發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制研究的意義現(xiàn)狀及應(yīng)用

1、發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制研究的意義現(xiàn)狀及應(yīng)用1發(fā)動(dòng)機(jī)怠速概述12研究怠速控制的意義23發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制的現(xiàn)狀33.1 怠速控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)31）節(jié)氣門直動(dòng)式32）旁通空氣式43.2 怠速控制模式41）啟動(dòng)控制42）暖機(jī)控制43）正常怠速控制44）其他怠速控制方式54怠速控制實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用情況51發(fā)動(dòng)機(jī)怠速概述發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況是指發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，節(jié)氣門開度最小，汽車處于空擋，發(fā)動(dòng)機(jī)只帶附件而維持最低轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定工況。怠速性能的好壞是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)越與否的重要指標(biāo)，怠速性能差將導(dǎo)致耗油量增加，排污嚴(yán)重?，F(xiàn)在轎車中一般都設(shè)有怠速控制系統(tǒng)，由接收控制單元（ECU）控制并維持發(fā)動(dòng)機(jī)怠速在某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。因此，怠速控制通常

2、是指怠速轉(zhuǎn)速控制，其實(shí)質(zhì)就是對(duì)怠速工況時(shí)的進(jìn)氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)（同時(shí)配合噴油量級(jí)點(diǎn)火提前角的控制）0目前，除了怠速轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性控制之外，怠速控制還可以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)控制、暖機(jī)控制以及負(fù)荷變化控制等功能，這樣多種功能的集中，不僅簡化了機(jī)構(gòu)，而且也提高了怠速控制的精確性。怠速工況是發(fā)動(dòng)機(jī)在對(duì)外不做功的情況下，以最低穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行的狀態(tài)。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系完全脫離，其目的就是維持發(fā)動(dòng)機(jī)的在較低的轉(zhuǎn)速下連續(xù)，平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)和提供其他各輔助裝置的工作動(dòng)力，比如空調(diào)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置等突然開啟或關(guān)閉時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行在某一速度范圍。怠速工況是發(fā)動(dòng)機(jī)工作的重要工況之一。2研究怠速控制的意義汽車是當(dāng)今社會(huì)生活中一種不可缺少的

3、交通運(yùn)輸工具，人們對(duì)它的依賴性越來越強(qiáng)，汽車產(chǎn)業(yè)間的競爭也越來越激烈。為了滿足日益增高的消費(fèi)需求，汽車研究、設(shè)計(jì)和制造者們付出了無數(shù)的心血和智慧，使汽車商們紛紛推出了各式各樣的新車型。汽車尾氣排放中的未燃燒充分產(chǎn)生的HC、氮氧化合物NO及在大氣中通過光化學(xué)煙霧反應(yīng)所生成的臭氧、過氧猷基硝酸鹽等對(duì)人體會(huì)造成極大危害，已成為威脅人類健康的“無形殺手”，控制汽車排放己成為世界各國環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要任務(wù)。我國汽車排放有兩大特征：單車排放量大，排放物中的有害物質(zhì)比例高。中國轎車與美國1992年產(chǎn)的轎車相比CO和CH的排放量分別高出14.6倍和11.8倍，污染密度高出約3-10倍。近年來我國道路機(jī)動(dòng)車輛平

4、均年增長率達(dá)15%,而且有持續(xù)增長的態(tài)勢，這必將造成越來越嚴(yán)重的尾氣污染。落后的發(fā)動(dòng)機(jī)控制設(shè)備是罪魁禍?zhǔn)?。怠速控制的低效性更是造成如此?yán)重污染的主要原因。由于怠速工況具有的特殊的性質(zhì)，即只是維持發(fā)動(dòng)機(jī)自身的運(yùn)轉(zhuǎn)和輔助裝置的能量提供，因此，為了盡量的的降低燃油消耗，要求盡量降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。在一個(gè)基于燃油經(jīng)濟(jì)性的常量容積實(shí)驗(yàn)中測得，在怠速工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速每降低100rpm,相當(dāng)于每加侖油多走一英里。但是，如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在最低狀態(tài)下運(yùn)行，即燃油消耗較低，發(fā)動(dòng)機(jī)有最佳的工作效率（燃料利J用率）0此時(shí)會(huì)有另外一個(gè)問題：一個(gè)很小的扭矩干擾就可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的很大的偏離甚至熄火，并且會(huì)造成車輛振動(dòng)噪聲影

5、響乘坐舒適性。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在最低狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)的儲(chǔ)能太少導(dǎo)致的。所以通常為了使控制器有較好的抗干擾能力，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)常常工作在偏高于最低轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運(yùn)行。因此，如何標(biāo)定發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)怠速轉(zhuǎn)速（控制器參考怠速轉(zhuǎn)速）是一個(gè)非常關(guān)鍵的技術(shù)。但是目前為止幾乎看不到相關(guān)標(biāo)定技術(shù)的出版物。如何對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速進(jìn)行控制，以達(dá)到這樣一個(gè)平衡，也就是一方面盡量使發(fā)動(dòng)機(jī)有較強(qiáng)的抗干擾能力，運(yùn)行比較穩(wěn)定；另一方面，盡可能有較低的燃油消耗。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)還需要解決的一個(gè)問題是發(fā)動(dòng)機(jī)從其它工況過渡到怠速或者從怠速過渡到其它工況時(shí)的平穩(wěn)性和噪聲，振動(dòng)和抖動(dòng)。因?yàn)槠嚨倪\(yùn)行工況十分復(fù)雜，且變化頻繁，若在交通擁擠、車輛眾多的城市中行

6、駛時(shí)，汽車經(jīng)常處于怠速工況，約有相當(dāng)部分的燃油消耗于此。因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速加以有效控制，對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)有很大的影響。在發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力完全不用于驅(qū)動(dòng)汽車的場合，怠速的任務(wù)只是使發(fā)動(dòng)機(jī)不熄火，而不是對(duì)外做功。怠速消耗的燃油完全用于克服摩擦力，為了減少摩擦功以節(jié)省燃油，怠速轉(zhuǎn)速越低越好。但若怠速轉(zhuǎn)速越低，廢氣的稀釋作用越明顯，必須供給較濃的混合氣，其結(jié)果則是燃燒不完全，HC和CO有害排放物增加。這也是怠速控制的一個(gè)重要意義，即排放平衡。綜上所述，對(duì)怠速進(jìn)行有效的控制對(duì)于提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，提高汽車的乘坐舒適性和降低排放，有很大的意義。3發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制的現(xiàn)狀汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制的發(fā)展與電子技術(shù)的發(fā)

7、展是分不開的。在安全，環(huán)保和節(jié)約能源問題的不斷催促下，汽車電子控制技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)控制中的應(yīng)用是必然的趨勢。電子控制技術(shù)克服了傳統(tǒng)機(jī)械裝置的先天不足，在燃油噴射控制，點(diǎn)火控制,節(jié)氣閥控制，錯(cuò)誤！未找到引用源。（空燃比）控制，爆燃控制和怠速控制等控制中得到了很好的應(yīng)用，有效地提高了燃料的燃燒效率，改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。正是微計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，才擺脫了經(jīng)典控制理論的約束，使得現(xiàn)代控制理論中的最優(yōu)控制，魯棒控制，模糊控制和其他控制算法以及智能控制理論得以在發(fā)動(dòng)機(jī)控制中應(yīng)用。采用電子控制燃油噴射系統(tǒng)后，由于微型計(jì)算機(jī)的使用，使得對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過程中不同條件下的怠速控制成為現(xiàn)實(shí)。由ECU控制的各種怠速控制

8、機(jī)構(gòu)被廣泛的應(yīng)用在電噴系統(tǒng)中。3.1 怠速控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)就目前使用的怠速控制機(jī)構(gòu)來說一般分為兩大類：一類是直接通過對(duì)節(jié)氣門最小開度的調(diào)整來控制怠速轉(zhuǎn)速的，稱為節(jié)氣門直動(dòng)控制式。另一類是通過控制空氣旁通道截流面積的大小來實(shí)現(xiàn)的，稱為旁通空氣控制式。1）節(jié)氣門直動(dòng)式節(jié)氣門直動(dòng)式怠速控制裝置是通過控制節(jié)氣門開啟程度，調(diào)節(jié)空氣流通的面積，達(dá)到控制進(jìn)氣量、實(shí)現(xiàn)怠速控制的（見圖1）,目前常用在單點(diǎn)噴射系統(tǒng)中。由圖可見，怠速執(zhí)行機(jī)構(gòu)由直節(jié)氣門直動(dòng)式怠速控制裝置是通過控制節(jié)氣門開啟程度，調(diào)節(jié)空氣流通面積，達(dá)到控制進(jìn)流電機(jī)、減速齒輪、絲桿等組成。怠速執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)軸與節(jié)氣門操縱臂是全閉限制器相接觸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU

9、控制直流電動(dòng)機(jī)通電時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，通過減速齒輪，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩被增大。然后又通過絲桿變角位移為傳動(dòng)軸的直線運(yùn)動(dòng)，通過傳動(dòng)軸的旋入與旋出，調(diào)節(jié)節(jié)氣門全閉限制位置，達(dá)到調(diào)節(jié)節(jié)氣門處空氣通道面積，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)怠速轉(zhuǎn)速的控制。圖1節(jié)氣門直動(dòng)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)1-節(jié)氣門操縱臂；2-執(zhí)行機(jī)構(gòu)；3-節(jié)氣門體；4-噴油器；5-壓力調(diào)節(jié)器；6-節(jié)氣門；7-防轉(zhuǎn)動(dòng)六角孔；8-彈簧；9-直流電動(dòng)機(jī)；10-減速齒輪1;11-減速齒輪2;12-傳動(dòng)軸；13-減速齒輪3;14-進(jìn)29絲桿這種節(jié)氣門直動(dòng)式怠速控制機(jī)構(gòu)，具有較強(qiáng)的工作能力，控制位置穩(wěn)定性好。但由于節(jié)氣門直動(dòng)式工作時(shí)，為了克服節(jié)氣門關(guān)閉方向回位彈簧的作用力，使用了減

10、速機(jī)構(gòu)，使移位速度下降，造成響應(yīng)性不太好，同時(shí)怠速執(zhí)行機(jī)構(gòu)的外形尺寸較大，目前使用較少。2）旁通空氣式在多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)中多采用控制旁通空氣通道的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，旁通空氣式主要有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式、占空比控制型、旋轉(zhuǎn)電磁閥式和開關(guān)控制型。3.2 怠速控制模式1）啟動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，由于節(jié)氣門關(guān)閉，空氣進(jìn)入量小，為了容易啟動(dòng)，通常把旁通空氣閥開到最大。但發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，如果閥的開度仍保持最大，轉(zhuǎn)速會(huì)升的很高。所以采用ECU控制時(shí)，檢測冷卻液溫度與轉(zhuǎn)速信號(hào)，一旦冷卻液溫度超過一定值或者轉(zhuǎn)速過高，ECU則以一定的轉(zhuǎn)速減小閥的開度。2）暖機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，首先檢測冷卻液的溫度。當(dāng)冷卻液溫度過低時(shí)，執(zhí)行暖機(jī)控制

11、。使怠速空氣閥開啟量增加，是怠速轉(zhuǎn)速提高，使暖機(jī)迅速，并隨著冷卻液溫度的上升，怠速孔啟發(fā)開度逐漸變小。3）正常怠速控制在發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)后，多采用閉環(huán)控制，以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速作為反饋量，根據(jù)轉(zhuǎn)速的增減來相應(yīng)地改變怠速控制閥的開度。4）其他怠速控制方式在電控發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車上，空檔開關(guān)及空調(diào)開關(guān)多與ECU相連，由于他們的開關(guān)能使發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變化，所以，應(yīng)根據(jù)它們的開關(guān)，相應(yīng)地增減怠速閥的空氣控制量。4怠速控制實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用情況發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制的一個(gè)重要的內(nèi)容，怠速性能的好壞不僅直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，而且對(duì)汽車的駕駛性能有著極為重要的影響。怠速控制技術(shù)的發(fā)展與發(fā)動(dòng)機(jī)控制方式是密不可分的。傳統(tǒng)化油器

12、式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工作時(shí)，節(jié)氣門位置處于關(guān)閉狀態(tài)，怠速工作的空氣量是通過節(jié)氣門縫隙及空氣旁通道進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的。怠速的調(diào)整只能是在停車狀態(tài)下，由維修人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整。而在實(shí)際使用中，運(yùn)行條件的變化將使怠速轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離原來的值。20世紀(jì)60年代后由于環(huán)保和節(jié)能需求，限制排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格。國外許多汽車廠商把主要的注意力放在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制上，以汽油噴射和電子點(diǎn)火為主要研究方向的研究成果不斷出現(xiàn)。1967年德國Bosch公司研制的D-型電子控制的汽油噴射系統(tǒng)是最先得以應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制中，該系統(tǒng)通過電子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空燃比的精確控制，同時(shí)，燃油噴射帶來的優(yōu)良霧化品質(zhì)，也是以前化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)無法比擬的。1979年Bosch公司研制出Motronic系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)點(diǎn)火控制和汽油噴射控制的一體化。從Bosch公司的汽油噴射系統(tǒng)中受到啟發(fā)，美國和日本的汽車制造商們也開始加緊研制各自的發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)，1980年，美國GM汽車公司研制出TBI系統(tǒng)。目前國外主要汽車廠商進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制的通常