基于西門子EASY_U2W電控系統的某車型排放優化匹配研究

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

面對日益嚴苛的環境壓力，國家對汽車尾氣的排放控制也越來越嚴格，在催化器配比和發動機配置固定的情況下，通過優化調整電控系統中排放相關功能模塊可以有效地降低排放污染物的生成，是實現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多個功能模塊的匹配，包括啟動、催化器加熱、過度工況調整、閉環控制、EGR和VVT調整等方面。本文針對某車型排放的優化也是通過對西門子EASY_U2W電控系統中上述各功能模塊的標定數據優化調整來實現。

1 優化對象和目標介紹

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

表1某車型排放法規限值（國五）

表2該車型發動機性能參數

2 優化前車輛排放情況及結果分析

表3優化前車輛排放結果

結合國家國五排放法規來看（表3）優化前排放結果，HC和CO都已經嚴重超標，分析排放過程的秒采數據（表1）我們可以看出，在啟動階段產生了大量的HC，而NOX的生成在排放的整個過程都比較高，針對HC和CO產生的機理，我們在下文中采取針對性的數據調整來優化排放。如圖1所示為優化前排放的HC，CO和 NOX秒采圖。

圖1優化前排放的HC,CO和NOX秒采圖

3 優化措施

3.1 優化啟動，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，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，一旦導致失火，會反而導致HC和CO大量的生成，從而惡化排放。表4和表5中數據分別是優化前后啟動的噴油量大小。

表4更改標定前冷起動噴油量

表5更改標定后冷起動噴油量

3.2 優化催化器加熱功能

在排放過程中，催化器達到工作狀體需要達到一定的溫度條件，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，實現高的轉化效率，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動機燃燒產生的廢氣，如果能夠通過調整數據（見表7）提高廢棄的熱量，就能夠實現催化器的快速起燃，達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，提高怠速轉速，可以直接提高廢棄流量，提高目標怠速的范圍一控制在1200~1500轉，不能過大；第二，增大催化器扭矩預留，可以提高排氣溫度，這個主要通過推遲點火角來實現，但是點火角推遲的量不能過大，不然也會導致失火，進而惡化排放。表6和表7中數據分別是優化前后，催化器加熱功能開啟的時刻。

表6更改標定前催化器加熱功能開啟時刻

表7更改標定后催化器加熱功能開啟時刻

3.3 燃油空燃比閉環控制

經過研究發現，在汽油機的排放循環過程中，空燃比在0.99~1.0的范圍內時，燃燒后產生的三大污染物是最少的，在標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，導致排放變差，結合耐久車輛和催化器的狀況，通過調增空燃比的閉環控制來重新優化匹配它的最佳Lambda窗口，實現排放的減少。具體調整是電噴系統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控制產生修正因子通過調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[3]。表8和表9中數據分別是優化前后燃油空燃比的閉環修正系數。

表8更改標定前燃油空燃比閉環修正系數

表9更改標定后燃油空燃比閉環修正系數

3.4 優化過渡工況

在排放循環過程中，在過度工況階段空燃比處于開環狀態，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，在現在排放過程中所占比重越來越大，所以精確優化過度工況，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，要根據情況進行相應的加速加濃和減速減稀，進行優化加減速瞬態工況的氣缸油膜量（見表11），通過正反向調整來減少瞬態的HC和CO生成，來降低排放。表10和表11中數據分別是優化前后過渡工況油膜量調整。

表10更改標定前過渡工況油膜量

表11更改標定后過渡工況油膜量

3.5 優化VVT開啟時刻，調整EGR率

帶VVT功能的發動機通過優化調整VVT的開啟時刻（見表13），可以調整減少進氣量，有效降低燃燒，這樣HC和NOX的生成就會降低；根據三大污染的生成機理，NOX產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整減少EGR率（見表15），來減少廢棄再循環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，在優化HC和CO的過程中，不會導致NOX大量生成，從而導致優化失敗。表12和表13中數據分別是優化前后VVT的開啟時刻，表14和15中數據分別是優化前后EGR率的開度大小。

表12更改標定前VVT開啟時刻

表13更改標定后VVT開啟時刻

表14更改標定前EGR開度

表15更改標定后EGR開度

4 優化后排放結果和分析

表16車輛優化前后排放結果對比

從優化前后的結果對比，通過一系列的優化措施，HC和CO的排放值已經達到國家法規要求，并且已經降到很低的水平，結果讓人滿意。

從優化后秒采圖（圖2）示分析，在起動和第一個循環階段，HC和CO也已經按照預期的目標得到大幅度的下降，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，達到了最初優化的目標。

圖2優化后排放秒采圖

5 結束語

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

[1]錢人一.汽車發動機電子控制[M]:上海：上海交通大學出版社，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.發動機電控系統優化匹配方法的研究[J].小型內燃機，1999，28（4）:34.