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通用汽车第八代Ecotec全新1.5T发动机亮点解析作者：来源：《汽车与运动》2021年第08期作为通用汽车第八代Ecotec发动机家族的最新成员，第八代Ecotec全新1.5T四缸直喷涡轮增压发动机采用行业领先的“单缸最优”和模块化开发理念，荟萃前沿智驱科技，不仅延续了“高性能、高效能、高耐久”的优异口碑，还实现了“更性能、更智能、更安静”的突出特性，体现出上汽通用汽车开发驱动系统的传承与创新。
全新1.5T发动机将搭载于上汽通用汽车旗下多款主力车型上，兼顾消费者对驾驶乐趣和节能环保的双重需求。
得益于行业领先的35MPa高压直喷系统、电动放气阀涡轮增压器、全可变排量机油泵等标杆技术，第八代Ecotec全新1.5T发动机实现性能的全面提升。
根据不同调校，新发动机最大功率达到135kW～155kW，比上代发动机提升26%，特别是高达103kW的升功率堪称同排量动力翘楚;同时，最大扭矩输出范围达到250Nm～270Nm，比上代提升8%，且峰值扭矩对应的转速区间更为宽泛，赋予车辆超越同级的加速性能和更从容自如的高速巡航表现。
此外，按照更为严苛的WLTC工况测试标准，新发动机燃油经济性比上代提升6%，且满足目前全球最严苛的加州蒸发排放法规要求，在节能环保方面亦可圈可点。
· 35MPa 高压燃油直喷系统：通过精确控制喷油量，既保证怠速燃烧的稳定性，也满足高功率开发要求，能确保燃油充分燃烧，带来强劲性能与更低排放。
·高滚流气道、缸盖燃烧室进气侧masking、长冲程（S/B 1.15）和大弧面活塞头部：优化进气流动性，提高进气效率，促进高速燃烧。
·升级的全程可变进排气正时系统：行业首发全新的Dual Fast相位调节器，最大调节速度比上一代产品提高一倍;同时采用中置大角度结构设计，控制阀内实现机油自循环，显著提升发动机扭矩响应速度。
此外机油消耗率降低50%，并减小油压需求，有助降低油耗。
联电系统标定流程标定好比磨刀，基于这把刀的材质、硬度、形状，功能来打造一把合适的刀，完美的标定是发挥出刀的最佳性能，突出重点！一、匹配准备在台架上安装发动机及其相关附件。
匹配车匹配检查和准备：为了使匹配数据能覆盖制造上的公差，每一种状态的车型必须有两辆以上的匹配车。
二、发动机台架基本匹配（约40工作日）1、传感器信号检查（约3天）确定所有传感器（水温传感器，空气温度传感器，HFM等）输入和输出信号准确。
ECU通过A/D转换能正确接受信号，各执行器工作正常（炭罐电磁阀，喷油嘴，点火线圈等）。
确保系统正常工作。
2、标定喷油结束时间（约2天）喷油结束时间决定了燃油的雾化即混合气形成的好坏，这将直接影响到发动机的燃烧情况。
标定喷油结束时间主要以尾气中的HC排放含量为指标。
确定最合适的喷油结束时间。
（a）空燃比脉谱图（b）点火定时脉谱图3、标定负荷模型（约15天）精确地判断进入汽缸的新鲜空气量是发动机控制的基础，由于进气脉动和汽缸中残余废气的存在，以及如废气再循环，曲轴箱通风和油箱通风等导致的进气量变化，使得完全依靠传感器来精确判断进气量已不可能。
负荷模型通过测量进气压力，燃油消耗量，原始排放和空燃比，以及各种环境和发动机参数，并通过一系列的数学模型和函数对各种工况下的进气特性进行计算和模拟，最终达到精确地判断进入汽缸的新鲜空气量的目的。
标定负荷模型所需的工作量随系统配置的复杂程度变化，如可变进气系统（进气长短管切换），可变气门正时系统，废气再循环系统废气涡轮增压系统等都会大大地增加负荷模型的匹配时间。
4、标定喷油量（约2天）在负荷模型匹配好以后，按照理论计算可以得到在各工况点让空燃比λ=1的喷油量，但是由于供油系统也存在偏差，导致在某些情况下空燃比偏离1，这需要在这里得到修正。
5、扭矩模型（约15天）发动机的扭矩是发动机控制系统的中心变量，因此首先要匹配发动机在各种转速和节气门开度下，在空燃比等于1以及各种点火提前角等条件下，发动机所能发出的最大扭矩，这是发动机扭矩控制的基础值（对应100%的空燃比效率和100%的点火角效率）。
上海理工大学报告姓名：学号：专业：浅述三款发动机可变气门系统1 摘要能源与环境问题是目前汽车工业所面临的两个问题。
为了提高汽油机的燃油经济性和动力性，满足越来越严格的排放法规要求，世界各大公司竞相采用新技术装备其生产的轿车。
为了满足发动机全工况的要求，就需要设计可变的配气相位。
可变气门技术就改变了传统发动机中配气相位固定不变的状态，在发动机运转工况范围内提供最佳的配气正时，较好地解决了高转速和低转速、大负荷和小负荷下动力性与经济性的矛盾，同时改善废气排放。
本文选取当前市场上三个不同国家的三款发动机可变气门系统，分别是本田的i-VTEC 、通用的ECOTEC DVVT 、宝马的Double-VANOS，进行简述。
关键词：i-VTEC 、ECOTEC DVVT 、Double-VANOS2 发展现状现在我们周围很多车型的发动机都采用的“可变气门正时技术”是上世纪60年代末由菲亚特公司最先研发成功的，但这项技术真正被发扬光大、为人熟知还要从本田应用VTEC技术的1983年算起，最早VTEC技术被运用在本田的REV 摩托车发动机上，正是因为这项技术才使看似矛盾的车辆燃油经济性和动力性有了更好的结合办法。
3 原理i-VTECi-VTEC技术作为VTEC技术的升级技术，其不仅完全保留了VTEC技术的优点，而且加入了当今世界流行的智能化控制理念。
本田公司在1989年推出了自行研制的“可变气门正时和气门升程电子控制系统”，英文全“Variable ValveTiming and Valve Life Electronic Control System”，缩写就是“VTEC”，是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程等两种不同情况的气门控制系统。
本田的VTEC发动机一直是享有“可变气门发动机的代名词”之称，它不只是输出马力超强，它还具有低转速时尾气排放环保、低油耗的特点，而这样完全不同的特点在同一个发动机上面出现，就因为它在一支凸轮轴上有多种不同角度的凸轮。
专业解读：发动机ECU标定全流程标定好比磨刀，基于这把刀的材质、硬度、形状，功能来打造一把合适的刀，完美的标定是发挥出刀的最佳性能，突出重点！一、发动机匹配工作的目标：1 通过发动机台架的匹配，使发动机具有良好的稳态性能，在保证发动机工作可靠性(无爆震，无过热)的情况下，达到发动机的设计功率，扭矩和油耗性能。
2 通过对发动机在车辆上的匹配，使发动机与车辆其他系统(各种电器负载，传动系统，制动系统，三元催化转化器等等)协调工作，保证发动机在各种环境和工作条件下，都具有良好的起动怠速性能，良好的驾驶舒适性和排放性能。
同时还要进行完善的车载诊断系统(OBD)的匹配。
3 通过高温，高寒和高原等道路环境试验，对匹配好的各种性能进行全方位地验证，保证发动机和车辆在各种情况下都能达到既定的安全，环保和驾驶舒适性等严格的指标。
对于汽油机来说，技术上就是控制进气(合理的配气相位，节气门开度等)、喷油(最佳的空燃比)及点火(合适的点火提前角)三者的配合。
需要加以说明的是，发动机的动力性能和经济性能的最大潜力取决于发动机的本体设计，发动机匹配工作只不过是努力使这些潜力得到挖掘或协调。
例如，汽油机通过改变进气量来改变输出的扭矩和功率，进排气系统的设计决定了发动机的充气效率，因此当发动机结构确定时，一定工况下发动机的最大充气量就已确定，发动机的动力性能也就确定；又如，发动机的工作效率，即燃油经济性，决定于燃烧效率及机械效率，通过改变喷油时间、喷油量以及点火提前角可以改善燃油经济性，但是不能突破由于发动机设计限定的燃油经济性极限。
二.发动机管理系统(EMS)和电子控制单元(ECU)发动机管理系统(EngineManagement System, 缩写为EMS)：1979年，BOSCH公司将点火提前角电子控制与燃油定量电子控制融为一体，开发出Motronic,并引入爆震控制、排气再循环等，以满足更趋严格的性能和排放要求，其电子控制范围覆盖整个发动机，称为发动机电子管理系统，其核心是燃油定量和点火正时电子控制。
宝马Double-VANOS/Valvetronic1992年，宝马推出了气门无级调节管理——Double-V ANOS双凸轮轴可变气门正时系统，是应用在BMW M3上的世界首创技术。
V ANOS系统是一个由车辆发动机管理系统操纵的液压和机械相结合的凸轮轴控制设备。
此控制系统的优点是可以根据发动机运行状态，通过凸轮轴精确的角度控制对进气门和排气门的气门正时进行无级调节，并且不受油门踏板位置和发动机转速的影响。
V ANOS系统基于一个能够调整进气凸轮轴与曲轴相对位置的调整机构。
在实际驾驶中，这意味着在发动机转速较低时可以提供充足的扭矩，而在高转速范围内则可达到最佳的功率。
此外，Double-V ANOS增加了对进排气凸轮轴的调整机构，双凸轮轴可变气门正时系统可极大地减少未燃烧的残余气体，从而改进了发动机的怠速性能。
V ANOS系统根据发动机转速和加速踏板位置来操作进气凸轮轴。
Valvetronic电子气门是具有可变进气门升程控制功能的气门驱动系统，发动机的进气完全由无级可变进气门升程控制，不再需要以往对于内燃式汽油发动机来讲必不可少的节气门。
在发动机转速达到最低时，进气门将随后开启以改善怠速质量及平稳度。
发动机处于中等转速时，进气门提前开启以增大扭矩并允许废气在燃烧室中进行再循环从而减少耗油量和废气的排放。
最后，当发动机转速很高时，进气门开启将再次延迟，从而发挥出最大功率。
电子气门技术的另一重要优点，是踩踏油门时发动机产生反应的时间加快。
传统发动机以油门控制节气阀的方式，油门踩下节气阀打开，还要等待空气流入填满进气歧管之后，才会大量进入发动机气缸，产生所需要的动力。
而电子气门发动机油门踩下时可直接控制加大进气阀门开启深度，大量空气立刻流入发动机气缸，产生所需要的动力。
电子气门发动机进气阀门开启深度最浅0.25mm，最深可以到9.7mm，相差近40倍，然而从最浅变化到最深，电子气门整体机构所需要的反应时间大约只要0.3s。
10.16638/ki.1671-7988.2017.14.047基于扭矩的发动机怠速控制研究林思聪，李钰怀，张安伟，刘巨江（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州511434）摘要：文章分析了EMS基于扭矩的控制策略，将传统PID控制方法与基于扭矩的控制策略相结合，并在一台B 级车上进行试验研究，试验结果表明所研究的怠速控制策略能取得良好的控制效果。
关键词：怠速；扭矩模型；PID；闭环控制中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)14-134-04Reserch on Idle Control Base on TorqueLin Sicong, Li Yuhuai, Zhang Anwei, Liu Jujiang（GAC Engineering, GuangDong GuangZhou 511434）Abstrace: In this paper, the EMS torque based control strategy is presented, the traditional PID control method combines with the torque based control strategy, it was found from the test on a B class vehicle that the idle control strategy which was researched in this paper can reach good control effect.Keywords: idle; torque model; PID; closed loop controlCLC NO.: U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)14-134-04前言怠速工况是发动机在对外不做功的情况下，以最低稳定转速运行的状态。
据统计，发动机约有30％的燃油是消耗怠速工况中，在汽车工况法排放测试中，怠速排放的CO和HC 量通常占总排放量的70％左右[1]，发动机运转在怠速工况下的比例非常高。
发动机怠速时具有非线性、时变性、不确定性的特点，大大提高了被控对象参数识别和控制参数的整定难度。
采用一组设定好的参数对怠速进行控制很难达到良好的控制效果[2]。
1 EMS基于扭矩的控制策略EMS基于扭矩的控制策略将EMS的各种功能通过扭矩的方式来实现，能够协调各个独立的功率源及各种功能的扭矩需求，并通过合适的方式来产生所需求的扭矩。
扭矩的控制措施包括点火提前角、节气门开度以及空燃比调节等。
各个功率源与各种功能的实现均以扭矩的形式进行通讯，将所有的扭矩需求无量纲化为一个公共的物理参量[3][4]。
图1 基于扭矩的控制策略如图1所示，基于扭矩的控制策略可分为两个步骤。
第一步是扭矩的需求与协调。
以所有内部和外部扭矩需求作为输入，通过扭矩优先级的划分与管理，协调扭矩的执行先后顺序。
第二步是扭矩需求的转化与实现。
扭矩模型定义了一组包含MAP图和特性曲线的发动机特性参数用于描述发动机的扭矩与控制变量之间的相互关系，扭矩的实现包括节气作者简介：林思聪，就职于广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院。
汽车实用技术135 2017年第14期门开度、点火正时以及喷油脉宽。
2 基于扭矩的怠速控制模型当发动机处于怠速状态时，其离合器侧的扭矩应该为0，此时的扭矩平衡方程为：式中：为离合器侧的扭矩；为发动机燃烧产生的扭矩；为发动机摩擦及泵气扭矩；为发动机附件消耗的扭矩。
发动机产生的扭矩全部用于克服发动机内部的摩擦和附件的消耗，当发动机离合器侧的扭矩不为0时，发动机的转速就会产生波动。
怠速控制的目标就是产全合适的扭矩来维持发动机的目标转速。
怠速控制总体控制逻辑见图2。
首先根据冷却水温确定基本目标怠速转速，根据该转速查表确定对应的发动机损失扭矩和附件扭矩，包括摩擦扭矩和泵气扭矩、空调压缩机扭矩和发电机扭矩等。
发动机损失扭矩和附件扭矩即为怠速基本需求扭矩。
同时根据实际转速与目标怠速转速的差值查表确定比例积分微分项，与怠速基本需求扭矩相加，得到怠速实际需求扭矩。
最后将需要扭矩转换为节气门开度与点火提前角。
图2 怠速控制逻辑图3 怠速PID控制怠速PID控制是以目标怠速为导向的，在怠速情况下，一旦发动机转速脱离目标怠速，系统就会采取措施，使转速回到目标怠速附近。
具体来讲，系统的控制调节手段有火路扭矩调节、气路扭矩调节、I部分扭矩调节[5][6]。
（1）怠速控制火路扭矩调节怠速控制火路扭矩是指由于点火提前角的变化导致发动机输出扭矩变化的控制方式，怠速控制火路扭矩分为P部分火路扭矩与D部分火路扭矩。
P部分火路扭矩根据怠速控制误差以及具体怠速工况选择火路扭矩P部分系数，D部分火路扭矩根据转速变化梯度以及具体怠速工况选择火路扭矩D部分系数，实现火路扭矩变参数PD控制。
它们的实现途径是通过对点火提前角的干预来改变发动机实际输出扭矩，从而对怠速的稳定性做出贡献。
由于点火角调整响应迅速，因此火路扭矩调节对补偿那些短期瞬时扭矩偏差作用尤为巨大。
怠速控制火路扭矩计算逻辑图如图3所示。
图3 怠速控制火路扭矩计算（2）怠速控制气路扭矩调节怠速控制气路扭矩是指由于进气量的变化导致发动机输出扭矩变化的控制方式，怠速控制气路扭矩分为P部分气路扭矩与D部分气路扭矩。
P部分气路扭矩根据怠速控制误差、点火提前角效率以及具体怠速工况选择气路扭矩P部分系数，D部分气路扭矩根据转速变化梯度以及具体怠速工况选择气路扭矩D部分系数，实现气路扭矩变参数PD控制。
它们通过对节气门开度的干预来改变发动机实际输出扭矩，从而对怠速的稳定性做出贡献。
由于进气流动的滞后效应，再加上由此伴生的过渡工况问题，气路的PD部分如非必要，原则上尽量不采用。
怠速控制气路扭矩的计算逻辑图如图4所示。
图4 怠速控制气路扭矩计算（3）怠速控制I部分扭矩调节图5 怠速控制I部分扭矩计算怠速控制I部分扭矩根据怠速控制误差选择积分时间常数及其积分上、下限值，实现怠速扭矩I部分变参数控制。
I部分扭矩直接参与基本需求扭矩的计算，由此影响进气量和点火提前角的计算。
这是非常重要的怠速控制手段，可以对林思聪等：基于扭矩的发动机怠速控制研究136 2017年第14期当前实际扭矩与基本扭矩需求之间的偏差进行补偿，对怠速控制的稳定性有非常重要的作用。
怠速控制I部分扭矩的计算逻辑图如图5所示。
4 试验研究对本文讨论的发动机怠速控制策略在一辆搭载了 2.0L 自然吸气发动机的B级轿车上进行试验研究，验证其控制效果。
4.1 试验用发动机及车辆主要参数表1 试验发动机主要参数表2 试验车辆主要参数4.2 试验设备ETK-ECU开发标定用电子控制单元；ETAS ES590：ECU数据采集模块；INCA软件：用于测量及标定ECU数据；MDA软件：用于分析ECU数据。
4.3 试验结果与分析4.3.1 怠速控制火路扭矩图6 怠速控制火路扭矩曲线怠速控制火路扭矩由P部分火路扭矩与D部分火路扭矩组成，火路扭矩用于调整短期瞬时的扭矩变化，对于提高怠速控制响应性有很大的帮助。
怠速控制火路扭矩与怠速控制误差及控制误差的变化梯度有关。
图6的曲线3为怠速控制误差、曲线4为怠速控制火路扭矩。
（1）P部分火路扭矩P部分火路扭矩由怠速控制误差决定，图7的曲线4为控制误差、曲线5为P部分火路扭矩。
控制误差越大，P部分火路扭矩越大。
图7 怠速控制P部分火路扭矩曲线（2）D部分火路扭矩D部分火路扭矩由怠速控制误差的变化梯度决定，只有当控制误差的变化梯度超出一定范围，D部分火路扭矩才会起作用。
图8的曲线3为控制误差变化梯度、曲线4为P部分火路扭矩，由于控制误差变化梯度较小，因此D部分火路扭矩控制不起作用。
图8 怠速控制D部分火路扭矩曲线4.3.2 怠速控制气路扭矩怠速控制气路扭矩由P部分气路扭矩与D部分气路扭矩组成，气路扭矩用于调整长期的扭矩变化，对于提高怠速控制稳定性有很大的帮助。
怠速控制气路扭矩与怠速控制误差及控制误差的变化梯度有关。
图9的曲线3为怠速控制误差、曲线4为怠速控制气路扭矩。
图9 怠速控制气路扭矩曲线（1）P部分气路扭矩P部分气路扭矩由怠速控制误差决定，控制误差越大，P 部分气路扭矩越大。
图10的曲线3为控制误差、曲线4为P汽车实用技术137 2017年第14期部分气路扭矩。
图10 怠速控制P部分气路扭矩曲线（2）D部分气路扭矩D部分气路扭矩由怠速控制误差的变化梯度决定，只有当控制误差的变化梯度越出一定范围，D部分气路扭矩才会起作用。
图11的曲线3为控制误差变化梯度、曲线4为P 部分气路扭矩，由于控制误差变化梯度较小，因此D部分气路扭矩控制未起作用。
图11 怠速控制D部分气路扭矩曲线4.3.3 怠速控制I部分扭矩怠速控制I部分扭矩根据控制误差进行计算，可以补偿发动机实际扭矩与基本扭矩之间的误差，对于怠速控制的稳定性有很重要的作用。
图12的曲线4为怠速控制误差，曲线5为怠速控制I部分扭矩。
图12 怠速控制I部分扭矩曲线4.3.4 怠速控制稳定性试验研究如图13所示，曲线1为发动机实际怠速转速，曲线2为发动机目标怠速转速，曲线3为空调状态，曲线4为怠速转速控制误差。
可见本论文研究的基于扭矩的发动机怠速控制策略可以取得良好的控制效果，发动机实际转速能够很好地跟随目标转速，在空调状态不切换时，怠速控制误差在20r/min以内，空调进行开启或关闭切换时，怠速控制误差在50r/min以内。
图13 怠速控制稳定性曲线5 小结基于扭矩的怠速PID控制策略将传统的PID控制方式与EMS基于扭矩的控制策略相结合，PID闭环控制量即为PID 扭矩调节量，以怠速控制气路需求扭矩、火路需求扭矩及I 部分扭矩作为扭矩结构的输入，通过扭矩协调与转化后以节气门开度及点火提前角的输出控制方式进行怠速控制。
将本文讨论的怠速控制策略对一台搭载了 2.0L自然吸气发动机的B级车进行试验研究，试验结果表明本文研究的基于扭知的发动机怠速控制方式能够取得良好的控制效果，发动机实际转速能够很好地跟随目标转速，稳定工况怠速控制误差在20r/min以内，负载突变工况怠速控制误差在50r/min以内。
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