基于西門子EASY_U2W電控系統(tǒng)的某車型排放優(yōu)化匹配研究

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

面對日益嚴(yán)苛的環(huán)境壓力，國家對汽車尾氣的排放控制也越來越嚴(yán)格，在催化器配比和發(fā)動機配置固定的情況下，通過優(yōu)化調(diào)整電控系統(tǒng)中排放相關(guān)功能模塊可以有效地降低排放污染物的生成，是實現(xiàn)汽車尾氣排放減少的最有效手段。汽車的排放工況控制涉及到電噴控制系統(tǒng)多個功能模塊的匹配，包括啟動、催化器加熱、過度工況調(diào)整、閉環(huán)控制、EGR和VVT調(diào)整等方面。本文針對某車型排放的優(yōu)化也是通過對西門子EASY_U2W電控系統(tǒng)中上述各功能模塊的標(biāo)定數(shù)據(jù)優(yōu)化調(diào)整來實現(xiàn)。

1 優(yōu)化對象和目標(biāo)介紹

某車型搭載1.5 L自然吸氣汽油發(fā)動機，配置有EGR和VVT等進排氣系統(tǒng)附件，運用西門子汽車電子開發(fā)的EASY_U2W EMS發(fā)動機電噴系統(tǒng)來實現(xiàn)噴油和點火的自動控制，該車型為國五車型，其排放限值和發(fā)動機性能參數(shù)分別見表1[2]和表2。

表1某車型排放法規(guī)限值（國五）

表2該車型發(fā)動機性能參數(shù)

2 優(yōu)化前車輛排放情況及結(jié)果分析

表3優(yōu)化前車輛排放結(jié)果

結(jié)合國家國五排放法規(guī)來看（表3）優(yōu)化前排放結(jié)果，HC和CO都已經(jīng)嚴(yán)重超標(biāo)，分析排放過程的秒采數(shù)據(jù)（表1）我們可以看出，在啟動階段產(chǎn)生了大量的HC，而NOX的生成在排放的整個過程都比較高，針對HC和CO產(chǎn)生的機理，我們在下文中采取針對性的數(shù)據(jù)調(diào)整來優(yōu)化排放。如圖1所示為優(yōu)化前排放的HC，CO和 NOX秒采圖。

圖1優(yōu)化前排放的HC,CO和NOX秒采圖

3 優(yōu)化措施

3.1 優(yōu)化啟動，減少噴油，減稀空燃比

排放的啟動階段，催化器沒有進入工作狀態(tài)，這個時候排放污染物會大量生成，所以在啟動階段，在保證啟動啟動成功的前提下，盡量保證空燃比達(dá)到1左右，HC的生成機理是空燃比越濃越多，為了減少HC和CO的生成量，一般都會在啟動階段，盡量優(yōu)化噴油，減少噴油時間[1]（見表5），通過減稀空燃比來抑制HC和NOX的大量生成，但是同時要注意，減稀不能過度，一旦導(dǎo)致失火，會反而導(dǎo)致HC和CO大量的生成，從而惡化排放。表4和表5中數(shù)據(jù)分別是優(yōu)化前后啟動的噴油量大小。

表4更改標(biāo)定前冷起動噴油量

表5更改標(biāo)定后冷起動噴油量

3.2 優(yōu)化催化器加熱功能

在排放過程中，催化器達(dá)到工作狀體需要達(dá)到一定的溫度條件，通常這個溫度是在350℃~400℃，如果催化器能夠快速進入工作狀態(tài)，實現(xiàn)高的轉(zhuǎn)化效率，那么排放就會大大降低，讓催化器溫度升高的熱量主要來自于發(fā)動機燃燒產(chǎn)生的廢氣，如果能夠通過調(diào)整數(shù)據(jù)（見表7）提高廢棄的熱量，就能夠?qū)崿F(xiàn)催化器的快速起燃，達(dá)到減少排放污染的目的。為了提高廢棄的熱量，采取的措施主要有：第一，提高怠速轉(zhuǎn)速，可以直接提高廢棄流量，提高目標(biāo)怠速的范圍一控制在1200~1500轉(zhuǎn)，不能過大；第二，增大催化器扭矩預(yù)留，可以提高排氣溫度，這個主要通過推遲點火角來實現(xiàn)，但是點火角推遲的量不能過大，不然也會導(dǎo)致失火，進而惡化排放。表6和表7中數(shù)據(jù)分別是優(yōu)化前后，催化器加熱功能開啟的時刻。

表6更改標(biāo)定前催化器加熱功能開啟時刻

表7更改標(biāo)定后催化器加熱功能開啟時刻

3.3 燃油空燃比閉環(huán)控制

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在汽油機的排放循環(huán)過程中，空燃比在0.99~1.0的范圍內(nèi)時，燃燒后產(chǎn)生的三大污染物是最少的，在標(biāo)定過程中稱之為最佳空燃比（Lambda），窗口隨著車輛和催化器的老化，這個窗口會慢慢地變窄，導(dǎo)致排放變差，結(jié)合耐久車輛和催化器的狀況，通過調(diào)增空燃比的閉環(huán)控制來重新優(yōu)化匹配它的最佳Lambda窗口，實現(xiàn)排放的減少。具體調(diào)整是電噴系統(tǒng)通過前氧反饋的混合氣電壓，與參考電壓值（即Lambda=1的電壓）比較，通過PI控制產(chǎn)生修正因子通過調(diào)整修正因子在偏濃一測的時間（見表9），可以使混合氣空燃比相對于1有一個小的偏移，使其在重新在最佳空燃比(Lambda)窗口內(nèi)[3]。表8和表9中數(shù)據(jù)分別是優(yōu)化前后燃油空燃比的閉環(huán)修正系數(shù)。

表8更改標(biāo)定前燃油空燃比閉環(huán)修正系數(shù)

表9更改標(biāo)定后燃油空燃比閉環(huán)修正系數(shù)

3.4 優(yōu)化過渡工況

在排放循環(huán)過程中，在過度工況階段空燃比處于開環(huán)狀態(tài)，它的變化會對排放造成很大的影響，特別是啟動和暖機過程的過度工況，在現(xiàn)在排放過程中所占比重越來越大，所以精確優(yōu)化過度工況，對降低排放顯得特別重要，在過度工況下，在加速和減速過程中，要根據(jù)情況進行相應(yīng)的加速加濃和減速減稀，進行優(yōu)化加減速瞬態(tài)工況的氣缸油膜量（見表11），通過正反向調(diào)整來減少瞬態(tài)的HC和CO生成，來降低排放。表10和表11中數(shù)據(jù)分別是優(yōu)化前后過渡工況油膜量調(diào)整。

表10更改標(biāo)定前過渡工況油膜量

表11更改標(biāo)定后過渡工況油膜量

3.5 優(yōu)化VVT開啟時刻，調(diào)整EGR率

帶VVT功能的發(fā)動機通過優(yōu)化調(diào)整VVT的開啟時刻（見表13），可以調(diào)整減少進氣量，有效降低燃燒，這樣HC和NOX的生成就會降低；根據(jù)三大污染的生成機理，NOX產(chǎn)生條件主要是高溫富氧，這與HC和CO生成正好相悖，采取大量措施減少HC和CO的同時，會帶來NOX生成的反而升高，這個時候就需要通過調(diào)整減少EGR率（見表15），來減少廢棄再循環(huán)的廢氣流量來降低排氣溫度，這樣能夠有效地降低NOX的生成量，在優(yōu)化HC和CO的過程中，不會導(dǎo)致NOX大量生成，從而導(dǎo)致優(yōu)化失敗。表12和表13中數(shù)據(jù)分別是優(yōu)化前后VVT的開啟時刻，表14和15中數(shù)據(jù)分別是優(yōu)化前后EGR率的開度大小。

表12更改標(biāo)定前VVT開啟時刻

表13更改標(biāo)定后VVT開啟時刻

表14更改標(biāo)定前EGR開度

表15更改標(biāo)定后EGR開度

4 優(yōu)化后排放結(jié)果和分析

表16車輛優(yōu)化前后排放結(jié)果對比

從優(yōu)化前后的結(jié)果對比，通過一系列的優(yōu)化措施，HC和CO的排放值已經(jīng)達(dá)到國家法規(guī)要求，并且已經(jīng)降到很低的水平，結(jié)果讓人滿意。

從優(yōu)化后秒采圖（圖2）示分析，在起動和第一個循環(huán)階段，HC和CO也已經(jīng)按照預(yù)期的目標(biāo)得到大幅度的下降，高速短的的CO生成量明顯減少，從排放工況來看，污染物的整體減少明顯，達(dá)到了最初優(yōu)化的目標(biāo)。

圖2優(yōu)化后排放秒采圖

5 結(jié)束語

本文通過采取調(diào)整排放數(shù)據(jù)中啟動噴油，空燃比控制等措施，達(dá)到了優(yōu)化排放的預(yù)期目標(biāo)，排放匹配涉及到了標(biāo)定的啟動，過度工況等模塊，我們在優(yōu)化匹配排放的過程中，一定要把各個功能模塊的優(yōu)化匹配結(jié)合起來綜合考慮，針對各功能模塊的優(yōu)化調(diào)整要兼顧到對其他功能模塊的影響，許多的調(diào)整都必須是微調(diào)，不能過量和超調(diào)，只有這樣才能得到理想滿意的排放結(jié)果，達(dá)到優(yōu)化目的。

[1]錢人一.汽車發(fā)動機電子控制[M]:上海：上海交通大學(xué)出版社，1999.

[2]GB18352.5-2013，輕型汽車污染物排放限值及測量方法（國家第五階段）[S].

[3]王兆娟.發(fā)動機電控系統(tǒng)優(yōu)化匹配方法的研究[J].小型內(nèi)燃機，1999，28（4）:34.