武 斐 陳國棟 王 昊 王桂洋 袁忠莊

（中國第一汽車股份有限公司技術(shù)中心）

1 前言

微型汽車具有空間大、承載質(zhì)量大等功能要求，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有許多不同于轎車的地方。同時(shí)，微型汽車的面向群體決定了其必須有更低的價(jià)位，而低價(jià)位可能會(huì)對整車零部件的質(zhì)量產(chǎn)生影響。本文結(jié)合V70整車標(biāo)定中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出影響微型汽車整車標(biāo)定性能的關(guān)鍵零部件：油泵總成、發(fā)電機(jī)、觸媒、真空助力器、傳動(dòng)系等，并闡述了這些零部件對整車標(biāo)定的影響。

2 油泵總成對整車標(biāo)定的影響

汽油機(jī)燃油系統(tǒng)如圖1所示。圖1中，油泵總成的兩個(gè)零部件質(zhì)量對其性能影響最大：一是單向閥，二是調(diào)壓閥。單向閥的作用是，當(dāng)油泵停止工作時(shí)，立即阻止油管、燃油導(dǎo)軌中的燃油回流，保持油管、燃油導(dǎo)軌中有一定的壓力；調(diào)壓閥的作用是，在油泵工作時(shí)，始終保持油管中的油壓與大氣壓的壓差恒定[1]。

2.1 油泵總成保壓能力對整車標(biāo)定的影響

燃油壓力與燃油溫度的關(guān)系如圖2所示。從圖2中可以看出，燃油壓力越低，產(chǎn)生燃油蒸氣所需要的溫度就越低。當(dāng)油管中產(chǎn)生蒸氣時(shí)，燃油供給就會(huì)不連續(xù)甚至中斷，即發(fā)生“氣阻”，使高溫?zé)崞饎?dòng)的時(shí)間明顯變長，甚至起動(dòng)失敗。

表1是海南熱帶適應(yīng)性標(biāo)定中燃油導(dǎo)軌中燃油溫度的測試結(jié)果。從表1中可以看出，燃油溫度可以達(dá)到57～75℃。這種情況下，如果燃油壓力低于200 kPa，就會(huì)產(chǎn)生“氣阻”。

表1 燃油溫度測試結(jié)果

當(dāng)車輛停放一天后，如果油泵總成的保壓能力差，則油管、燃油導(dǎo)軌中的燃油壓力會(huì)很低，甚至沒有壓力。當(dāng)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，需要一段時(shí)間在油管和燃油導(dǎo)軌內(nèi)建立正常工作油壓，而在油壓的建立過程中，實(shí)際噴油量減少，使得可燃混合氣偏稀，造成發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不良、起動(dòng)時(shí)間偏長。

按照國家排放法規(guī)進(jìn)行排放測試可知，在起動(dòng)及起動(dòng)后初期，排放物中THC占到整個(gè)工況循環(huán)的一半以上[2]。如果這個(gè)時(shí)期THC排放不能得到有效控制，整個(gè)排放循環(huán)的THC排放很難達(dá)到法規(guī)要求。

2.2 油泵總成工作油壓對整車標(biāo)定的影響

很多國外電控系統(tǒng)供應(yīng)商要求工作油壓控制在324±5 kPa以內(nèi)，但實(shí)際上，油泵總成國產(chǎn)化后，工作油壓很難控制在此范圍以內(nèi)，通常情況下油泵壓力只能控制在324±15 kPa。挑選出工作油壓為324 kPa的試驗(yàn)車為標(biāo)定樣車，安裝中間公差的噴油器、T-MAP、氧傳感器，標(biāo)定空燃比反饋調(diào)整量fafav為0。那么，當(dāng)工作油壓出現(xiàn)偏差時(shí)，空燃比反饋調(diào)整量fafav的計(jì)算公式為：

式中，pfr為燃油導(dǎo)軌中的燃油壓力；pasub為進(jìn)氣壓力與大氣壓的差值，即真空度。

由圖3可知，當(dāng)工作油壓為310 kPa或340 kPa時(shí)，空燃比反饋調(diào)整量超過了±2%。考慮噴油器、TMAP傳感器、氧傳感器和發(fā)動(dòng)機(jī)制造等公差，空燃比反饋調(diào)整量偏差很容易超出±（5%～6%），對排放標(biāo)定造成較大難度。

3 發(fā)電機(jī)對整車標(biāo)定的影響

3.1 對怠速穩(wěn)定性標(biāo)定的影響

圖4是發(fā)電機(jī)的輸出電流和輸入扭矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線。從圖中可知，怠速無負(fù)載狀態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)只使用了發(fā)電能力的一部分，當(dāng)外部負(fù)載所需要的電流增加時(shí)，發(fā)電機(jī)將從發(fā)動(dòng)機(jī)獲取更多的輸入扭矩，從而引起發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降。

3.2 對起動(dòng)標(biāo)定的影響

在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)機(jī)要消耗蓄電池大量電流，使蓄電池處于饋電狀態(tài)。當(dāng)起動(dòng)成功后，發(fā)電機(jī)開始發(fā)電并對蓄電池充電，如果充電電流過大，則會(huì)消耗發(fā)動(dòng)機(jī)更大扭矩，引起發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降（圖5），造成車輛起動(dòng)性能惡化。

3.3 對排放標(biāo)定的影響

如果發(fā)電機(jī)發(fā)電效率得到提高，就會(huì)消耗更少的機(jī)械能，從而實(shí)現(xiàn)更低油耗和更低排放。目前使用的傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)，在整個(gè)工作區(qū)間內(nèi)的平均效率低于50%，而改進(jìn)后的發(fā)電機(jī)在整個(gè)工作區(qū)間內(nèi)的工作效率可以達(dá)到70%以上[3]。

從圖6可以看出，在相同的標(biāo)定數(shù)據(jù)下，采用原發(fā)電機(jī)，怠速開大燈時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由700 r/min下降到580 r/min左右，轉(zhuǎn)速波動(dòng)超過100 r/min；采用改進(jìn)后的發(fā)電機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由700 r/min下降到650 r/min以上，轉(zhuǎn)速波動(dòng)在50 r/min以內(nèi)，其結(jié)果滿足工程目標(biāo)要求[4]。

4 觸媒安裝位置對整車標(biāo)定的影響

微型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)觸媒一般布置在駕駛室座椅下面，并且傾斜一定的角度，由于空間有限，較少能采用緊耦合方式布置，而是把觸媒安裝在相對靠后的位置（圖 7）。

觸媒的安裝位置與排放標(biāo)定密切相關(guān)，在觸媒達(dá)到起燃溫度以前，觸媒對排放物幾乎沒有任何凈化作用，排放物全部排放到大氣中。試驗(yàn)結(jié)果表明，該時(shí)間段的排放占到整個(gè)排放循環(huán)的一半以上。因此，使觸媒盡快達(dá)到起燃溫度是排放達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵所在。

觸媒的升溫完全靠排氣加熱，如果觸媒安裝位置太靠后，排氣到達(dá)觸媒時(shí)必然損失大量熱量，造成觸媒達(dá)到起燃溫度的時(shí)間大大延長。通常，在進(jìn)行充分標(biāo)定并且標(biāo)定數(shù)據(jù)較為合理的情況下，采用緊耦式觸媒布置方案時(shí)，觸媒達(dá)到起燃溫度的時(shí)間約為20～25 s，而采用上述布置方式時(shí)觸媒達(dá)到起燃溫度時(shí)間約為 50～70 s。

在國Ⅳ的排放標(biāo)定過程中，觸媒采取原布置方案，盡管采取了推遲點(diǎn)火角、提高目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速、精確控制空燃比等多項(xiàng)觸媒加熱和降低原始排放的措施，THC排放始終在限值的70%左右，無法達(dá)到限值58%的工程目標(biāo)。

發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)部門對排氣歧管進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，將觸媒安裝位置往前提了約80 mm。從圖8中可以看出，僅僅縮短80 mm的長度，觸媒達(dá)到起燃溫度時(shí)間由原來的60～70 s縮短至50 s左右，THC排放也隨之滿足了工程目標(biāo)要求。

5 真空助力器對整車標(biāo)定的影響

5.1 真空助力器工作過程簡介

圖9a是發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)真空助力器的狀態(tài)，此時(shí)真空助力器的腔體（A腔和B腔）通過真空單向閥與節(jié)氣門后相通，所以這時(shí)腔體內(nèi)部具有一定的真空度。當(dāng)踩動(dòng)制動(dòng)踏板時(shí)，密封裝置將A腔與B腔隔離開，見圖9b；當(dāng)進(jìn)一步踩動(dòng)制動(dòng)踏板時(shí)，真空助力器的B腔進(jìn)入空氣，而A腔仍然保持真空，由于兩者之間有壓差，從而產(chǎn)生助力作用[5]，見圖9c。

5.2 真空單向閥的作用

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由于節(jié)氣門部分開啟，則節(jié)氣門后有一定的真空度。這時(shí)，真空助力器的單向閥兩側(cè)產(chǎn)生一定的壓差，從而單向閥開啟，真空助力器腔體內(nèi)的空氣流向節(jié)氣門后，進(jìn)而進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)參與燃燒。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火以后，節(jié)氣門后氣壓等于大氣壓，而真空助力器腔體內(nèi)仍有一定的真空度，但是由于單向閥的存在，節(jié)氣門后面的氣體無法進(jìn)入真空助力器腔體，則真空助力器仍然保持一定的真空度。所以，即使車輛放置了一段時(shí)間，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)前，踩動(dòng)制動(dòng)踏板仍然感覺很輕，但是連續(xù)踩幾次后，隨著真空助力器內(nèi)部的真空度逐漸減小，真空助力器也隨之失去助力作用。

如果真空單向閥的質(zhì)量不好，或者與大氣相通的密封裝置（圖10）密封較差，那么外部大氣必然會(huì)緩慢進(jìn)入真空助力器，造成真空助力器內(nèi)部氣壓逐漸與大氣壓相當(dāng)。

在上述情況下起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)節(jié)氣門后產(chǎn)生真空度時(shí)，真空助力器內(nèi)部的氣體會(huì)瞬間流入節(jié)氣門后，而從節(jié)氣門后進(jìn)入的氣體是不受節(jié)氣門控制的，所以這些“多余”氣體的進(jìn)入，必然會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)工作的異常。

5.3 對整車標(biāo)定的影響

5.3.1 對常溫起動(dòng)標(biāo)定的影響

圖11是在其它條件相同的情況下，起動(dòng)前踩制動(dòng)踏板次數(shù)不同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)速的對比曲線。從圖11中可以看出，隨著踩制動(dòng)踏板次數(shù)增多，真空助力器的真空度降低越多，從而起動(dòng)后從真空助力器“抽”進(jìn)的氣體就越多，造成發(fā)動(dòng)機(jī)的上升轉(zhuǎn)速升高。

5.3.2 對排放標(biāo)定的影響

在進(jìn)行排放測試前，需要人力把車輛從浸車間推入轉(zhuǎn)鼓間。由于車輛停放的位置不同，車輛到達(dá)轉(zhuǎn)鼓間的路線也不同，有時(shí)可以直接進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓間，而有時(shí)可能需要多次調(diào)頭才能進(jìn)入，在這個(gè)過程踩制動(dòng)踏板的次數(shù)必然不同。

通過小型排放分析儀，對起動(dòng)時(shí)的THC排放進(jìn)行測量，所得結(jié)果如圖12所示。從圖12可以看出，兩者的THC峰值相差近200×10-6。

5.3.3 對低溫起動(dòng)標(biāo)定的影響

在低溫情況下，真空助力器的單向閥容易出現(xiàn)故障，表現(xiàn)為：第1次開啟困難，即在起動(dòng)后一段時(shí)間單向閥才突然開啟，從而引起轉(zhuǎn)速在下降的過程中出現(xiàn)突然的上升；當(dāng)此單向閥首次開啟成功后，再進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，這種現(xiàn)象不會(huì)再出現(xiàn)。

圖13是寒區(qū)適應(yīng)性標(biāo)定中單向閥出現(xiàn)故障時(shí)的采集記錄。從圖中可以看出，低溫起動(dòng)成功后，在轉(zhuǎn)速向目標(biāo)怠速緩慢回歸的過程中，轉(zhuǎn)速突然出現(xiàn)一個(gè)上升，上升轉(zhuǎn)速超過200 r/min。

6 傳動(dòng)系對整車標(biāo)定的影響

由于微型汽車結(jié)構(gòu)和功能的特殊性，大多采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)的方式，其中一大特點(diǎn)是長傳動(dòng)軸貫穿前、后（圖14）。因此，傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)和質(zhì)量，以及輪胎與車輪的質(zhì)量，都會(huì)對整車標(biāo)定產(chǎn)生影響。原因是，當(dāng)車輛行駛時(shí)，路面阻力及激勵(lì)會(huì)通過傳動(dòng)系反作用于發(fā)動(dòng)機(jī)，引起發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，其傳遞路線為輪胎→后橋→傳動(dòng)軸→變速器→發(fā)動(dòng)機(jī)。

在OBD標(biāo)定過程中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過2 000 r/min后，車輛振動(dòng)明顯，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)出明顯的周期性波動(dòng)（圖15）。周期性波動(dòng)大，不僅大大降低了整車的舒適性，更嚴(yán)重的是ECU會(huì)誤判車輛發(fā)生失火，從而引起故障燈點(diǎn)亮，使車輛進(jìn)入故障模式。為防止發(fā)生失火誤判，可以放寬失火診斷門限，所帶來的負(fù)面效應(yīng)是真正發(fā)生失火時(shí)不能及時(shí)檢出。

為分析問題，對圖15a進(jìn)行局部放大，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)量仍然具有明顯的周期性（圖15b）。對圖15b中的曲線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化周期恰好與車輪轉(zhuǎn)動(dòng)周期一致，因此推測此現(xiàn)象是由車輪的周期性跳動(dòng)造成的。

原用車輪的輪轂為鋼制輪轂，容易發(fā)生變形，同時(shí)微型汽車載質(zhì)量較大，變形問題更為突出。在更換為鋁合金輪轂后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的周期性波動(dòng)消失，整車舒適性也得到明顯改善，OBD失火標(biāo)定得以順利完成。

1 （日）藤遲英也.最新電控汽油噴射.北京：北京理工大學(xué)出版社，2000.

2 李晶華，高俊華.汽油車低溫冷起動(dòng)和常溫冷起動(dòng)排放特性的對比分析.汽車技術(shù)， 2007（4）:25～28.

3 張科勛，童毅.一體式起動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)概述.汽車工程，2005，27（3）:377～380.

4 Q/CACBD—17.111111—2002汽車駕駛性感覺評價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn).

5 史立偉，張學(xué)義.汽車真空助力泵設(shè)計(jì).機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2008（4）:1～2.