汽车电控喷射系统下进气子系统中，节流阀体隶属关键组合零部件，其功能是通过对进入气缸的空气加以控制实现发动机转速控制，继而实现汽车的怠速性能自动控制，满足汽车驾驶员怠速控制的意图，同时节流阀还负责向ECU进行节流阀开度、即发动机负荷的反馈。从事机械和电子节流阀体怠速控制技术探讨，有助于促进生产单位、维修单位以及车辆使用者对汽车怠速功能、节流阀体零部件的了解。
一、节流阀体的发展分析
在电控喷油系统发展进程中，节流阀体的设计结构、功能亦在随之发生改变。早期，燃油喷射技术主要应用于飞机发动机之中，负责在发动机运行阶段向进气管连续喷射汽油混合气体。1967年，节流阀体被应用至汽车发动机领域，最初汽油喷射系统在受到技术限制背景下，节流阀体主要采用完全机械形式结构，对空气量利用节气阀门片控制，以驾驶员踏板操作幅度来控制开合度，在暖机与怠速期间，部分空气会经过节气门前的通道进入到气管，再进入到气缸内部。同时，利用怠速调节螺钉，可对怠速旁通道截面积大小加以控制，实现怠速转速的调整。
随着汽油喷射电子技术快速发展，机电一体化技术延伸到节流阀体领域，为了能够让ECU准确对发动机节气门全开负荷、怠速等工况的判断，设计师在节流阀体加装节气门为止传感器，实现了利用电信号将节气门开度向ECU传输。发动机运行阶段，汽车驾驶员在踩下油门踏板阶段可以带动节气门轴进入旋转状态吗，继而带动传感器的电刷实现节气门位置传感器有效电阻的调整，继而让传感器输出电压随之改变。后续，设计师为进一步为汽车发动机运转阶段提供低温期间所需的附加空气量，提升发动机怠速过渡性，在进气管旁通道部位再次增加辅助空气阀，节流阀体设计进入全新时期。自此之后，随着节流阀体技术的发展，又陆续研发出旋转电磁式怠速执行器，进一步提升节流阀体空气流量控制水平，同时汽车零部件企业为了获得更好的空气燃比，实现喷油量精确控制，研发出电子控制气门系统[1]。
二、机械节流阀体与电子节流阀概述
（一）机械节流阀体与控制原理
1.机械节流阀体概述
机械节流阀提主要应用于经济型家用轿车领域以及微型客车领域，目前我国机械节流阀提生产厂商以上海森萨塔、四川宏观、上海联创三家零部件企业为主，这些企业在实现机械本体生产后，会将机械本体与外部采购的节气门位置传感器、步进电机加以组装，形成完整的机械节流阀体结构。
2.机械节流阀体控制原理
在控制原理方面，首先汽车驾驶员踩下踏板，踏板利用拉线带动机械节流阀体上设置的卡簧，此刻会阀体喉孔阀片受到推动可实现汽车发动机进气量的控制。在机械节流阀体控制进气量阶段，节气门位置安装的传感器会监测阀片开合度，并将信息反馈至ECU，ECU可通过对节气门开合度的识别进行计算。机械节流阀体总成原理图如图1：
图1 机械节流阀体总成原理图
对于机械节流阀体的怠速控制，指的是驾驶员在未对踏板进行控制期间，机械节流阀体阀片因缺少驱动电机，继而无法控制怠速进气量，因此机械节流阀体均会在通孔部位设置怠速步进电机，该步进电机由ECU负责驱动实现怠速进气量控制。当怠速需求＜进气量，步进电机会在ECU控制下向0步前进，并基于目标怠速转速控制步数。当怠速需求＞进气量，步进电机则向最大步数方向前进。这一过程中，ECU会基于实际转素是否达到目标怠速转速为依据进行异步电机驱动控制。在上述运行过程中，机械节流阀体怠速控制功能主要取决于步进电机执行器以及节气门位置传感器。
首先，系统会以步进电机作为执行器，步进电机包含4个插接针脚，即A/B/C/D四个端子，这些端子全部用于步进电机的驱动。目前机械节流阀体内步进电机常用步数为0步~220步，越大的步数对应着越大的进气量。因步进电机功能不设有反馈信号功能，故其在运行阶段是否达到预定位置ECU无法识别。图因此，步进电机的0位自学习准确性以及其控制阶段对失步的避免，为怠速控制的关键技术。
其次，节气门位置传感器负责识别阀片机械的0位，随后将信号向ECU反馈用于计算怠速使能条件，因此对于怠速品质而言，阀片于机械0位的电压值稳定性至关重要。然而，随着汽车使用年限增加，节流阀体会严重积炭，接触不良、娴熟干扰等一系列问题可能导致阀片机械0点位出现电压偏移继而超出怠速控制门限制的R（标定值），容易引发怠速过高、怠速不稳问题，因此节气门位置传感器信号处理水平，为ECU控制的关键技术。
（二）电子节流阀体概述及起控制原理
1.电子节流阀体概述
目前，我国市面上电子节流阀体主要品牌包括电装、大陆、德尔福以及博世四家外资企业，上市四家企业出产的电子节流阀体在我国市场份额占位80%。电子节流阀体下包括机械本体、直流电机集成节气门传感器两个主要部分以及阀片、卡簧等零部件。
2.电子节流阀体控制原理
在控制原理方面，当汽车驾驶员操纵踏板，电子踏板上设置的电位计会向ECU传递电子信号，此刻ECP开始计算踏板开合度，以了解驾驶员对于扭矩的需求，随后驱动电子节流阀体直流电机，通过对阀片的控制让进气量满足驾驶员的控制要求。在这一过程中，节气门位置的出阿甘器监测阀片开合度信号会被ECU获取，ECU会针对节气门的开合度开展闭环控制。怠速控制方面，首先，ECU会以踏板信号为依据进行怠速控制使能条件的计算，当怠速控制使能条件得到满足，ECU会控制直流电机来驱动节流阀阀片至怠速控制预定位置，并以目标怠速进气量需求作为依据，控制节流阀阀片。图2为电子节流阀体总成原理图：
图2 电子节流阀体总成原理图
在电子节流阀体开展怠速控制阶段，主要受踏板传感器以及直流电机所对应的节气门传感器影响。首先，电子踏板传感器具有信号1、信号2，信号1是面向ECU传输踏板开合度的主信号，信号2是用于诊断踏板位置传感器信号1的荣誉信号。信号1+信号2的电压为5V，踏板机械0位对应电压A，R为怠速控制门的限制，倘若A<R,则系统进入怠速控制状态，若A≥R，此刻跳出怠速控制。相比机械节流阀体阀片的机械0位电压，电子踏板机械0位电压信号更加稳定，不存在积炭等问题，但因两路信号可实现相互诊断，因此保证线束不出现信号干扰为关键技术。
其次，节气门位置传感器方面，机械0位是电子节流阀体阀片开合度的最小位置，ECU控制算法之中，0%开度对应电子0位，100%开度对应电子最大位置，电子0位＞机械0位的开度，而这只兼开度偏差所对应的进气量叫做漏气量，再次过程中，能否准确识别电子0位，对于怠速及控制至关重要，而同机械节流阀体相同，电子节流阀体同样也需要对电子0位开展自学习。
三、机械与电子节流阀体怠速控制流程及问题分析
（一）机械节流阀体怠速控制流程
当汽车点火钥匙自OFF转换到ON状态，机械节流阀体的阀片会在0位进行自学习，阀片机械0位所对应的电压A，同R怠速空织门标定量会判断车辆怠速的控制条件，当判断满足怠速控制条件，步进电机被ECU驱动达到启动预控位置，随后点火钥匙将车辆启动，进入怠速控制状态。发动机的实际转速、目标转速由步进电机进气量实现闭环控制，但因步进电机实际位置无法以信号方式反馈至ECP，因此一旦出现失步，在ECU无法识别情况下步进电机进气的期望值、实际值就会导致偏差、继而导致车辆怠速过高、怠速不稳。故机械节流阀体怠速质量影响因素有二，第一是节流阀体位置传感器缺少冗余信号，第二是步进电机缺少位置反馈。
（二）电子节流阀体怠速控制流程
当汽车点火钥匙自OFF转换至ON状态，汽车电子踏板所对应的电压A，会同R怠速控制门标定量一并进行怠速条件判断，条件满足情况下，电子节流阀体阀片会自默认位置开始从事电子0位自学习，完成自学习阀片在ECU控制下启动预控位置。当点火钥匙启动车辆，车辆进入怠速控制状态，直流电机此刻会驱动节流阀体阀片，通过对进气量的闭环控制，实现发动机实际转速、目标转速控制，与此同时节气门位置传感器会加节流阀体阀片位置想ECU反馈，ECU判断阀片是否处于目标控制位置，并对其开展闭环控制。
（三）技术对比
1.怠速质量对比
首先，对比机械节流阀体、电子节流阀体怠速质量，在机械节流阀体上因节流阀体位置传感器缺少冗余信号、步进电机缺少位置反馈对怠速质量的影响，不存在于电子节流阀体上。但尽管机械节流阀体对比电子节流阀体仍旧具有一定优势，但机械节流阀体采购成本远低于电子节流阀体。其次，机械节流阀体对于怠速的控制，是驾驶员利用踏板与拉线，这种机械传动结构不会受到电信号干扰继而出现失控问题，反观电子节流阀体一旦出现电信号干扰、传感器电源短路亦或是直流电机驱动端丽，电子节流阀体将进入不可控状态，车辆容易出现飞车危险。
2.怠速条件判断形势对比
机械节流阀体对于怠速条件的判断，节气门机械0位信号不稳定，单路传感信号难以诊断。电子节流阀体使用背景下，电子踏板机械0位信号更加稳定，且2路信号可实冗互诊。
3.怠速执行器对比
机械节流阀体采用步进电机，不存在位置反馈，以开环形势控制，容易出现失步问题。电子节流阀体采用直流电机，同时其内部设置的2路节气门位置信号可进行冗余互诊断，可实现面向节气门位置的闭环控制。
4.安全与实用性对比
安全方面，机械节流阀体所采用的拉线控制模式不会导致高车速飞车现象，无需进行安全监控。电子节流阀体采用电信号驱动直流电机，具有高车速飞车隐患，必须设置面向电子踏板信号、节气门位置传感器信号、直流电机电路等维度的监控。实用性方面机械街气流阀体不可实现巡航，驾驶员舒适性较低，但电子节流阀体可实现巡航，可显著提升驾驶员怠速控制阶段舒适性。
四、面向机械节流阀体的优化研究
结合上述对机械节流阀体、电子节流阀体的对比，可发现尽管机械节流阀体在怠速质量、适用性、怠速执行器方面对比电子节流阀体具有民新概念劣势，但在价格成本、安全维度有着固有的优势，因此，若能够通过功能的优化提升机械节流阀体怠速品质，使其接近电子节流阀体怠速水平，对于我国经济型家用车以及微型客车设计而言，可在不提升较高成本基础上显著提升车辆怠速控制水平，更可在宏观进一步促进我国国产车竞争力的攀升。对于机械节流阀体在怠速品质上的优化，本面向节气门位置传感器、步进电机自学习与控制策略进行优化研究。
（一）节气门位置传感器优化策略
机械节流体使用背景下，判断进入怠速控制条件唯一条件便是机械0位的电压信号，故对于怠速质量而言，节气门位置传感器信号处理水平至关重要。对于随车辆使用年限增长而导致的积碳问题，汽车零部件厂商应对节气门0位自学习策略进行优化，同时，面对线束干扰问题，可在信号传输策略中加入信号滤波算法，以环节线束干扰对信号稳定性带来的影响。
（二）步进电机自学习与准闭环控制优化策略
机械节流体下的步进电机未设置信号反馈功能，隶属开关控制，应因此若想降低机械节流体步进电机失不概率，应合理荀泽驱动频率，并加入振动步进策略来避免机械0位反弹。对于准闭环控制策略，应充分利用ECU对怠速进气量的计算，结合步进电机进气量的特性曲线来识别运行期间当下控制步进电机步数、实际步数是否一致，当出现二者不一致情况，则自动进行纠错，如此可有效降低步进电机失步对于怠速质量的影响[2]。
五、面向节流阀体的怠速易熄火故障检修研究
怠速阶段易熄火，为汽试用阶段常见故障类型，而节流阀体，可作为汽车怠速阶段易熄火故障的检修切入点，在掌握节流阀体结构以及车辆怠速熄火原因基础上，通过行之有效的方法实现快速检修。
（一）车辆怠速易熄火故障原因分析
车辆使用期间，一部分车辆在行驶总里程超出5万公里后便频繁出现怠速熄火故障。导致这一故障的常原因如表1：
表1 车辆怠速易熄火常见原因
当上述标1内故障因素一一排查，均处于正常状态，但车辆仍旧存在怠速阶段易于熄火，便应将检修切入点瞄准节流阀体。
（二）面向节流阀体的怠速易熄火应急策略
在面向节流阀体检修车辆怠速阶段易熄火故障期间，应面向G88节气门电位计、V60怠速调节电机进行，在更换节流阀体基础上，可采取如下方式进行应积极检修。首先，怠速节气门电位计，直接连接于电子节流阀下的直流电机，G88怠速节气门电位计的设计标准电压信号在0V~5V，倘若通过检测发现怠速节气门电位计标准电压值＞4.5V或是＜V，则说明节气门电位计为故障点，针对该故障的应急处理，可利用应急弹簧将节气门拉入到机械应急运转状态，该方法可一定程度提升发动机怠速转速。
其次，V60怠速调节电机是利用电动机工作原理，以蜗轮蜗杆机构实现节气门位置电机的调节，洁儿实现怠速调节目标，电动机工作原理为基于发动机电脑来控制怠速进气量。当怠速电机出现电路故障或是损坏，可利用应急弹簧，加节流阀体继而气门拉倒特定的应急运转位置，该方法可保证车辆继续前进。
在基于上述应急手段实现历史检修后，车辆维修过程中可使用汽车故障诊断仪，分析故障过程中记忆存储相关部件电压的变化范围。若需要更换节流阀体，首先应按照检修标准手册进行节流阀体的拆除，随后开展清理工作，完成清理后将修好或全新节流阀体安装，最后再次使用故障诊断仪进行故障诊断[3]。
结语：本文对机械与电子节流阀体的原理、怠速控制原理作出研究，指出了机械节流阀优化的方向，可使机械节流阀怠速质量接近电子节流发，继而实现成本节约与功能的提升。同时，本文站在机械节流阀检修视角下，对车辆怠速易熄火故障检修策略进行分析，以使车辆使用者、检修单位进一步掌握对节流阀体的运用。于宏观促进我国汽车零部件、国产汽车产业良性发展。
参考文献
[1]彭得士.控制工程在机械电子工程中的应用[J].大众标准化,2021(08):175-177.
[2]赵玉斌.智能控制工程在机械电子工程中的应用[J].电子元器件与信息技术,2021,5(08):87-88.DOI:10.19772/j.cnki.2096-4455.2021.8.038.
[3]邓炳林.节流阀体怠速气道的设计[J].汽车零部件,2021(06):81-84.
