房树堂

（东风商用车公司 市场销售总部服务保障部，湖北 十堰 442000）

随着世界环保法规的日益苛刻，超低排放、零排放汽车一直是各大汽车公司竞争的焦点所在，由此而引出的混合动力及燃料电池发动机被认为是未来汽车新的技术途径所在，但其技术处于不成熟的起步阶段，且缺乏规模生产的能力，所以在这一情形之下传统的内燃机汽车仍然是未来数10年汽车的主流，只是内燃机汽车的排放限制将更为苛刻。目前国际上以美国、日本和欧洲体系的汽车排放法规为典型代表，我国的排放法规基本是在参照欧洲法规的基础上制定的。

我国于2007年开始实施GB18352.3－2005国家标准“轻型汽车污染物排放限值及测量方法（Ⅲ、Ⅳ）”中第Ⅲ阶段的排放法规 （简称 “国Ⅲ排放法规”，相当于欧洲Ⅲ号），而北京市于2005年提前实施这一严格的排放法规，也颁布了燃油消耗法规及噪声法规。

在汽油发动机上采用“多点电控燃油喷射+三效催化转化器”来降低车辆的排放，是现代汽油机排放控制的主流。我国亟需在深入消化吸收国外先进技术的基础上，对现有国产汽油机进行技术革新，以满足各种新法规的要求。

本文主要介绍了电控发动机管理系统与整车开发的匹配工作，整车的各系统功能开发与整车的匹配标定，其中包括发动机运行参数的匹配标定及整车与发动机在高温、高原、低温等特殊环境下的匹配试验。目的是介绍发动机管理系统在目前自主发动机满足更加苛刻的排放法规中的开发技术。

1 排放控制法规的有效技术对策

为适应不断升级的排放法规，发动机管理系统也在进行技术升级，其中主要经历4个阶段：1）改进汽油发动机的供油及点火技术；2）改善发动机的燃油经济性；3）提高发动机综合性能；4）降低发动机有害物的排放。

目前所处的阶段主要是降低汽车有害物的排放，汽车有害气体的排放主要来自发动机的燃烧废气、油箱的蒸发、曲轴箱废气及进气歧管的燃油残留；气体中有害成分是碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）及氮氧化合物（NOx）。

欧盟排放法规主要经历6个阶段：1）ECER15/04：开环燃油控制、化油器或单点喷射；2）ECE－R83/01：开环燃油控制、单点喷射、氧化型催化转换器；3）EC93（欧洲I号）：闭环燃油控制、单点或多点喷射、三元催化转换器；4）EC96（欧洲II号）：闭环燃油控制、多点喷射、三元催化转换器；5）EC2000（欧洲III号）闭环燃油控制：闭环燃油控制、多点顺序喷射、（紧耦合式）三元催化转换器、电子控制废气再循环阀 （选装）、优化蒸发排放控制、（依法规装备）EOBD 诊断系统；6）EC2005（欧洲IV号）：闭环燃油控制、多点顺序喷射、快速起燃式催化转换器、电子控制废气再循环阀、蒸发排放系统、EOBD诊断系统。

对发动机管理系统而言，可以精确地控制进入发动机汽缸内的空气和燃油的混合比、燃烧过程及废气转换，以达到优化发动机性能，改善汽车驾驶性能的目的，并且更加严格地控制汽车所排出的废气对于空气的污染。

2 发动机管理系统的开发程序

发动机管理系统在整车上的匹配标定流程如图1所示，可以看出，整车的匹配标定包括3个环节：系统定义、车辆环境适配标定试验及环境验证阶段。各开发阶段及环境试验项目见表1。

图1 发动机管理系统的开发流程

系统定义经历初始部件的特征定义、部件的初始性能标定、发动机初始基础台架标定等过程，在此过程中同步完成车辆的工程样机准备工作。

在完成车辆的试制后进行常规的车辆匹配标定工作，保证车辆在正常环境下能够正常运行，包括常规的驾驶特性标定然后让车辆在极限环境中进行适配试验，如热带、寒带及高原环境的适配试验，保证车辆在各极限环境中的驾驶性，冷、热启动性等。在完成环境适配试验后进入车辆的排放标定试验。将车辆放置在整车排放测试试验台上，按排放法规规定的工况进行排放测试，调试发动机的运行参数，使车辆尾气排放达到国家法规规定的界限。

在完成环境匹配试验后，进行车辆的环境验证阶段，在此阶段，会增加验证车辆的数量，在3个极限工况进行车辆运行的环境监测验证，使车辆在批产的状态下，验证各参数运行的合理性。

表1 各环境验证参数及各阶段的工作内容

3 发动机管理系统功能开发及标定

发动机管理系统功能包括速度密度空气计量法、闭环控制多点顺序燃油喷射(包括MAPCID压力判缸)、无分电器直接点火、ECM内置点火模块驱动分组点火(也可支持顺序点火)、线性EGR控制、步进马达怠速控制、爆震控制、空调、冷却系统控制、里程记忆、过电压保护、电子防盗、CAN－BUS通讯接口可与自动变速箱控制模块或ABS系统通讯等。其主要开发流程及主要标定参数如下。

3.1 发动机台架基础标定

发动机台架基础标定的目的是为获取电喷系统的基础数据及发动机性能特性，为整车开发准备良好的基础。主要匹配的内容如下：台架基础标定准备，包括喷油器的基本喷油特性、空气温度特性匹配、空气流量特性及容积效率、基本点火提前角及修正系数、空然比特性匹配标定及大气压力修正等发动机基础特性匹配参数的选择。完成基本参数匹配后基本得到发动机的外特性曲线参数，其基本匹配参数见图2。

3.2 车辆的基础标定

车辆的基础标定包括车辆冷启动标定、怠速稳定性标定、加速工况标定、减速工况标定、减速断油、发动机瞬态过渡工况供油标定、匀速行驶标定、机械及电力负载加/减载标定等。车辆基本标定完成后，车辆在正常条件下能满足日常驾驶需求。

以车辆冷启动为例，其空燃比控制策略及发动机启动的3个阶段，发动机转速变化如图3a所示。

图2 发动机基本台架匹配参数

1）发动阶段：发动阶段的空燃比控制策略采用大的初始喷油脉宽，弥补壁湿作用、低挥发性和低电瓶电压的影响，使空燃比达到着火界限。并且，经过一定时间（通常以发动机累计转数计算）后，减小喷油脉宽，避免供油过多造成淹缸。发动阶段的目标空燃比

式（1）中，Fstart为ECM中的二维表格，Tw为水温，如图3b所示。Kstart为可标定初始加浓项。

2）着车阶段：这一阶段由于转速变化速度很快，因此是一个高度非稳态过程。着车阶段的控制要求保证燃油供给准确，防止供油过渡造成过量排放，实现发动机稳定运转。在这一过程控制所要考虑的因素有发动机转速迅速增加，进气管压力下降造成壁面燃油蒸发，进气速度增加和燃烧室温度上升。着车阶段要迅速减小喷油脉宽，实现方法是将Fstart按水温衰减，或继续将加浓因子Kstart按可标定规律衰减为零（图3b）。

3）暖机阶段：暖机阶段的主要特征是水温持续上升。这一阶段的目标是通过合适的怠速尽快实现暖机，如有可能，使空燃比略偏稀来提高排气温度以加快催化器起燃。暖机阶段要将当前空燃比逐渐变为发动机正常运转空燃比，方法是将二者的差值按可标定规律衰减为零。

从控制策略上看可以通过优化空燃比、点火角等方式降低THC的排放量。

图3 发动机启动过程

3.3 整车极限环境验证试验

1）高温试验：高温条件下的冷、热起动性能良好，且起动时间小于1 s；冷机驾驶及热机驾驶性能，冷起动驾驶性、暖机驾驶性、怠速和重新起动性能良好；怠速控制试验，长时间怠速稳定，发动机转速波动小于 30 r·min－1；开关电力负载的瞬间，发动机转速波动小于 100 r·min－1；开关空调的同时，发动机怠速自动提升和回落，且波动小于 150 r·min－1；爆震，夏季试验中消除爆震现象发生；风扇及空调控制，系统对发动机冷却风扇、空调系统的控制逻辑正确，控制点准确；催化器工作温度，三元催化器的温度低于催化器长期工作温度的限值 930°C。

2）高原试验：高原冷起动及驾驶性，试验的目的是考核发动机在高海拔下浸置后的冷起动性能，空燃比标定是否适合，及起动后的驾驶性能，应保证试验车高原冷起动性能良好，起动时间小于1 s，高原冷机驾驶性良好；高原热起动及驾驶性，高原热起动性能良好，起动时间小于1 s，热机驾驶性良好；怠速稳定性试验，目的是考核发动机在高原状态下的怠速稳定性，发动机转速波动应小于±30 r·min－1；高原爆震验证试验是考察发动机在高原状态下的爆震，高原地区不应出现爆震现象；冷却系统验证试验目的是考察发动机是否在高原地区出现开锅现象，由于高原地区大气压低，导致冷却液沸点降低，有可能出现开锅现象。

3）低温试验：低温环境下的冷起动性能，在低温环境下浸置至少6 h后的冷起动及冷态驾驶性能。通过调整不同环境温度下发动机管理系统对空燃比的控制及点火提前角的选择来达到发动机顺利起动及冷态驾驶；冷起动重复验证试验，考核发动机在连续起动不着，造成淹缸的条件下，通过空燃比的控制可以减少或防止淹缸现象发生，如果发动机在数次打车不着的前提条件下，可以通过减少喷油或不喷油的控制逻辑来清除淹缸现象；节流阀体结冰验证试验，在发动机高速高负荷的条件下如果长时间维持节气门在一定开度，且保持不变，由于节气门后的真空度作用，在节气门体处会形成一个较环境温度低的低温区域，如果长时间保持这种状态，如果空气中的水蒸气分压较大，水蒸汽会在节气门体形成结冰，导致节气门体冻死。驾驶者失去对车辆的控制，形成危险条件。因此，一般高档轿车会有冷却循环水加热节气门体，但并非所有的电喷车辆都有加热循环系统，如果车辆通过合理的配置使节气门体处于一个热相对平衡的条件下，也可以不使用加热而达到使用要求。

4 结 论

叙述了在整车开发过程中发动机管理系统所承担的作用，重点介绍了发动机管理系统与整车功能匹配的关系。通过对发动机管理系统功能开发及标定流程的介绍，描述了汽车法规、环保技术及现代车辆的发展前景。