零部件對發動機管理系統標定的影響

季德斌

（中國第一汽車股份有限公司天津技術開發分公司）

發動機管理系統（EMS）通過一個控制單元實現汽油發動機的電子控制和管理[1]。EMS 標定包括發動機臺架標定和整車標定兩部分。臺架標定是整車標定的基礎，其目的是確定發動機的各項性能指標，如功率、扭矩、油耗等；整車標定過程一般需要持續1.5年左右的時間才能完成，在該過程中，車輛被不斷賦予強勁的動力性、舒適的駕駛性、優秀的經濟性、潔凈的排放性等能力。當前，為了應對激烈的市場競爭，新車型開發周期越來越短，為了能夠快速應對發動機及整車標定，必須要熟悉整車零部件對EMS 標定的影響。

1 發動機管理系統（EMS）標定簡介

EMS 的功能構成，如圖1 所示。EMS 標定是一個漫長而復雜的過程，需要持續18～24 個月的時間，如圖2 所示。根據EMS 的功能構成，文章將對其進行進一步細化分解和說明。

圖1 發動機管理系統（EMS）功能構成簡圖[1]

圖2 發動機管理系統（EMS）標定流程簡圖

2 整車影響因素

2.1 車身

風阻、迎風面積、整備質量會影響整車行駛阻力，如式（1）所示，對整車油耗、排放會產生影響。

式中：F——汽車行駛阻力，N；

Ff——滾動阻力，N；

Fw——空氣阻力，N；

Fj——加速阻力，N；

m——汽車總質量，kg；

f——滾動阻力系數；

CD——空氣阻力系數；

A——迎風面積，m2；

v——行駛速度，km/h；

δ——汽車旋轉質量系數；

Iw——車輪的轉動慣量，kg·m2；

If——發動機飛輪的轉動慣量，kg·m2；

ig——變速器速比；

i0——主減速器速比；

ηT——汽車傳動系的機械效率；

r——汽車輪胎的滾動半徑，m。

2.2 進氣格柵和機艙布置

進氣格柵和機艙布置影響進氣通暢性及機艙內環境溫度，從而影響發動機的進氣量和進氣溫度，對扭矩控制有影響，同時影響整車熱平衡。

2.3 輪胎

輪胎滾阻系數影響整車滑行阻力，輪胎尺寸決定轉速（n/（r/min））和車速比，如式（4）所示，在沒有擋位傳感器的車輛上，擋位由軟件通過車速和轉速計算得到。綜上，輪胎規格對整車的油耗、排放、動力性、駕駛性、OBD 標定都會產生一定影響。

2.4 懸置

作為發動機和車身的連接部件，懸置的選型設計會導致發動機隨車身振動趨勢發生變化，因此會影響OBD 失火標定和駕駛性標定。

2.5 電器附件

電器附件消耗的電能主要來自于發電機，大燈、鼓風機、除霜等大功率電器功率的變化使發電機的電負荷變化較大，從而影響怠速穩定性和駕駛性的標定。

3 動力總成及相關附件影響因素

3.1 進/排氣系統

進氣系統一般由進氣管、諧振腔、空氣濾清器、節氣門體、進氣歧管等組成。它決定了進氣阻力、進氣溫度及進氣量，對充氣模型、扭矩模型、基本噴油量會產生影響，要在發動機臺架上進行充氣模型、扭矩模型的標定驗證。

排氣系統一般由排氣歧管、排氣管、催化轉換器、消聲器和排氣尾管等組成。它決定了催化器轉化效率、排氣系統背壓、排氣溫度等，對充氣模型、排溫模型、排放都會有影響，要在發動機臺架上進行充氣模型、排溫模型的標定驗證。

3.2 發動機附件

起動機決定了發動機點火前的起動拖動轉速，對起動時間有直接影響；發電機徐勵時間影響起動和排放性能，如圖3 所示，發電效率影響怠速穩定性和油耗；散熱器風扇決定整車冷卻能力，影響風扇控制的合理性及整車熱平衡；空調壓縮機決定空調負載，影響發動機對空調扭矩的補償；炭罐及其連接管路影響炭罐控制，從而影響燃油蒸發；油泵總成決定油壓的穩定性，影響空燃比的控制。

圖3 發電機對起動性能影響對比曲線

3.3 變速器

變速器的速比決定轉速與車速的對應關系，如式（4）所示，影響整車的排放、油耗、動力性、駕駛性及OBD 標定。

4 電控系統影響因素

4.1 進氣控制部件

電子節氣門體控制發動機的進氣流量；節氣門位置傳感器信號用于怠速工況判斷、過渡工況噴油量補償等[2]；進氣壓力溫度傳感器測量歧管的進氣壓力和溫度，從而計算得到進氣量，空氣流量計可直接測量進氣量，利用進氣量對噴油量進行精確控制，影響充氣模型、扭矩模型、基本噴油量等的標定。

4.2 凸輪軸位置傳感器和曲軸位置傳感器

凸輪軸位置傳感器采集凸輪軸的位置信號，用于判缸；曲軸位置傳感器采集曲軸轉角信號，用于檢測發動機轉速和活塞上止點位置。通過曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器的信號，可以判斷各缸活塞是否處于壓縮上止點，如圖4 所示，影響點火時刻及噴油時刻標定。

圖4 發動機第1 缸壓縮上止點相位關系圖

4.3 可變氣門正時機構

可變氣門正時機構通過油壓控制閥（OCV 閥）來控制相位器（VCT），按照發動機運行條件調整凸輪軸鏈輪以及凸輪軸的相應相位，以獲得最優配氣效果，如圖5 所示。正時系統主要影響扭矩特性、燃油經濟性、怠速穩定性及排放標定[3]。

圖5 可變氣門正時基本工作原理

4.4 噴油器

噴油器決定燃油的霧化顆粒大小、噴射角度、噴射行程，影響空燃比的精確控制、過渡工況響應速度，以及噴油的濕壁效果。

4.5 點火系統

點火線圈、火花塞決定了點火效率，火花塞的熱值（如圖6 所示）、電極材料等對發動機冷起動性能有直接的影響，同時也會影響爆震控制、點火提前角標定和排放標定。

圖6 溫度范圍定義和不同熱值的火花塞工作溫度曲線

4.6 氧傳感器

氧傳感器用于監控廢氣中氧的體積分數。通過前氧傳感器空燃比反饋來實現空燃比的閉環控制，更精確地控制噴油；后氧傳感器用于監控催化器轉化效率來判斷催化器是否失效。因此氧傳感器的性能會影響排放標定和OBD 標定。

4.7 其他部件

爆震傳感器用于爆震強度檢測，影響基本點火角、爆震標定等，需要在發動機臺架上進行基本點火角、爆震的標定驗證；由于不同的水溫傳感器性能會有變化，必須在ECU 中對水溫傳感器進行特性匹配，否則會對起動、怠速、燃油修正、點火角修正、風扇控制等與水溫相關的控制產生影響；電子油門踏板開度信號和電子節氣門的開度信號兩者之間具有一定的對應關系，如果特性變更，則需要對信號進行重新匹配標定，對駕駛性有影響。

5 結論

綜上，整車、動力總成及電控系統3 個系統中任何一個部件發生變化，都會導致發動機工作狀態的變化，從而對整車標定產生重大影響，這就需要標定人員準確掌握具體部件對相應模塊會產生何種影響，從而準確地對其進行標定優化。文章僅總結了部分零部件的影響因素，還需要標定人員在標定過程中不斷積累總結，從而在日益嚴格的排放、油耗標準及日益嚴峻的開發形勢的要求下，提高標定效率和質量，為整車開發提供更好的性能保障。