基于西门子EASY_U2W电控系统的某车型排放优化匹配研究

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

面对日益严苛的环境压力，国家对汽车尾气的排放控制也越来越严格，在催化器配比和发动机配置固定的情况下，通过优化调整电控系统中排放相关功能模块可以有效地降低排放污染物的生成，是实现汽车尾气排放减少的最有效手段。汽车的排放工况控制涉及到电喷控制系统多个功能模块的匹配，包括启动、催化器加热、过度工况调整、闭环控制、EGR和VVT调整等方面。本文针对某车型排放的优化也是通过对西门子EASY_U2W电控系统中上述各功能模块的标定数据优化调整来实现。

1 优化对象和目标介绍

某车型搭载1.5 L自然吸气汽油发动机，配置有EGR和VVT等进排气系统附件，运用西门子汽车电子开发的EASY_U2W EMS发动机电喷系统来实现喷油和点火的自动控制，该车型为国五车型，其排放限值和发动机性能参数分别见表1[2]和表2。

表1某车型排放法规限值（国五）

表2该车型发动机性能参数

2 优化前车辆排放情况及结果分析

表3优化前车辆排放结果

结合国家国五排放法规来看（表3）优化前排放结果，HC和CO都已经严重超标，分析排放过程的秒采数据（表1）我们可以看出，在启动阶段产生了大量的HC，而NOX的生成在排放的整个过程都比较高，针对HC和CO产生的机理，我们在下文中采取针对性的数据调整来优化排放。如图1所示为优化前排放的HC，CO和 NOX秒采图。

图1优化前排放的HC,CO和NOX秒采图

3 优化措施

3.1 优化启动，减少喷油，减稀空燃比

排放的启动阶段，催化器没有进入工作状态，这个时候排放污染物会大量生成，所以在启动阶段，在保证启动启动成功的前提下，尽量保证空燃比达到1左右，HC的生成机理是空燃比越浓越多，为了减少HC和CO的生成量，一般都会在启动阶段，尽量优化喷油，减少喷油时间[1]（见表5），通过减稀空燃比来抑制HC和NOX的大量生成，但是同时要注意，减稀不能过度，一旦导致失火，会反而导致HC和CO大量的生成，从而恶化排放。表4和表5中数据分别是优化前后启动的喷油量大小。

表4更改标定前冷起动喷油量

表5更改标定后冷起动喷油量

3.2 优化催化器加热功能

在排放过程中，催化器达到工作状体需要达到一定的温度条件，通常这个温度是在350℃~400℃，如果催化器能够快速进入工作状态，实现高的转化效率，那么排放就会大大降低，让催化器温度升高的热量主要来自于发动机燃烧产生的废气，如果能够通过调整数据（见表7）提高废弃的热量，就能够实现催化器的快速起燃，达到减少排放污染的目的。为了提高废弃的热量，采取的措施主要有：第一，提高怠速转速，可以直接提高废弃流量，提高目标怠速的范围一控制在1200~1500转，不能过大；第二，增大催化器扭矩预留，可以提高排气温度，这个主要通过推迟点火角来实现，但是点火角推迟的量不能过大，不然也会导致失火，进而恶化排放。表6和表7中数据分别是优化前后，催化器加热功能开启的时刻。

表6更改标定前催化器加热功能开启时刻

表7更改标定后催化器加热功能开启时刻

3.3 燃油空燃比闭环控制

经过研究发现，在汽油机的排放循环过程中，空燃比在0.99~1.0的范围内时，燃烧后产生的三大污染物是最少的，在标定过程中称之为最佳空燃比（Lambda），窗口随着车辆和催化器的老化，这个窗口会慢慢地变窄，导致排放变差，结合耐久车辆和催化器的状况，通过调增空燃比的闭环控制来重新优化匹配它的最佳Lambda窗口，实现排放的减少。具体调整是电喷系统通过前氧反馈的混合气电压，与参考电压值（即Lambda=1的电压）比较，通过PI控制产生修正因子通过调整修正因子在偏浓一测的时间（见表9），可以使混合气空燃比相对于1有一个小的偏移，使其在重新在最佳空燃比(Lambda)窗口内[3]。表8和表9中数据分别是优化前后燃油空燃比的闭环修正系数。

表8更改标定前燃油空燃比闭环修正系数

表9更改标定后燃油空燃比闭环修正系数

3.4 优化过渡工况

在排放循环过程中，在过度工况阶段空燃比处于开环状态，它的变化会对排放造成很大的影响，特别是启动和暖机过程的过度工况，在现在排放过程中所占比重越来越大，所以精确优化过度工况，对降低排放显得特别重要，在过度工况下，在加速和减速过程中，要根据情况进行相应的加速加浓和减速减稀，进行优化加减速瞬态工况的气缸油膜量（见表11），通过正反向调整来减少瞬态的HC和CO生成，来降低排放。表10和表11中数据分别是优化前后过渡工况油膜量调整。

表10更改标定前过渡工况油膜量

表11更改标定后过渡工况油膜量

3.5 优化VVT开启时刻，调整EGR率

带VVT功能的发动机通过优化调整VVT的开启时刻（见表13），可以调整减少进气量，有效降低燃烧，这样HC和NOX的生成就会降低；根据三大污染的生成机理，NOX产生条件主要是高温富氧，这与HC和CO生成正好相悖，采取大量措施减少HC和CO的同时，会带来NOX生成的反而升高，这个时候就需要通过调整减少EGR率（见表15），来减少废弃再循环的废气流量来降低排气温度，这样能够有效地降低NOX的生成量，在优化HC和CO的过程中，不会导致NOX大量生成，从而导致优化失败。表12和表13中数据分别是优化前后VVT的开启时刻，表14和15中数据分别是优化前后EGR率的开度大小。

表12更改标定前VVT开启时刻

表13更改标定后VVT开启时刻

表14更改标定前EGR开度

表15更改标定后EGR开度

4 优化后排放结果和分析

表16车辆优化前后排放结果对比

从优化前后的结果对比，通过一系列的优化措施，HC和CO的排放值已经达到国家法规要求，并且已经降到很低的水平，结果让人满意。

从优化后秒采图（图2）示分析，在起动和第一个循环阶段，HC和CO也已经按照预期的目标得到大幅度的下降，高速短的的CO生成量明显减少，从排放工况来看，污染物的整体减少明显，达到了最初优化的目标。

图2优化后排放秒采图

5 结束语

本文通过采取调整排放数据中启动喷油，空燃比控制等措施，达到了优化排放的预期目标，排放匹配涉及到了标定的启动，过度工况等模块，我们在优化匹配排放的过程中，一定要把各个功能模块的优化匹配结合起来综合考虑，针对各功能模块的优化调整要兼顾到对其他功能模块的影响，许多的调整都必须是微调，不能过量和超调，只有这样才能得到理想满意的排放结果，达到优化目的。

[1]钱人一.汽车发动机电子控制[M]:上海：上海交通大学出版社，1999.

[2]GB18352.5-2013，轻型汽车污染物排放限值及测量方法（国家第五阶段）[S].

[3]王兆娟.发动机电控系统优化匹配方法的研究[J].小型内燃机，1999，28（4）:34.