基于汽油機(jī)電子節(jié)氣門(mén)控制的分析研究

王嬋

摘 要 隨著我國(guó)汽車的普及，對(duì)于汽車燃油的要求不斷提升，針對(duì)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(biāo)準(zhǔn)。本文根據(jù)汽車的研究現(xiàn)狀分析，從汽油機(jī)的電子節(jié)氣門(mén)入手，有效的對(duì)其進(jìn)行控制，以此達(dá)到節(jié)約燃油的功能，這對(duì)今后汽油機(jī)的優(yōu)化和改進(jìn)提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 汽油機(jī)；電子節(jié)氣門(mén)；控制；分析

前言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，汽車作為基本的交通工具，提高著人們的日常生活質(zhì)量，使得用戶對(duì)汽車的需求與日俱增[1-2]。然而汽車產(chǎn)業(yè)的過(guò)度發(fā)展，使得汽車帶來(lái)了環(huán)境污染以及化石燃料的缺乏，由于汽油機(jī)在工作過(guò)程中，需要消耗汽油，此時(shí)汽車的尾氣就會(huì)產(chǎn)生二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、碳?xì)浠衔?、碳煙及鉛化物等氣體，其中這些氣體中，有一部分是對(duì)人體有害的；還有一些會(huì)對(duì)空氣造成污染，如：“霧霾”、“PM2.5”、“光化學(xué)污染”等現(xiàn)象[3]。目前，汽車數(shù)量還在不斷增加，勢(shì)必會(huì)造成更加嚴(yán)重的環(huán)境污染，與此同時(shí)，對(duì)于全球的化石能源的需求，也是一種挑戰(zhàn)。因此，有必要對(duì)汽車的能耗和性能作調(diào)整，較少汽油的消耗，有助于減少環(huán)境污染和能源的需求。

1 電子節(jié)氣門(mén)的結(jié)構(gòu)及工作原理

電子節(jié)氣門(mén)體主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速齒輪、節(jié)氣門(mén)閥片、節(jié)氣門(mén)位置傳感器等部分組成[4]。其控制部分主要由油門(mén)踏板和電子節(jié)氣門(mén)（ECU）組成，電子節(jié)氣門(mén)的控制主要分為兩個(gè)過(guò)程，第一，根據(jù)整車工況確定一個(gè)初始的節(jié)氣門(mén)度；第二，再通過(guò)相應(yīng)的控制策略改變節(jié)氣門(mén)閥片，以適應(yīng)汽車的需要?？梢粤信e駕駛汽車的情況進(jìn)行分析，當(dāng)駕駛員腳踩油門(mén)踏板時(shí)，油門(mén)踏板位置傳感器可以實(shí)時(shí)的采集油門(mén)踏板位置信號(hào)，并將其傳給ECU，如果在行車過(guò)程中，遇到路況不平，突然剎車、空調(diào)啟動(dòng)以及加減速的變化，都會(huì)使ECU接收油門(mén)踏板位置信號(hào)發(fā)生改變，這樣得到應(yīng)有的節(jié)氣門(mén)目標(biāo)開(kāi)度，其信號(hào)不斷的反饋，直到符合車輛行駛時(shí)應(yīng)有的節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度。

節(jié)氣門(mén)作為電子燃油噴射系統(tǒng)的重要組成部件，其結(jié)構(gòu)和功能有著舉足輕重的作用，在早期電子燃油噴射系統(tǒng)中，大多數(shù)是通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)的節(jié)氣門(mén)來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量。傳統(tǒng)機(jī)械節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

從圖中，可以看出該機(jī)械節(jié)氣門(mén)閥片的軸和油門(mén)踏板之間是通過(guò)鋼絲繩和杠桿來(lái)連接。也就是駕駛員通過(guò)用腳踩汽車的油門(mén)踏板時(shí)，鋼絲繩和杠桿一起帶動(dòng)節(jié)氣門(mén)閥片軸按照一定方向旋轉(zhuǎn)，以此達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的控制。該機(jī)械節(jié)氣門(mén)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但由于采用機(jī)械結(jié)構(gòu)控制，其節(jié)氣門(mén)的調(diào)節(jié)沒(méi)有智能化，不能根據(jù)整車的工況做出實(shí)時(shí)的調(diào)整，只能依靠駕駛員的主觀感受來(lái)調(diào)節(jié)節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度。特別是在汽車剛啟動(dòng)、路況變得很差和負(fù)載突然增加，都無(wú)法及時(shí)的更改節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度，這樣會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的性能出現(xiàn)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(lái)，隨著電子控制技術(shù)研究的不斷深入，汽車的機(jī)械節(jié)氣門(mén)逐漸地被電子節(jié)氣門(mén)取代，通過(guò)增加驅(qū)動(dòng)電機(jī)和齒輪傳動(dòng)等組件以此代替鋼絲繩和杠桿的結(jié)構(gòu)。這樣使得節(jié)氣門(mén)開(kāi)度在任何工況下都可以及時(shí)的進(jìn)行調(diào)整，并可以根據(jù)不同工況匹配最佳空燃比，進(jìn)而更加精確地控制發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量。

2 電子節(jié)氣門(mén)控制技術(shù)分析

隨著環(huán)境污染和能源短缺問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，引起了許多專家和學(xué)者的重視，對(duì)于汽車汽油機(jī)這塊，開(kāi)始采用電子節(jié)氣門(mén)技術(shù)，其技術(shù)也開(kāi)始應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)方面，對(duì)于汽油機(jī)的改進(jìn)主要是從燃油供給系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)。因此對(duì)于電子節(jié)氣門(mén)的控制顯得越來(lái)越重要，主要從硬件和軟件兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行控制，其電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jié)氣門(mén)控制的核心，需要實(shí)時(shí)完成油門(mén)踏板位置及節(jié)氣門(mén)位置等信號(hào)的采集、處理和控制量的計(jì)算及串口通信等功能。在整個(gè)控制過(guò)程中，都要涉及信號(hào)的處理信號(hào)處理電路是控制系統(tǒng)硬件的重要組成部分，其主要作用是在單片機(jī)進(jìn)行A/D采集前對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行跟隨和濾波，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力。其信號(hào)處理電路圖如圖3所示。

電子節(jié)氣門(mén)閥片軸是受彈簧回位力矩的作用進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的，如果驅(qū)動(dòng)電機(jī)與節(jié)氣門(mén)閥片軸之間通過(guò)雙級(jí)減速齒輪的話，這樣可以達(dá)到降速增矩的作用，以此提高電子節(jié)氣門(mén)的控制過(guò)程的傳動(dòng)效率，也降低了節(jié)氣門(mén)閥片軸的轉(zhuǎn)速，減小了轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的沖擊。一般情況下，會(huì)選取齒輪的總傳動(dòng)系數(shù)為20作用，其過(guò)渡齒輪可以采用尼龍材料，從結(jié)構(gòu)上減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，降低電子節(jié)氣門(mén)的成本和噪音。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械汽油機(jī)電子節(jié)氣門(mén)的分析，存在極大的缺陷，尤其是環(huán)境污染和汽車的普及，都會(huì)給生活的質(zhì)量和環(huán)境變得越來(lái)越糟糕，基于此，采用電子節(jié)氣門(mén)可以有效避免傳統(tǒng)汽油機(jī)節(jié)氣門(mén)的缺陷，以此提高汽油機(jī)的燃燒效率，減少能源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染，進(jìn)一步為電子節(jié)氣門(mén)的優(yōu)化提供一定的參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張虎，張勇，梁俊毅，等.基于模型的汽油機(jī)電子節(jié)氣門(mén)控制器設(shè)計(jì)[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，49（02）：245-249.

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