基于汽油机电子节气门控制的分析研究

摘 要 随着我国汽车的普及，对于汽车燃油的要求不断提升，针对不影响汽车正常的行驶功能的前提下，如何降低汽车的油耗量成为许多用户的基本标准。本文根据汽车的研究现状分析，从汽油机的电子节气门入手，有效的对其进行控制，以此达到节约燃油的功能，这对今后汽油机的优化和改进提供了参考依据。

关键词 汽油机；电子节气门；控制；分析

前言

随着汽车产业的快速发展，汽车作为基本的交通工具，提高着人们的日常生活质量，使得用户对汽车的需求与日俱增[1-2]。然而汽车产业的过度发展，使得汽车带来了环境污染以及化石燃料的缺乏，由于汽油机在工作过程中，需要消耗汽油，此时汽车的尾气就会产生二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、碳氢化合物、碳烟及铅化物等气体，其中这些气体中，有一部分是对人体有害的；还有一些会对空气造成污染，如：“雾霾”、“PM2.5”、“光化学污染”等现象[3]。目前，汽车数量还在不断增加，势必会造成更加严重的环境污染，与此同时，对于全球的化石能源的需求，也是一种挑战。因此，有必要对汽车的能耗和性能作调整，较少汽油的消耗，有助于减少环境污染和能源的需求。

1 电子节气门的结构及工作原理

电子节气门体主要由驱动电机、减速齿轮、节气门阀片、节气门位置传感器等部分组成[4]。其控制部分主要由油门踏板和电子节气门（ECU）组成，电子节气门的控制主要分为两个过程，第一，根据整车工况确定一个初始的节气门度；第二，再通过相应的控制策略改变节气门阀片，以适应汽车的需要。可以列举驾驶汽车的情况进行分析，当驾驶员脚踩油门踏板时，油门踏板位置传感器可以实时的采集油门踏板位置信号，并将其传给ECU，如果在行车过程中，遇到路况不平，突然刹车、空调启动以及加减速的变化，都会使ECU接收油门踏板位置信号发生改变，这样得到应有的节气门目标开度，其信号不断的反饋，直到符合车辆行驶时应有的节气门的开度。

节气门作为电子燃油喷射系统的重要组成部件，其结构和功能有着举足轻重的作用，在早期电子燃油喷射系统中，大多数是通过机械结构的节气门来控制发动机进气量。传统机械节气门控制系统结构示意图如图1所示。

从图中，可以看出该机械节气门阀片的轴和油门踏板之间是通过钢丝绳和杠杆来连接。也就是驾驶员通过用脚踩汽车的油门踏板时，钢丝绳和杠杆一起带动节气门阀片轴按照一定方向旋转，以此达到发动机进气量的控制。该机械节气门的结构简单、可靠性高等优点，但由于采用机械结构控制，其节气门的调节没有智能化，不能根据整车的工况做出实时的调整，只能依靠驾驶员的主观感受来调节节气门的开度。特别是在汽车刚启动、路况变得很差和负载突然增加，都无法及时的更改节气门的开度，这样会导致发动机的性能出现不足，燃油也得不到充分的燃烧，有害气体的排放增加，污染空气，近年来，随着电子控制技术研究的不断深入，汽车的机械节气门逐渐地被电子节气门取代，通过增加驱动电机和齿轮传动等组件以此代替钢丝绳和杠杆的结构。这样使得节气门开度在任何工况下都可以及时的进行调整，并可以根据不同工况匹配最佳空燃比，进而更加精确地控制发动机进气量。

2 电子节气门控制技术分析

随着环境污染和能源短缺问题越来越严重，引起了许多专家和学者的重视，对于汽车汽油机这块，开始采用电子节气门技术，其技术也开始应用在发动机方面，对于汽油机的改进主要是从燃油供给系统和进气系统。因此对于电子节气门的控制显得越来越重要，主要从硬件和软件两个方面来进行控制，其电子节气门控制系统结构图如图2所示。

其中，主控芯片选择是极其重要的，作为电子节气门控制的核心，需要实时完成油门踏板位置及节气门位置等信号的采集、处理和控制量的计算及串口通信等功能。在整个控制过程中，都要涉及信号的处理信号处理电路是控制系统硬件的重要组成部分，其主要作用是在单片机进行A/D采集前对传感器信号进行跟随和滤波，增强系统抗干扰能力。其信号处理电路图如图3所示。

电子节气门阀片轴是受弹簧回位力矩的作用进行转动的，如果驱动电机与节气门阀片轴之间通过双级减速齿轮的话，这样可以达到降速增矩的作用，以此提高电子节气门的控制过程的传动效率，也降低了节气门阀片轴的转速，减小了转动过程中的冲击。一般情况下，会选取齿轮的总传动系数为20作用，其过渡齿轮可以采用尼龙材料，从结构上减小转动惯量，降低电子节气门的成本和噪音。

3 结束语

通过对传统机械汽油机电子节气门的分析，存在极大的缺陷，尤其是环境污染和汽车的普及，都会给生活的质量和环境变得越来越糟糕，基于此，采用电子节气门可以有效避免传统汽油机节气门的缺陷，以此提高汽油机的燃烧效率，减少能源的浪费和环境的污染，进一步为电子节气门的优化提供一定的参考依据。

参考文献

[1] 张虎，张勇，梁俊毅，等.基于模型的汽油机电子节气门控制器设计[J].上海交通大学学报，2015，49（02）：245-249.

[2] 杨勇，黄福，张济明.电子节气门鲁棒滑模控制仿真研究[J].西南大学学报（自然科学版），2018，40（07）：159-166.

[3] 刘尚，童亮，路艳群，等.汽车电子节气门角度传感器的故障检测与重构[J].仪表技术与传感器，2017，（11）：97-103.

[4] 孙晓颖，王震，杨锦鹏，扈泽正，陈建.基于贝叶斯网络的电子节气门电磁敏感度评估[J].吉林大学学报（工学版），2018，48（01）：281-289.

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