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1、汽油机怠速控制介绍 一般情况下，汽油机怠速工况指的是发动机只维持空转，并不对外输出功率的运行工况 。此时汽油机的指示功率曲线Pi与它自身及所带附件消耗功率Pm曲线的交点就决定了怠 速转速3，如图 1-1 所示。怠速的概念在不同情况下具有不同的分类，以怠速转速为划 分标准可分为低怠速和高怠速，低怠速时发动机维持自身运转，高怠速时发动机通常还 要供给诸如车载空调之类负载的功率；以车辆运行工况的不同可以分为驻车（空档）怠 速和行车（驱动档）怠速；除此之外，还可以分为冷机怠速和热机怠速等。现代电控汽 油机的怠速控制系统，往往将节气门小于一定阈值范围作为判断是否进入怠速控制的主 要条件4。怠速控制系统的
2、功能是当汽油机进入怠速工况时，通过改变怠速进气量等途 径，使汽油机发出适当的指示功率，从而保持目标转速；除了考虑怠速工况控制之外， 怠速控制系统还必须保证发动机在怠速与非怠速工况间过渡时工作的平顺性4。图 1-1 怠速功率平衡示意怠速控制的最终目的是要达到良好的怠速稳定性、经济性、排放性及操纵性。一般情况 下，汽油机怠速控制的主要内容是通过转速信号反馈，调节怠速旁通空气量及点火时刻 从而控制怠速转速。怠速控制非常复杂，经典控制理论如PID控制，现代控制理论如最优 控制，智能控制理论如模糊控制以及神经网络控制等，都在汽油机怠速控制中得到了应 用。随着控制理论的发展，怠速控制方法也将不断向前发展。
3、汽油机怠速控制系统的基本要求随着技术的进步，汽油机怠速控制系统也越来越复杂，现代汽车对汽油发动机怠速控制 系统的基本要求主要体现在以下几个方面24：1）能够保持发动机怠速的稳定性怠速稳定性是评价汽油机怠速性能最重要的指标之一5。汽油机的特性决定了它的怠速 转速总会存在着不同程度的波动，怠速控制系统的任务就是使实际怠速转速与理论目标 转速之间的偏差足够小。一方面，转速偏差越小说明怠速稳定性能越好；另一方面，转 速的稳定性与当前转速大小有较大的相关关系。一般情况下，同一汽油机怠速转速越高 ，发动机怠速运转也越稳定。怠速工况往往要求较低的怠速转速，因此，怠速控制系统 所追求的目标是保持汽油机在低转怠
4、速运转时的稳定性能。2）能够快速补偿各种外加扰动的影响抗外界负荷干扰能力也是评价怠速性能的主要指标之一，在实际应用中，怠速工况下使 用的各种车载设备往往要消耗较多发动机输出功率，如轿车空调压缩机的功率消耗约为 13kW，对怠速工况下的发动机影响相当大。如果怠速控制系统调节不当，会引起加载空 调时怠速转速下降过多等问题，严重时会造成熄火；与此类似，调节不当也会造成卸载 空调时出现怠速转速超调过多，影响怠速性能。怠速工况下使用发电机、助力转向等设 备也会引起同样的问题。3）能够保证怠速工况与非怠速工况之间相互切换时的平顺过渡 怠速过渡工况在汽车行驶中频繁出现，必须要考虑发动机在怠速过渡工况下的性能
5、。很 多情况下，行驶中的车辆加减速时，节气门不断地打开和关闭，因此汽油机在怠速与非 怠速工况之间频繁切换。汽车行驶过程中，从节气门开启、高转速情况下突然关闭节气 门且进行制动时，怠速控制系统处理不当会造成熄火现象。同样，当汽车脱离怠速缓慢 起步时，调节不当同样会出现发动机转速抖动甚至熄火等不良现象，严重影响怠速性能 。因此，怠速控制系统必须使汽油机在怠速与非怠速工况之间的切换过程尽可能短，避 免出现转速不稳、转速调节太慢等不良现象。4）能够尽量减少怠速油耗及有害排放怠速工况下发动机的油耗和有害排放极大地影响车辆使用的经济性和排放性。在工况法 排放测试中，怠速排放的CO和HC通常占总排放量的70
6、%左右6,怠速运转时间占1/3。 城 市运行的车辆，在怠速工况下的耗油量约占总油耗的30%4。因此，有必要最大程度优 化怠速工况下的经济性能及排放性能。一般情况下，怠速工况的经济性主要是通过较低 的怠速转速来实现的，但是太低的怠速转速会导致怠速稳定性及排放性变差，这需要综 合考虑各方面因素。5）有良好的起动及暖机性能起动及暖机性能也是怠速性能很重要的一个方面。一般情况下，起动及暖机时节气门关 闭，汽油机运行在怠速工况下。为了达到良好的起动性能，怠速控制系统必须针对起动 工况做相应的处理，如加大起动时的旁通空气流量等；暖机时，发动机冷却水温较低， 怠速的各方面性能都较差，怠速控制系统需要针对暖机
7、工况设置较高的怠速转速，使发 动机尽快工作在正常温度下，并使三元催化器迅速升温至起燃温度。6）能自主进行怠速调整自学习功能使怠速控制系统能够快速适应系统参数的变化。汽油机怠速系统是时变的， 在整个寿命周期内，它的相关参数会出现或多或少的变化。如旁通空气阀的磨损、积垢 等都有可能影响到怠速控制系统的性能。另外，各发动机之间存在差异，为了使同一种 怠速控制系统适应不同的发动机个体，需要该系统的相关控制参数能够自动进行相应调 整。7）能达到良好的怠速舒适性及操纵性良好的汽车怠速性能包括良好的乘坐舒适性及操纵性，包含了诸多方面的内容。具体来 说，舒适性对怠速控制系统的要求希望是怠速平稳，噪声小，不游车
8、，震动小。良好的 怠速操纵性指的是怠速控制系统能充分响应驾驶员意图，包括所有怠速工况下的各种操 作。例如汽车的起步和换档比较平顺，有一定的自主调节能力以适应不同工况，无自动 驾驶、续走等不良现象。值得指出的是，上述对怠速控制系统要求的各方面并不是孤立的，它们之间存在众多的 联系。例如，怠速稳定性与排放性、经济性就有相对矛盾的关系；良好的起动、暖机性 能对降低发动机起动及暖机时的排放非常重要。因此，在设计针对某方面要求的控制策 略时，必须结合考虑该控制策略对其它方面所造成的影响。狭义的怠速工况指的是驻车时节气门关闭，汽油机无负载空转的工况；而实际上电控汽 油机怠速控制的工况范围要大得多，除了普通的驻车怠速工况之外，还包括行驶时节气 门关闭（或足够小开度）的情况，甚至对节气门打开的工况也有相应的处理逻辑。这大 大拓宽了怠速控制软件在实车工况下的应用，也对怠速控制策略有了更高的要求
