關(guān)于某噴油器CVO控制精度的研究

丁相利　羅智波　谷祥盛　崔凱　王博　叢日振

摘 要：發(fā)動機噴油器是噴油系統(tǒng)的重要部件，對發(fā)動機的性能有很大的影響。文章結(jié)合對某發(fā)動機噴油器CVO自學習的失效案例，對噴油器CVO自學習、產(chǎn)生機理、常見問題改進措施進行詳細的總結(jié)，希望對噴油器類高頻高精密零件的控制軟硬件匹配設計改進提供幫助。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機 噴油器 噴油器CVO 自學習 改進

1 引言

在發(fā)動機系統(tǒng)中，燃油點火系統(tǒng)是影響發(fā)動機燃燒的重要模塊。噴油器作為燃油點火系統(tǒng)的重要組件，噴油脈寬通過軟件控制，發(fā)動機燃燒系統(tǒng)對噴油器的噴霧特性要求極高，主要表現(xiàn)早擴散錐角、油束方向、霧化粒度、射程及油霧分布等方面[1]。

噴油器的工作頻率很高，屬于高頻、高精密部件，對噴油器軟件控制、硬件響應進行研究，可為高頻、高精度運動零件的軟件控制開發(fā)、問題解決帶來很多啟發(fā)。

本文結(jié)合噴油器案例進行詳細解析，對噴油器油量軟件控制方法進行詳細說明，希望對后續(xù)軟硬件結(jié)合、設計改進提供新思路，針對性的采用預防措施，規(guī)避同類問題。

2 噴油器介紹

2.1 噴油器的結(jié)構(gòu)原理

噴油器的主要結(jié)構(gòu)（如圖1）所示，其工作原理（如圖2）所示，發(fā)動機控制電腦ECU，根據(jù)發(fā)動機的工況需求，計算合理的噴油脈寬，噴油器根據(jù)ECU的噴油控制信號，通過電磁線圈產(chǎn)生磁力和彈簧彈力驅(qū)動芯體上下運動，然后芯體帶動針閥總成上下運動，針閥下端與閥座開啟和閉合。當針閥向上運動，底部通道開啟，高壓燃油從針閥與閥座的間隙處噴出，經(jīng)噴孔進入燃燒室進行燃燒；當針閥在彈簧作用下向下運動，底端噴油通道閉合時，結(jié)束噴油。[2]

2.2 噴油器流量特性

根據(jù)噴油器的流量特性，分為3個區(qū)間，彈道區(qū)，過渡區(qū)，線性區(qū)，其中非線性區(qū)域包含彈道區(qū)域和過渡區(qū)域，非線性區(qū)域?qū)娪推鞯目刂埔髽O高，此時噴油器處于小流量區(qū)域（如圖3），噴油散差較大。在發(fā)動機小負荷區(qū)域時，噴油脈寬處于非線性區(qū)，這樣噴油器的噴油量散差會比較大，不利于排放與油耗，嚴重時會出現(xiàn)怠速波動。為了精確控制非線性區(qū)噴油量，消除硬件帶來的制造偏差影響，采用軟件策略，實現(xiàn)噴油量閉環(huán)精確控制。

2.3 噴油器為什么會有非線性區(qū)域

噴油器非線性區(qū)域的存在主要是由于針閥和噴孔的非線性特性所導致的。噴油器的針閥和噴孔的形狀和尺寸都會影響噴油器的流量特性。當針閥打開時，噴孔的形狀和尺寸會隨著針閥的位置變化而變化，導致噴油器的流量也發(fā)生變化。此外，噴油器的流量還受到燃油壓力、針閥運動速度（銜鐵控制）、燃油粘度等因素的影響。這些因素也會導致噴油器的流量特性呈現(xiàn)出非線性。因此，噴油器的非線性區(qū)域主要是由于針閥和噴孔的非線性特性和銜鐵間隙（如圖4）的影響所導致的，同時銜鐵間隙是噴油器的固有特性。

1）激勵信號控制銜鐵，而非針閥；

2）銜鐵和針閥的運動不同步；

3）這一特性也是CVO功能的基礎

2.4 什么是噴油器的CVO自學習

噴油器CVO即Controlled Valve Operation是博世公司開發(fā)的一種噴油器針閥控制策略，核心是計算出噴油器針閥開啟的實際持續(xù)時間，并根據(jù)目標持續(xù)時間和實際持續(xù)時間的偏差對激勵時間進行閉環(huán)修正，從而實現(xiàn)對噴油量的精確控制。

2.5 CVO功能控制策略

CVO核心思想就是計算出實際的針閥開啟持續(xù)時間并對其進行閉環(huán)修正，控制策略圖如圖5。

1）建立針閥開啟持續(xù)時間和噴油量的關(guān)系；

2）準確的計算出每次噴油的針閥開啟持續(xù)時間；

2.6 CVO自學習條件（以聯(lián)電SPM系統(tǒng)為例）

首次自學習觸發(fā)InjSys_flgHiPrioCvo，此后的CVO自學習使能觸發(fā)InjSys_flgAuxCdnCvo，其使能條件為：

●? 噴油負荷rk_w超過InjSys_ratFuMMinCvo

_C+InjSys_ratFuMDeltaCvo_C=9.984+0，單位%；

● 負荷rl_w低于InjSys_relFillgCvoMax_C=100，單位%；

●起動時間tnse_w超過InjSys_tiPostStrtCvo_C=10，單位s；

● 進入閉環(huán)B_lr；

● 不在催化器加熱階段、即b_khakt為fasle；

● 車速VehV_v超過InjSys_vMinVeh

BascAdpn_C=20，單位s；

● InjSys_flgEomCvoBasc置位且InjSys_flgMinTiBascCvo不置位，或者InjSys_flgEomReqAdpnCvo置位；

● 發(fā)動機轉(zhuǎn)速Epm_nEng超過InjSys_nEngMinBascCvo_C=0；

● 噴油器溫度InjSys_tInjrTmp（也就是thdev）位于區(qū)間[InjSys_tLwrOperCvo_C=-20.3，InjSys_tUpprOperCvo_C=120]，或者診斷測試模式激活（InjSys_flgTestInjCvo置位）。

總體而言，對噴油量，發(fā)動機負荷，啟動時間，非催化器加熱，車速等均有要求。

2.7 CVO自學習步驟（以聯(lián)電SPM系統(tǒng)為例）

● 清空自學習值

● 啟動發(fā)動機

● 燃油粘度運行在該范圍（thdev在-10度，20度和80度附近）內(nèi)開始基礎自學習；

● 基礎學習完成后，首次正常中小油門行車10min以上（車速大于20km/h）（為了使噴油脈寬落在全升程區(qū)域，已完成全升程區(qū)域常規(guī)自學習）。

3 案例分析

3.1 噴油器分析

在開發(fā)某款發(fā)動機時，通過對試驗發(fā)動機的運行數(shù)據(jù)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)多起試驗車評審時發(fā)現(xiàn)存在間歇性“呼呼聲”的異響。具體故障表現(xiàn)為發(fā)動機怠速不穩(wěn)，轉(zhuǎn)速間歇性正弦波動，波動范圍為720rpm～780rpm波動（如圖1），周期約1s，當需求扭矩增加時，故障消失。

通過現(xiàn)場故障更換件排查，初步鎖定噴油器油量不穩(wěn)定。對故障車噴油器進行拆解分析，噴油器各個參數(shù)正常，見圖6。

對噴油器進行拆解、檢查、測量以及ABA進行驗證，說明噴油器本體無問題。 初步推車為噴油器CVO自學習不成功。

3.2 失效原因排查

根據(jù)失效機理，對該車生產(chǎn)過程進行排查，發(fā)現(xiàn)存在車輛首次熄火10分鐘之內(nèi)拔掉蓄電池負極的現(xiàn)象，該操作可導致自學習失敗。

3.3 對比驗證

經(jīng)過對車輛進行驗證，無噴油器CVO自學習與部分自學習會導致發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動，完成自學習后，無轉(zhuǎn)速波動問題，如圖7。怠速工況，發(fā)動機應用于噴油器的非線性區(qū)，無CVO學習的噴油器小脈寬控制存在散差，需要靠CVO功能來消除硬件散差的影響。

車輛進行CVO自學習前發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動在720rpm～780rpm波動，如圖8，車輛進行CVO自學習后，發(fā)動機轉(zhuǎn)速基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)，如圖9。

改進措施：對于試驗車，正常試車后，不允許拔掉蓄電池負極，防止車輛怠速抖動現(xiàn)象。

在試車流程規(guī)范中，增加車輛首次試車結(jié)束后，10min不允許拔掉蓄電池負極，車輛返修涉及蓄電池操作的，需重新按試車規(guī)范要求操作后，保證10min不拔掉蓄電池負極，以保證CVO自學習完成。

4 總結(jié)

本文重點剖析了噴油器結(jié)構(gòu)、噴油器的流量特性、CVO自學習的對非線性區(qū)域?qū)娪涂刂频挠绊?，自學習的條件及方法，說明了噴油器CVO自學習功能的必要性。通過對某自學習失效案例的詳細解析，進一步闡明了典型CVO失效的現(xiàn)象，解決措施。

當前隨著整車、發(fā)動機自動化程度越來越高，高頻運動的精密元件數(shù)量越來越多，需要確保執(zhí)行器能夠?qū)τ诳刂颇繕擞行н_成。因此常常需要對控制偏差需要自學習來修正。希望本文對解決相似問題提供新的思路和啟發(fā)。

參考文獻：

[1]惠有利，沈沉.汽車構(gòu)造[M].北京：北京理工大學出版社 2016.

[2]崔凱.關(guān)于某噴油器噴油量減小問題的研究，時代汽車 2023年7月.