汽车发动机怠速控制技术的研究

刘阳阳

摘 要：在城市汽车保有量日益增加的今天，城市交通问题也已经成为社会面临的主要问题，汽车在日常运行过程中，经常处于怠速状态，不仅增加了汽车燃油的消耗量，还排放出更多的有害气体，而怠速控制技术便是解决这一问题的有效手段。该文以发动机怠速与怠速控制技术为研究基点，分析对怠速控制技术进行研究的必要性，论述怠速控制技术对发动机产生的影响，最后提出发动机怠速的系统控制。

关键词：发动机 汽车 怠速控制 节能 减排

中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）09（c）-0032-02

随着人们生活水平的不断提高，汽车也日益成为人们日常生活中主要的代步工具，而发动机作为汽车的“心脏”，其性能的高低会对汽车的整体性能产生影响。在当前的汽车设计中，为了生产出更加经济、舒适、环保的汽车，很多设计人员也都倾注了大量的心血，为了解决汽车发动机在怠速形式状态下能耗与废气的增加，怠速控制技术应运而生，在很大程度上对汽车尾气的排放进行了控制，并在此基础上降低了汽车处于怠速状态下的能耗。

1 发动机怠速与怠速控制技术

1.1 发动机怠速

一般情况下，汽车发动机在运行过程中的工况主要有两种，其一为稳定工况，其二为过渡工况。所谓怠速，指的是发动机稳定工况中的一种状态，在怠速状态下，发动机会保持在一定稳定的低转速状态下，为了降低发动机的负载，传统系统在怠速状态下与发动机之间是处于完全脱离状态的，这样能够确保发动机为空调、发电机等辅助装置提供能量[1]。在汽车日常运行的过程中，怠速状态是发动机的一种常态，但是，如果发动机怠速转速较高，就会增加汽车的耗油量，如果发动机怠速转速较低，就会使汽车尾气中排放出来的有害物质增加。所以，找到一种能够对发动机怠速进行有效控制的方法，是当前领域内部面临的重要课题。

1.2 怠速控制技术

怠速控制技术是当前比较先进的一种实践技术，在汽车运行过程中，该技术主要能够对汽车发动机的进气量进行控制，这是控制怠速转速的主要因素。汽车的发动机如果处于怠速状态下，那么发动机的节气门就会完全关闭，换句话说，在这种条件下，发动机的节气门无法对进入到发动机中的空气量进行有效控制。而怠速控制的运行关键是怠速执行调节器，该装置能够有效的调节发动机进气量，但在调节过程中，该装置需要配合喷油量与点火提前角等参数，从而实现对发动机燃料消耗情况的控制，稳定发动机在怠速状态下的转速。

一般情况下，汽车的车型会在很大程度上影响到怠速过程中对充气量的控制策略。当前的控制策略主要分为直动式与旁通式两种，前者能够实现对发动机气门位置的直接控制，后者主要是以旁通空气到为基础，实现对发动机空气量的控制的。

2 研究怠速控制技术的必要性

由上文可知，汽车在运行过程中会排出尾气，随着汽车保有量的不断增加，汽车尾气也在一定程度上对大气产生了污染，同时，汽车尾气中含有一些化学物质，如氮氧化物等，这些物质会与大气中的臭氧与硝基酸盐产生反应，其所生成的物质还会危害人体健康。而发动机作为汽车构造系统中最重要的装置之一，其中的控制部件能够在很大程度上对发动机其他燃烧比率进行控制，发动机的怠速状态正是产生尾气中有害物质的主要原因。

大城市中的交通状态比较复杂，经常会发生道路拥堵状况，在这种情况下，汽车的发动机便会处于怠速状态下，这种状态会耗费大量燃油，所以，对发动机怠速进行有效控制，是非常有必要的，只有这样，才能够提升发动机的工作效率。通常来讲，发动机处于怠速状态下的任务便是确保不熄火，而并非要对外做功，所以，在怠速状态下，发动机之所以会产生燃油消耗，主要是因为要克服摩擦力。但是，如果这个过程中的转速过低，燃油在燃烧过程中不充分，就会使发动机排出的废气增加，从而对大气产生污染。因此，对怠速控制技术进行研究的意义有两方面，其一，便是提升燃油消耗率，降低燃油投入成本；其二，便是控制汽车尾气中有害物质的排放，减少大气污染。总结起来，便是要控制汽车的排放平衡[2]。

3 怠速控制技术对发动机的影响

在汽车运行过程中，发动机想要实现输出负荷，其转速的控制需要通过驾驶员控制加速踏板的方式来实现，该操作可以调整节气门的位置，从而改变发动机在运行过程中的进气量。但如果发动机处于怠速状态下，汽车驾驶员就无法通过对加速踏板的控制来改变发动机进气量，所以，在发动机上设置怠速控制器，是非常有必要的，能够帮助驾驶员在发动机处于怠速状态下时有效的对进气量进行控制。

在汽车发动机装置中设置怠速控制系统的作用主要表现在以下两个方面：其一，运用怠速控制技术，可以保证汽车发动机在处于怠速状态下的稳定性，不仅能够降低燃油消耗，还可以减少尾气中有害物质的排放；其二，汽车发动机在处于怠速运行状态下时，虽然不会对外部设备做功，但仍然需要供应一些辅助装置，如动力转向设备、空调设备等，这些设备的运行会在一定程度上增加汽车怠速运行负荷，导致发动机在运行过程中熄火，而使用怠速控制技术，则能够减少汽车抛锚情况的发生[3]。

在对怠速控制技术进行实际应用时，由于汽车型号多种多样，因此，不同型号的汽车在应用的效果与内容方面，可能会存在一些差异，但原理是相同的。所以，怠速控制系统可以通过计算机进行控制，并根据实际的运行情况进行有针对性的调整，从根本上讲，怠速控制技术实际上就是运用一定的方法，对汽车怠速运行状态下发动机的进气量进行有效控制。

4 发动机怠速的系统控制

传感器是汽车运行过程中行驶速度的主要测定装置，主要装置在节气门位置，用于提示怠速的开始信号与关闭信号，其也是对怠速状态进行判定的主要依据。如果汽车发动机处于怠速状态，那么节气门的状态应该是关闭的，这个时候，传感器也同样处在闭合状态下。在怠速控制系统中，冷却液的温度是调整转速的主要依据，在ECU中，会储存在水温不同的条件下，对怠速转速最佳的调整模式，温度越高，发动机的怠速转速便越低[4]。开环与闭环是当前对发动机怠速进行有效控制的两种主要方式，空气流量与两者都有很大关系，冷却水温与怠速转速之间也存在一定关系。

5 结语

综上所述，当今城市中汽车的使用越来越普遍，发动机作为汽车的“心脏”，对其进行有效控制是非常有必要的，在汽车发动机中运用怠速控制技术，不仅能够减少燃油消耗，还能够降低尾气中有害物质的含量，达到节能减排、经济舒适的目的，具有很大的现实意义。

参考文献

[1] 王耀南，申永鹏，孟步敏，等.车用汽油发动机电子控制系统研究现状与展望[J].控制理论与应用，2015（4）：432-447.

[2] 秦大同，尚阳，杨官龙.插电式混合动力汽车纯电动行进间启动发动机的平顺性控制[J].重庆大学学报，2015（4）：1-9.

[3] 孙晓娜，郑轶，王道静，等.基于PID算法的车用天然气发动机怠速闭环控制研究[J].车用发动机，2010（2）：81-84，88.

[4] 陈绍刚，李孟良，徐达，等.基于PEMS的混合动力客车发动机启动/停止对排放影响的研究[J].汽车工程，2010（3）：198—202.