汽車發動機怠速控制技術的研究

劉陽陽

摘 要：在城市汽車保有量日益增加的今天，城市交通問題也已經成為社會面臨的主要問題，汽車在日常運行過程中，經常處于怠速狀態，不僅增加了汽車燃油的消耗量，還排放出更多的有害氣體，而怠速控制技術便是解決這一問題的有效手段。該文以發動機怠速與怠速控制技術為研究基點，分析對怠速控制技術進行研究的必要性，論述怠速控制技術對發動機產生的影響，最后提出發動機怠速的系統控制。

關鍵詞：發動機 汽車 怠速控制 節能 減排

中圖分類號：U464 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（c）-0032-02

隨著人們生活水平的不斷提高，汽車也日益成為人們日常生活中主要的代步工具，而發動機作為汽車的“心臟”，其性能的高低會對汽車的整體性能產生影響。在當前的汽車設計中，為了生產出更加經濟、舒適、環保的汽車，很多設計人員也都傾注了大量的心血，為了解決汽車發動機在怠速形式狀態下能耗與廢氣的增加，怠速控制技術應運而生，在很大程度上對汽車尾氣的排放進行了控制，并在此基礎上降低了汽車處于怠速狀態下的能耗。

1 發動機怠速與怠速控制技術

1.1 發動機怠速

一般情況下，汽車發動機在運行過程中的工況主要有兩種，其一為穩定工況，其二為過渡工況。所謂怠速，指的是發動機穩定工況中的一種狀態，在怠速狀態下，發動機會保持在一定穩定的低轉速狀態下，為了降低發動機的負載，傳統系統在怠速狀態下與發動機之間是處于完全脫離狀態的，這樣能夠確保發動機為空調、發電機等輔助裝置提供能量[1]。在汽車日常運行的過程中，怠速狀態是發動機的一種常態，但是，如果發動機怠速轉速較高，就會增加汽車的耗油量，如果發動機怠速轉速較低，就會使汽車尾氣中排放出來的有害物質增加。所以，找到一種能夠對發動機怠速進行有效控制的方法，是當前領域內部面臨的重要課題。

1.2 怠速控制技術

怠速控制技術是當前比較先進的一種實踐技術，在汽車運行過程中，該技術主要能夠對汽車發動機的進氣量進行控制，這是控制怠速轉速的主要因素。汽車的發動機如果處于怠速狀態下，那么發動機的節氣門就會完全關閉，換句話說，在這種條件下，發動機的節氣門無法對進入到發動機中的空氣量進行有效控制。而怠速控制的運行關鍵是怠速執行調節器，該裝置能夠有效的調節發動機進氣量，但在調節過程中，該裝置需要配合噴油量與點火提前角等參數，從而實現對發動機燃料消耗情況的控制，穩定發動機在怠速狀態下的轉速。

一般情況下，汽車的車型會在很大程度上影響到怠速過程中對充氣量的控制策略。當前的控制策略主要分為直動式與旁通式兩種，前者能夠實現對發動機氣門位置的直接控制，后者主要是以旁通空氣到為基礎，實現對發動機空氣量的控制的。

2 研究怠速控制技術的必要性

由上文可知，汽車在運行過程中會排出尾氣，隨著汽車保有量的不斷增加，汽車尾氣也在一定程度上對大氣產生了污染，同時，汽車尾氣中含有一些化學物質，如氮氧化物等，這些物質會與大氣中的臭氧與硝基酸鹽產生反應，其所生成的物質還會危害人體健康。而發動機作為汽車構造系統中最重要的裝置之一，其中的控制部件能夠在很大程度上對發動機其他燃燒比率進行控制，發動機的怠速狀態正是產生尾氣中有害物質的主要原因。

大城市中的交通狀態比較復雜，經常會發生道路擁堵狀況，在這種情況下，汽車的發動機便會處于怠速狀態下，這種狀態會耗費大量燃油，所以，對發動機怠速進行有效控制，是非常有必要的，只有這樣，才能夠提升發動機的工作效率。通常來講，發動機處于怠速狀態下的任務便是確保不熄火，而并非要對外做功，所以，在怠速狀態下，發動機之所以會產生燃油消耗，主要是因為要克服摩擦力。但是，如果這個過程中的轉速過低，燃油在燃燒過程中不充分，就會使發動機排出的廢氣增加，從而對大氣產生污染。因此，對怠速控制技術進行研究的意義有兩方面，其一，便是提升燃油消耗率，降低燃油投入成本；其二，便是控制汽車尾氣中有害物質的排放，減少大氣污染。總結起來，便是要控制汽車的排放平衡[2]。

3 怠速控制技術對發動機的影響

在汽車運行過程中，發動機想要實現輸出負荷，其轉速的控制需要通過駕駛員控制加速踏板的方式來實現，該操作可以調整節氣門的位置，從而改變發動機在運行過程中的進氣量。但如果發動機處于怠速狀態下，汽車駕駛員就無法通過對加速踏板的控制來改變發動機進氣量，所以，在發動機上設置怠速控制器，是非常有必要的，能夠幫助駕駛員在發動機處于怠速狀態下時有效的對進氣量進行控制。

在汽車發動機裝置中設置怠速控制系統的作用主要表現在以下兩個方面：其一，運用怠速控制技術，可以保證汽車發動機在處于怠速狀態下的穩定性，不僅能夠降低燃油消耗，還可以減少尾氣中有害物質的排放；其二，汽車發動機在處于怠速運行狀態下時，雖然不會對外部設備做功，但仍然需要供應一些輔助裝置，如動力轉向設備、空調設備等，這些設備的運行會在一定程度上增加汽車怠速運行負荷，導致發動機在運行過程中熄火，而使用怠速控制技術，則能夠減少汽車拋錨情況的發生[3]。

在對怠速控制技術進行實際應用時，由于汽車型號多種多樣，因此，不同型號的汽車在應用的效果與內容方面，可能會存在一些差異，但原理是相同的。所以，怠速控制系統可以通過計算機進行控制，并根據實際的運行情況進行有針對性的調整，從根本上講，怠速控制技術實際上就是運用一定的方法，對汽車怠速運行狀態下發動機的進氣量進行有效控制。

4 發動機怠速的系統控制

傳感器是汽車運行過程中行駛速度的主要測定裝置，主要裝置在節氣門位置，用于提示怠速的開始信號與關閉信號，其也是對怠速狀態進行判定的主要依據。如果汽車發動機處于怠速狀態，那么節氣門的狀態應該是關閉的，這個時候，傳感器也同樣處在閉合狀態下。在怠速控制系統中，冷卻液的溫度是調整轉速的主要依據，在ECU中，會儲存在水溫不同的條件下，對怠速轉速最佳的調整模式，溫度越高，發動機的怠速轉速便越低[4]。開環與閉環是當前對發動機怠速進行有效控制的兩種主要方式，空氣流量與兩者都有很大關系，冷卻水溫與怠速轉速之間也存在一定關系。

5 結語

綜上所述，當今城市中汽車的使用越來越普遍，發動機作為汽車的“心臟”，對其進行有效控制是非常有必要的，在汽車發動機中運用怠速控制技術，不僅能夠減少燃油消耗，還能夠降低尾氣中有害物質的含量，達到節能減排、經濟舒適的目的，具有很大的現實意義。

參考文獻

[1] 王耀南，申永鵬，孟步敏，等.車用汽油發動機電子控制系統研究現狀與展望[J].控制理論與應用，2015（4）：432-447.

[2] 秦大同，尚陽，楊官龍.插電式混合動力汽車純電動行進間啟動發動機的平順性控制[J].重慶大學學報，2015（4）：1-9.

[3] 孫曉娜，鄭軼，王道靜，等.基于PID算法的車用天然氣發動機怠速閉環控制研究[J].車用發動機，2010（2）：81-84，88.

[4] 陳紹剛，李孟良，徐達，等.基于PEMS的混合動力客車發動機啟動/停止對排放影響的研究[J].汽車工程，2010（3）：198—202.