(zhuǎn)動。整個行車過程ECU都在收集著電子節(jié)氣門的電壓反饋信號，通過存儲在ECU控制軟件中的流量曲線和計算公式計算著空氣流量，同時監(jiān)控著空燃比傳感器，向電子節(jié)氣門不斷地發(fā)出PWM信號，電子節(jié)氣門精確地控制空氣的進氣精度，保證發(fā)動機工作能得到理想的空燃比。

當車輛剎車停止等待時，電子節(jié)氣門片在彈簧力作用下回到應急點的位置，ECU會發(fā)出占空比PWM信號控制直流電機向電子節(jié)氣門片全閉方向調(diào)整門片轉(zhuǎn)動，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在怠速狀態(tài)。

電工基礎是學生學習后續(xù)課程的理論基礎，教師在教學過程中，要積極引導學生，挖掘他們的潛能，調(diào)動他們的積極性，讓學生參與教學，使“教”與“學”相輔相成，相得益彰，事半功倍。

現(xiàn)在高級轎車又有了一個新的自動啟停功能，就是在轎車剎車停車時，駕駛員不用費力腳踩剎車板，ECU會自動關閉發(fā)動機工作，給電子節(jié)氣門一個占空比PWM控制信號，使電子節(jié)氣門片處在怠速點和應急點之間的一個位置待命。當駕駛員腳離開剎車板腳踩電子油門時，ECU會立即自動啟動發(fā)動機工作。

當汽車點火啟動，這時電子節(jié)氣門片處在應急點的位置，保證有一定的空氣流量，一方面可以支撐發(fā)動機的啟動點火，另外可以解決在行車過車中突然發(fā)生電子節(jié)氣門斷電或直流電機故障，保證車輛可以低速行駛到維修點。ECU在接收到車輛啟動的指令后，會發(fā)出占空比PWM信號控制直流電機向節(jié)氣門片全閉方向調(diào)整轉(zhuǎn)動，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在怠速狀態(tài)。

4.4 直流電機在電子節(jié)氣門中的主要作用

由此，彈簧在機械式節(jié)氣門中的主要作用就是在油門拉線把節(jié)氣門片拉起后彈簧受力張緊，需要向反向轉(zhuǎn)動(復位)時提供足夠的回復力(彈簧力)。這個彈簧力要克服節(jié)氣門軸與節(jié)氣門片在轉(zhuǎn)動時與節(jié)氣門主腔、油門拉線等相接觸的零件產(chǎn)生的摩擦力。彈簧力設計的一定要滿足節(jié)氣門這個主要功能，同時也要兼顧操作者的腳力腳感。此外，彈簧失效或脫落是一件非常嚴重的安全事件，設計時需要考慮其安全性與穩(wěn)定性。

在此次回顧研究中，我們還針對評估分類出的高低風險組患者進行了生存分析。結果表明高轉(zhuǎn)移風險的患者總體生存明顯低于低風險的患者。因此，治療前精確評估是決定治療成功與否的關鍵因素。在臨床工作中，可依據(jù)此模型進行高低風險分類評估，以達到更加合理的選擇治療策略，更加精準的評估病人的病情。本研究的風險評估模型可應用于臨床，并隨著臨床檢驗技術的發(fā)展，模型可得到進一步完善。

[38] Hearing Before the Senate Foreign Relations Committee Subcommittee on Asia Hearing on Maritime Territorial Disputes in East Asia, July 15, 2009.

4.5 雙彈簧與單彈簧在電子節(jié)氣門中的主要作用

對比電子節(jié)氣門總成(雙彈簧)結構(圖3)與電子節(jié)氣門總成(單彈簧)結構(圖4)，前者結構上多一個彈簧和一個耦合環(huán)，分別是彈簧1(圖3件7)、彈簧2(圖3件9)及耦合環(huán)(圖3件8)。

稱取100 mg上一步制備的硅膠顆粒，與 200 mg二茂鐵在超聲輔助下分散于65 mL丙酮中，然后逐滴加入總量為2 mL的H2O2于上述混合液中，劇烈攪拌1.5 h。將得到的黃色透明溶液轉(zhuǎn)移至密閉的高壓反應釜中，于210 ℃下反應48 h。反應結束后，待產(chǎn)物冷卻至室溫，利用磁鐵將其分離出來，再分別用丙酮和乙醇各清洗3次，于烘箱中60 ℃干燥后備用[8]。

電子節(jié)氣門總成(雙彈簧)結構的特點是，彈簧1對應直流電機從應急點向電子節(jié)氣門全閉方向調(diào)整門片轉(zhuǎn)動，這個方向由于是節(jié)氣門片小角度，工況比較復雜；而且只轉(zhuǎn)動10度左右，節(jié)氣門片復位需要較大的彈簧扭矩；因此彈簧1設計的直徑小。彈簧2對應直流電機從應急點向電子節(jié)氣門全開方向調(diào)整門片轉(zhuǎn)動，這個方向由于是節(jié)氣門片大角度，工況比較簡單；而且轉(zhuǎn)動有80度左右，如果采用彈簧1的直徑設計，節(jié)氣門片復位的彈簧扭矩沒有問題，但直流電機克服的彈簧扭矩就會過大而使直流電機過勞失效；因此彈簧2設計的直徑就大。

電子節(jié)氣門總成(單彈簧)結構相對而言，少一個彈簧和一個耦合環(huán)。只有一個彈簧(圖4件5)，這個彈簧對應直流電機從應急點向全閉全開兩個方向調(diào)整門片轉(zhuǎn)動。彈簧由圓柱形改成了腰鼓形或是圓錐形，就解決了從應急點向全閉方向需要較大的扭矩，從應急點向全開方向彈簧扭矩沒有直線上升的技術難題。

相對而言，電子節(jié)氣門總成(單彈簧)結構更加簡單，制造成本相對較低，其關鍵性能指標都可以滿足發(fā)動機電噴系統(tǒng)的功能要求。不同的彈簧(圖5)直徑和彈簧絲直徑都會有不同的扭力曲線。圓柱形彈簧的扭力會隨著扭轉(zhuǎn)角度增大而增大。腰鼓形彈簧的扭力會也是隨著扭轉(zhuǎn)角度增大而增大；但它的扭矩曲線斜率是前大后小。腰鼓形彈簧扭力曲線的這個特點，成功地節(jié)省了一個彈簧和一個耦合環(huán)，實現(xiàn)了彈簧應有的功能，節(jié)省了制造成本。

5 結束語

通過在對歷代節(jié)氣門結構中彈簧與電機所起作用的梳理，深度分析了彈簧和電機的配合關系。彈簧與電機合理的配合，是保證節(jié)氣門穩(wěn)定工作的關鍵所在，也是未來實現(xiàn)更高程度的汽車智能化的一種趨勢。

[1]Male Dale、建保, 電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)結構特點及其優(yōu)勢[J]. 汽車維修與保養(yǎng)，2005(5).

[2]王伯平.混合動力汽車發(fā)動機電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的研究[D].吉林大學，2007.

[3]羅新聞.奇瑞A3轎車電子節(jié)氣門系統(tǒng)的結構及故障檢測[J].汽車電器，2012，01:31-33.