零部件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)標(biāo)定的影響

季德斌

（中國(guó)第一汽車股份有限公司天津技術(shù)開發(fā)分公司）

發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)（EMS）通過一個(gè)控制單元實(shí)現(xiàn)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制和管理[1]。EMS 標(biāo)定包括發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架標(biāo)定和整車標(biāo)定兩部分。臺(tái)架標(biāo)定是整車標(biāo)定的基礎(chǔ)，其目的是確定發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，如功率、扭矩、油耗等；整車標(biāo)定過程一般需要持續(xù)1.5年左右的時(shí)間才能完成，在該過程中，車輛被不斷賦予強(qiáng)勁的動(dòng)力性、舒適的駕駛性、優(yōu)秀的經(jīng)濟(jì)性、潔凈的排放性等能力。當(dāng)前，為了應(yīng)對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，新車型開發(fā)周期越來越短，為了能夠快速應(yīng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及整車標(biāo)定，必須要熟悉整車零部件對(duì)EMS 標(biāo)定的影響。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)（EMS）標(biāo)定簡(jiǎn)介

EMS 的功能構(gòu)成，如圖1 所示。EMS 標(biāo)定是一個(gè)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的過程，需要持續(xù)18～24 個(gè)月的時(shí)間，如圖2 所示。根據(jù)EMS 的功能構(gòu)成，文章將對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化分解和說明。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)（EMS）功能構(gòu)成簡(jiǎn)圖[1]

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)（EMS）標(biāo)定流程簡(jiǎn)圖

2 整車影響因素

2.1 車身

風(fēng)阻、迎風(fēng)面積、整備質(zhì)量會(huì)影響整車行駛阻力，如式（1）所示，對(duì)整車油耗、排放會(huì)產(chǎn)生影響。

式中：F——汽車行駛阻力，N；

Ff——滾動(dòng)阻力，N；

Fw——空氣阻力，N；

Fj——加速阻力，N；

m——汽車總質(zhì)量，kg；

f——滾動(dòng)阻力系數(shù)；

CD——空氣阻力系數(shù)；

A——迎風(fēng)面積，m2；

v——行駛速度，km/h；

δ——汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量系數(shù)；

Iw——車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2；

If——發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2；

ig——變速器速比；

i0——主減速器速比；

ηT——汽車傳動(dòng)系的機(jī)械效率；

r——汽車輪胎的滾動(dòng)半徑，m。

2.2 進(jìn)氣格柵和機(jī)艙布置

進(jìn)氣格柵和機(jī)艙布置影響進(jìn)氣通暢性及機(jī)艙內(nèi)環(huán)境溫度，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量和進(jìn)氣溫度，對(duì)扭矩控制有影響，同時(shí)影響整車熱平衡。

2.3 輪胎

輪胎滾阻系數(shù)影響整車滑行阻力，輪胎尺寸決定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速計(jì)算得到。綜上，輪胎規(guī)格對(duì)整車的油耗、排放、動(dòng)力性、駕駛性、OBD 標(biāo)定都會(huì)產(chǎn)生一定影響。

2.4 懸置

作為發(fā)動(dòng)機(jī)和車身的連接部件，懸置的選型設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)隨車身振動(dòng)趨勢(shì)發(fā)生變化，因此會(huì)影響OBD 失火標(biāo)定和駕駛性標(biāo)定。

2.5 電器附件

電器附件消耗的電能主要來自于發(fā)電機(jī)，大燈、鼓風(fēng)機(jī)、除霜等大功率電器功率的變化使發(fā)電機(jī)的電負(fù)荷變化較大，從而影響怠速穩(wěn)定性和駕駛性的標(biāo)定。

3 動(dòng)力總成及相關(guān)附件影響因素

3.1 進(jìn)/排氣系統(tǒng)

進(jìn)氣系統(tǒng)一般由進(jìn)氣管、諧振腔、空氣濾清器、節(jié)氣門體、進(jìn)氣歧管等組成。它決定了進(jìn)氣阻力、進(jìn)氣溫度及進(jìn)氣量，對(duì)充氣模型、扭矩模型、基本噴油量會(huì)產(chǎn)生影響，要在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行充氣模型、扭矩模型的標(biāo)定驗(yàn)證。

排氣系統(tǒng)一般由排氣歧管、排氣管、催化轉(zhuǎn)換器、消聲器和排氣尾管等組成。它決定了催化器轉(zhuǎn)化效率、排氣系統(tǒng)背壓、排氣溫度等，對(duì)充氣模型、排溫模型、排放都會(huì)有影響，要在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行充氣模型、排溫模型的標(biāo)定驗(yàn)證。

3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)附件

起動(dòng)機(jī)決定了發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火前的起動(dòng)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速，對(duì)起動(dòng)時(shí)間有直接影響；發(fā)電機(jī)徐勵(lì)時(shí)間影響起動(dòng)和排放性能，如圖3 所示，發(fā)電效率影響怠速穩(wěn)定性和油耗；散熱器風(fēng)扇決定整車?yán)鋮s能力，影響風(fēng)扇控制的合理性及整車熱平衡；空調(diào)壓縮機(jī)決定空調(diào)負(fù)載，影響發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)空調(diào)扭矩的補(bǔ)償；炭罐及其連接管路影響炭罐控制，從而影響燃油蒸發(fā)；油泵總成決定油壓的穩(wěn)定性，影響空燃比的控制。

圖3 發(fā)電機(jī)對(duì)起動(dòng)性能影響對(duì)比曲線

3.3 變速器

變速器的速比決定轉(zhuǎn)速與車速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如式（4）所示，影響整車的排放、油耗、動(dòng)力性、駕駛性及OBD 標(biāo)定。

4 電控系統(tǒng)影響因素

4.1 進(jìn)氣控制部件

電子節(jié)氣門體控制發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣流量；節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)用于怠速工況判斷、過渡工況噴油量補(bǔ)償?shù)萚2]；進(jìn)氣壓力溫度傳感器測(cè)量歧管的進(jìn)氣壓力和溫度，從而計(jì)算得到進(jìn)氣量，空氣流量計(jì)可直接測(cè)量進(jìn)氣量，利用進(jìn)氣量對(duì)噴油量進(jìn)行精確控制，影響充氣模型、扭矩模型、基本噴油量等的標(biāo)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(hào)，用于判缸；曲軸位置傳感器采集曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)，用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和活塞上止點(diǎn)位置。通過曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器的信號(hào)，可以判斷各缸活塞是否處于壓縮上止點(diǎn)，如圖4 所示，影響點(diǎn)火時(shí)刻及噴油時(shí)刻標(biāo)定。

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)第1 缸壓縮上止點(diǎn)相位關(guān)系圖

4.3 可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)

可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)通過油壓控制閥（OCV 閥）來控制相位器（VCT），按照發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件調(diào)整凸輪軸鏈輪以及凸輪軸的相應(yīng)相位，以獲得最優(yōu)配氣效果，如圖5 所示。正時(shí)系統(tǒng)主要影響扭矩特性、燃油經(jīng)濟(jì)性、怠速穩(wěn)定性及排放標(biāo)定[3]。

圖5 可變氣門正時(shí)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(yīng)速度，以及噴油的濕壁效果。

4.5 點(diǎn)火系統(tǒng)

點(diǎn)火線圈、火花塞決定了點(diǎn)火效率，火花塞的熱值（如圖6 所示）、電極材料等對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)性能有直接的影響，同時(shí)也會(huì)影響爆震控制、點(diǎn)火提前角標(biāo)定和排放標(biāo)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(jiān)控廢氣中氧的體積分?jǐn)?shù)。通過前氧傳感器空燃比反饋來實(shí)現(xiàn)空燃比的閉環(huán)控制，更精確地控制噴油；后氧傳感器用于監(jiān)控催化器轉(zhuǎn)化效率來判斷催化器是否失效。因此氧傳感器的性能會(huì)影響排放標(biāo)定和OBD 標(biāo)定。

4.7 其他部件

爆震傳感器用于爆震強(qiáng)度檢測(cè)，影響基本點(diǎn)火角、爆震標(biāo)定等，需要在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行基本點(diǎn)火角、爆震的標(biāo)定驗(yàn)證；由于不同的水溫傳感器性能會(huì)有變化，必須在ECU 中對(duì)水溫傳感器進(jìn)行特性匹配，否則會(huì)對(duì)起動(dòng)、怠速、燃油修正、點(diǎn)火角修正、風(fēng)扇控制等與水溫相關(guān)的控制產(chǎn)生影響；電子油門踏板開度信號(hào)和電子節(jié)氣門的開度信號(hào)兩者之間具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如果特性變更，則需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行重新匹配標(biāo)定，對(duì)駕駛性有影響。

5 結(jié)論

綜上，整車、動(dòng)力總成及電控系統(tǒng)3 個(gè)系統(tǒng)中任何一個(gè)部件發(fā)生變化，都會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的變化，從而對(duì)整車標(biāo)定產(chǎn)生重大影響，這就需要標(biāo)定人員準(zhǔn)確掌握具體部件對(duì)相應(yīng)模塊會(huì)產(chǎn)生何種影響，從而準(zhǔn)確地對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定優(yōu)化。文章僅總結(jié)了部分零部件的影響因素，還需要標(biāo)定人員在標(biāo)定過程中不斷積累總結(jié)，從而在日益嚴(yán)格的排放、油耗標(biāo)準(zhǔn)及日益嚴(yán)峻的開發(fā)形勢(shì)的要求下，提高標(biāo)定效率和質(zhì)量，為整車開發(fā)提供更好的性能保障。