基于汽油機電子節氣門控制的分析研究

王嬋

摘 要 隨著我國汽車的普及，對于汽車燃油的要求不斷提升，針對不影響汽車正常的行駛功能的前提下，如何降低汽車的油耗量成為許多用戶的基本標準。本文根據汽車的研究現狀分析，從汽油機的電子節氣門入手，有效的對其進行控制，以此達到節約燃油的功能，這對今后汽油機的優化和改進提供了參考依據。

關鍵詞 汽油機；電子節氣門；控制；分析

前言

隨著汽車產業的快速發展，汽車作為基本的交通工具，提高著人們的日常生活質量，使得用戶對汽車的需求與日俱增[1-2]。然而汽車產業的過度發展，使得汽車帶來了環境污染以及化石燃料的缺乏，由于汽油機在工作過程中，需要消耗汽油，此時汽車的尾氣就會產生二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、碳氫化合物、碳煙及鉛化物等氣體，其中這些氣體中，有一部分是對人體有害的；還有一些會對空氣造成污染，如：“霧霾”、“PM2.5”、“光化學污染”等現象[3]。目前，汽車數量還在不斷增加，勢必會造成更加嚴重的環境污染，與此同時，對于全球的化石能源的需求，也是一種挑戰。因此，有必要對汽車的能耗和性能作調整，較少汽油的消耗，有助于減少環境污染和能源的需求。

1 電子節氣門的結構及工作原理

電子節氣門體主要由驅動電機、減速齒輪、節氣門閥片、節氣門位置傳感器等部分組成[4]。其控制部分主要由油門踏板和電子節氣門（ECU）組成，電子節氣門的控制主要分為兩個過程，第一，根據整車工況確定一個初始的節氣門度；第二，再通過相應的控制策略改變節氣門閥片，以適應汽車的需要?？梢粤信e駕駛汽車的情況進行分析，當駕駛員腳踩油門踏板時，油門踏板位置傳感器可以實時的采集油門踏板位置信號，并將其傳給ECU，如果在行車過程中，遇到路況不平，突然剎車、空調啟動以及加減速的變化，都會使ECU接收油門踏板位置信號發生改變，這樣得到應有的節氣門目標開度，其信號不斷的反饋，直到符合車輛行駛時應有的節氣門的開度。

節氣門作為電子燃油噴射系統的重要組成部件，其結構和功能有著舉足輕重的作用，在早期電子燃油噴射系統中，大多數是通過機械結構的節氣門來控制發動機進氣量。傳統機械節氣門控制系統結構示意圖如圖1所示。

從圖中，可以看出該機械節氣門閥片的軸和油門踏板之間是通過鋼絲繩和杠桿來連接。也就是駕駛員通過用腳踩汽車的油門踏板時，鋼絲繩和杠桿一起帶動節氣門閥片軸按照一定方向旋轉，以此達到發動機進氣量的控制。該機械節氣門的結構簡單、可靠性高等優點，但由于采用機械結構控制，其節氣門的調節沒有智能化，不能根據整車的工況做出實時的調整，只能依靠駕駛員的主觀感受來調節節氣門的開度。特別是在汽車剛啟動、路況變得很差和負載突然增加，都無法及時的更改節氣門的開度，這樣會導致發動機的性能出現不足，燃油也得不到充分的燃燒，有害氣體的排放增加，污染空氣，近年來，隨著電子控制技術研究的不斷深入，汽車的機械節氣門逐漸地被電子節氣門取代，通過增加驅動電機和齒輪傳動等組件以此代替鋼絲繩和杠桿的結構。這樣使得節氣門開度在任何工況下都可以及時的進行調整，并可以根據不同工況匹配最佳空燃比，進而更加精確地控制發動機進氣量。

2 電子節氣門控制技術分析

隨著環境污染和能源短缺問題越來越嚴重，引起了許多專家和學者的重視，對于汽車汽油機這塊，開始采用電子節氣門技術，其技術也開始應用在發動機方面，對于汽油機的改進主要是從燃油供給系統和進氣系統。因此對于電子節氣門的控制顯得越來越重要，主要從硬件和軟件兩個方面來進行控制，其電子節氣門控制系統結構圖如圖2所示。

其中，主控芯片選擇是極其重要的，作為電子節氣門控制的核心，需要實時完成油門踏板位置及節氣門位置等信號的采集、處理和控制量的計算及串口通信等功能。在整個控制過程中，都要涉及信號的處理信號處理電路是控制系統硬件的重要組成部分，其主要作用是在單片機進行A/D采集前對傳感器信號進行跟隨和濾波，增強系統抗干擾能力。其信號處理電路圖如圖3所示。

電子節氣門閥片軸是受彈簧回位力矩的作用進行轉動的，如果驅動電機與節氣門閥片軸之間通過雙級減速齒輪的話，這樣可以達到降速增矩的作用，以此提高電子節氣門的控制過程的傳動效率，也降低了節氣門閥片軸的轉速，減小了轉動過程中的沖擊。一般情況下，會選取齒輪的總傳動系數為20作用，其過渡齒輪可以采用尼龍材料，從結構上減小轉動慣量，降低電子節氣門的成本和噪音。

3 結束語

通過對傳統機械汽油機電子節氣門的分析，存在極大的缺陷，尤其是環境污染和汽車的普及，都會給生活的質量和環境變得越來越糟糕，基于此，采用電子節氣門可以有效避免傳統汽油機節氣門的缺陷，以此提高汽油機的燃燒效率，減少能源的浪費和環境的污染，進一步為電子節氣門的優化提供一定的參考依據。

參考文獻

[1] 張虎，張勇，梁俊毅，等.基于模型的汽油機電子節氣門控制器設計[J].上海交通大學學報，2015，49（02）：245-249.

[2] 楊勇，黃福，張濟明.電子節氣門魯棒滑?？刂品抡嫜芯縖J].西南大學學報（自然科學版），2018，40（07）：159-166.

[3] 劉尚，童亮，路艷群，等.汽車電子節氣門角度傳感器的故障檢測與重構[J].儀表技術與傳感器，2017，（11）：97-103.

[4] 孫曉穎，王震，楊錦鵬，扈澤正，陳建.基于貝葉斯網絡的電子節氣門電磁敏感度評估[J].吉林大學學報（工學版），2018，48（01）：281-289.