刍议汽车发动机怠速控制技术

摘要：作为汽车发动机电子控制中最为重要的环节之一，怠速是汽车发动机空转时的一种状态，怠速控制是汽车发动机电子控制的一个重要部分，怠速控制的有效性对于增强汽车的性能、开乘舒适性、减少油气排放等有着重要的影响。由于汽车在交通密集道路中行驶会有很大一部分的燃油消耗在怠速中，此时的排放量占到总排放量的一大部分。因此，研究发动机怠速控制技术还能够为节能减排作出贡献。本文通过相关实验分析了汽车发动机怠速控制的特点，并设计出相应的控制策略，对于提高汽车发动机怠速控制性能有着很大的作用。

关键词：汽车发动机 怠速控制 设计

中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

汽车作为当前社会中人们重要的交通工具，跟人们的日常生产生活有着紧密的联系。随着城市人口密度的增加，城市道路中的车辆也更加密集。当汽车在交通拥挤的道路中行驶时，经常处于怠速的工况中，消耗的能量以及排放的废气量都较大。此时，对汽车发动机的怠速工况进行控制可以有效的提高汽车行驶过程中的经济性，实现节能减排。因此，研究汽车发动机的怠速控制技术具有重要的现实意义。

1 汽车发动机怠速概述

汽车发动机按照其实际运行的稳定性能够分为稳定工况以及过度工况。前者是指发动机的节气门开度、负荷以及转速都不发生变化状况下的稳定运行，包含不同大小的负荷工况以及发动机温度正常状态下的怠速工况等；后者则是指汽车发动机的各个参数在运行过程中不断的发生改变情况下的工况，其中有加减速工况、冷启动的工况等。而怠速工况指的是发动机不做功，其转速非常低且保持在稳定的状态。这样的工况是汽车发动机非常重要的运行工况之一。有两种因素会对汽车发动机的怠速性能产生影响：首先是对气缸中混合气流量的控制，其原因是气流量燃烧的速度、温度等参数会对发动机的能耗与排放产生极其重要的影响；此外，气缸中气体的点火时刻也是造成影响的因素之一，点火时刻的不同影响燃烧的状态、温度等，进而对汽车发动机的动力性产生影响。

2 汽车发动机怠速控制系统结构

2.1 汽车怠速控制系统的结构组成

（1）信号采集系统 信号采集系统主要用于收集汽油机在发动机运行过程中的状态和信息，并将采集到的信息参数传送至控制单元。信号采集系统的组成包括：信号处理电路、空气流量传感器、发动机转速传感器、节气门传感器以及冷却水水温传感器。（2）控制单元 在本文的研究中由80C196KC的单片机以及扩展系统构成控制单元，其工作主要是对信号采集系统传送来的信息进行处理和运算，通过数据结果判断汽油机的运行是否稳定。同时，还承担下达指令对执行机构进行驱动的任务。（3）执行机构 一般来说，执行机构由怠速直流电机构成，本研究中使用的执行机构是全电控节气门。

2.2 汽车怠速控制系统的硬件组成

直流电机使用脉宽作为控制信号对电子节气门工作中的开度进行调节和控制，而电子节气门的控制系统采用的是闭环形式，在系统的加速踏板模块中输入指定的目标开度，由节气门位置传感器对节气门的实际开度进行反馈。本研究中使用的直流电机主芯片为Intel公司生产的80C196KC单片机，并对芯片的外存储器以及相应的端口进行扩展，加强单片机通信电路的通信功能。

控制系统的硬件结构为：电子节气门位置传感器实现节气门位置的信号反馈、加速踏板位置传感器则完成加速踏板控制信号的输入工作；16位机80C196KC中的A/D转换器实现对模拟信号的转换工作，将输入的信号转换为数字信号；然后通过系统中的控制算法对理论的控制量进行计算，利用高速输出口等端口实施控制信号的输出，直接控制直流电机的驱动器；最后由直流电机驱动器输出驱动信号对直流电机的运行过程进行控制，进而实现对节气门开度的调节。

3 汽车发动机怠速控制系统以及软件设计

汽车发动机怠速控制系统以及软件设计相对较为复杂，以汽车发动机在运行过程中的不断循环作为系统的主程序，主程序自动将汽车发动机的运转分为不同类型的工况，根据工况的不同有针对性的实施编程。在这个过程中，系统对工况的分类越合理、划分越细致那么对发动机运行的判断就越合理，对其产生的控制效果就越好。针对不同类型的汽车发动机工况应该采取怎样的控制方式也是对控制结果产生影响的重要方面。在本研究中，汽车发动机作为典型的运行工况主要有：起动模式，包含起动以及起动托转的运行模式、怠速闭环模式、暖机模式、以加减速等为表现的瞬态工况模式、全节气门工况模式以及空燃比闭环模式。

首先对汽车发动机的运行工况进行准确的分类和判断，在判断之后，依照不同的工况处理程序，基于程序采集的汽车发动机运行参数选择正确的算法对喷油脉宽、怠速运行中的进气量以及点火提前角等参数进行运算，根据所得的结果对汽车发动机的运转进行控制和调节。

最后是汽车发动机怠速控制软件的设计，根据总体的运行状况分为初始化部分以及工作循环部分。具体的工作流程为：初始化部分对汽车法定及怠速控制中的变量与常量进行初始化；然后由定时器将初始化中断；通过高速输出口输出PWM、串行端口的收发数据初始化。工作循环部分的流程为收集汽车发动机的信号；对传感器的故障进行判断；计算踏板的角度以及电子节气门的开度；最后对串行的通信以及控制量实施计算。

4 试验的结果

根据试验数据，汽车发动机的实际转速跟目标转速呈现出非常小的差异，两者的数据非常接近，并且随着冷却水水温发生变化，实际转速和目标转速的变化趋势也基本相同。当冷却水的水温为80℃时，两者都维持在约750r/min的稳定怠速转速中，由此能够表示本研究中汽车发动机的怠速控制系统能够有效的对发动机的怠速工况进行控制。

5结语

通过对80C196KC单片机核心的汽车发动机怠速控制系统的设计，以电子式连接取代传统脚踏板和节气门之间的机械式连接，并将发动机怠速控制、车速控制等功能集合。通过实施相关的策略，能够简化汽车的结构组成、更为精确的对发动机实施控制，汽车的响应速度也变快。实现了汽车发动机运行过程中的经济性和节能减排的目标。

参考文献

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