芻議汽車發動機怠速控制技術

蔣南希

摘要：作為汽車發動機電子控制中最為重要的環節之一，怠速是汽車發動機空轉時的一種狀態，怠速控制是汽車發動機電子控制的一個重要部分，怠速控制的有效性對于增強汽車的性能、開乘舒適性、減少油氣排放等有著重要的影響。由于汽車在交通密集道路中行駛會有很大一部分的燃油消耗在怠速中，此時的排放量占到總排放量的一大部分。因此，研究發動機怠速控制技術還能夠為節能減排作出貢獻。本文通過相關實驗分析了汽車發動機怠速控制的特點，并設計出相應的控制策略，對于提高汽車發動機怠速控制性能有著很大的作用。

關鍵詞：汽車發動機 怠速控制 設計

中圖分類號：U464 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

汽車作為當前社會中人們重要的交通工具，跟人們的日常生產生活有著緊密的聯系。隨著城市人口密度的增加，城市道路中的車輛也更加密集。當汽車在交通擁擠的道路中行駛時，經常處于怠速的工況中，消耗的能量以及排放的廢氣量都較大。此時，對汽車發動機的怠速工況進行控制可以有效的提高汽車行駛過程中的經濟性，實現節能減排。因此，研究汽車發動機的怠速控制技術具有重要的現實意義。

1 汽車發動機怠速概述

汽車發動機按照其實際運行的穩定性能夠分為穩定工況以及過度工況。前者是指發動機的節氣門開度、負荷以及轉速都不發生變化狀況下的穩定運行，包含不同大小的負荷工況以及發動機溫度正常狀態下的怠速工況等；后者則是指汽車發動機的各個參數在運行過程中不斷的發生改變情況下的工況，其中有加減速工況、冷啟動的工況等。而怠速工況指的是發動機不做功，其轉速非常低且保持在穩定的狀態。這樣的工況是汽車發動機非常重要的運行工況之一。有兩種因素會對汽車發動機的怠速性能產生影響：首先是對氣缸中混合氣流量的控制，其原因是氣流量燃燒的速度、溫度等參數會對發動機的能耗與排放產生極其重要的影響；此外，氣缸中氣體的點火時刻也是造成影響的因素之一，點火時刻的不同影響燃燒的狀態、溫度等，進而對汽車發動機的動力性產生影響。

2 汽車發動機怠速控制系統結構

2.1 汽車怠速控制系統的結構組成

（1）信號采集系統 信號采集系統主要用于收集汽油機在發動機運行過程中的狀態和信息，并將采集到的信息參數傳送至控制單元。信號采集系統的組成包括：信號處理電路、空氣流量傳感器、發動機轉速傳感器、節氣門傳感器以及冷卻水水溫傳感器。（2）控制單元 在本文的研究中由80C196KC的單片機以及擴展系統構成控制單元，其工作主要是對信號采集系統傳送來的信息進行處理和運算，通過數據結果判斷汽油機的運行是否穩定。同時，還承擔下達指令對執行機構進行驅動的任務。（3）執行機構 一般來說，執行機構由怠速直流電機構成，本研究中使用的執行機構是全電控節氣門。

2.2 汽車怠速控制系統的硬件組成

直流電機使用脈寬作為控制信號對電子節氣門工作中的開度進行調節和控制，而電子節氣門的控制系統采用的是閉環形式，在系統的加速踏板模塊中輸入指定的目標開度，由節氣門位置傳感器對節氣門的實際開度進行反饋。本研究中使用的直流電機主芯片為Intel公司生產的80C196KC單片機，并對芯片的外存儲器以及相應的端口進行擴展，加強單片機通信電路的通信功能。

控制系統的硬件結構為：電子節氣門位置傳感器實現節氣門位置的信號反饋、加速踏板位置傳感器則完成加速踏板控制信號的輸入工作；16位機80C196KC中的A/D轉換器實現對模擬信號的轉換工作，將輸入的信號轉換為數字信號；然后通過系統中的控制算法對理論的控制量進行計算，利用高速輸出口等端口實施控制信號的輸出，直接控制直流電機的驅動器；最后由直流電機驅動器輸出驅動信號對直流電機的運行過程進行控制，進而實現對節氣門開度的調節。

3 汽車發動機怠速控制系統以及軟件設計

汽車發動機怠速控制系統以及軟件設計相對較為復雜，以汽車發動機在運行過程中的不斷循環作為系統的主程序，主程序自動將汽車發動機的運轉分為不同類型的工況，根據工況的不同有針對性的實施編程。在這個過程中，系統對工況的分類越合理、劃分越細致那么對發動機運行的判斷就越合理，對其產生的控制效果就越好。針對不同類型的汽車發動機工況應該采取怎樣的控制方式也是對控制結果產生影響的重要方面。在本研究中，汽車發動機作為典型的運行工況主要有：起動模式，包含起動以及起動托轉的運行模式、怠速閉環模式、暖機模式、以加減速等為表現的瞬態工況模式、全節氣門工況模式以及空燃比閉環模式。

首先對汽車發動機的運行工況進行準確的分類和判斷，在判斷之后，依照不同的工況處理程序，基于程序采集的汽車發動機運行參數選擇正確的算法對噴油脈寬、怠速運行中的進氣量以及點火提前角等參數進行運算，根據所得的結果對汽車發動機的運轉進行控制和調節。

最后是汽車發動機怠速控制軟件的設計，根據總體的運行狀況分為初始化部分以及工作循環部分。具體的工作流程為：初始化部分對汽車法定及怠速控制中的變量與常量進行初始化；然后由定時器將初始化中斷；通過高速輸出口輸出PWM、串行端口的收發數據初始化。工作循環部分的流程為收集汽車發動機的信號；對傳感器的故障進行判斷；計算踏板的角度以及電子節氣門的開度；最后對串行的通信以及控制量實施計算。

4 試驗的結果

根據試驗數據，汽車發動機的實際轉速跟目標轉速呈現出非常小的差異，兩者的數據非常接近，并且隨著冷卻水水溫發生變化，實際轉速和目標轉速的變化趨勢也基本相同。當冷卻水的水溫為80℃時，兩者都維持在約750r/min的穩定怠速轉速中，由此能夠表示本研究中汽車發動機的怠速控制系統能夠有效的對發動機的怠速工況進行控制。

5結語

通過對80C196KC單片機核心的汽車發動機怠速控制系統的設計，以電子式連接取代傳統腳踏板和節氣門之間的機械式連接，并將發動機怠速控制、車速控制等功能集合。通過實施相關的策略，能夠簡化汽車的結構組成、更為精確的對發動機實施控制，汽車的響應速度也變快。實現了汽車發動機運行過程中的經濟性和節能減排的目標。

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