關于某噴油器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：發動機噴油器是噴油系統的重要部件，對發動機的性能有很大的影響。文章結合對某發動機噴油器CVO自學習的失效案例，對噴油器CVO自學習、產生機理、常見問題改進措施進行詳細的總結，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。

關鍵詞：發動機 噴油器 噴油器CVO 自學習 改進

1 引言

在發動機系統中，燃油點火系統是影響發動機燃燒的重要模塊。噴油器作為燃油點火系統的重要組件，噴油脈寬通過軟件控制，發動機燃燒系統對噴油器的噴霧特性要求極高，主要表現早擴散錐角、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、問題解決帶來很多啟發。

本文結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，希望對后續軟硬件結合、設計改進提供新思路，針對性的采用預防措施，規避同類問題。

2 噴油器介紹

2.1 噴油器的結構原理

噴油器的主要結構（如圖1）所示，其工作原理（如圖2）所示，發動機控制電腦ECU，根據發動機的工況需求，計算合理的噴油脈寬，噴油器根據ECU的噴油控制信號，通過電磁線圈產生磁力和彈簧彈力驅動芯體上下運動，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，結束噴油。[2]

2.2 噴油器流量特性

根據噴油器的流量特性，分為3個區間，彈道區，過渡區，線性區，其中非線性區域包含彈道區域和過渡區域，非線性區域對噴油器的控制要求極高，此時噴油器處于小流量區域（如圖3），噴油散差較大。在發動機小負荷區域時，噴油脈寬處于非線性區，這樣噴油器的噴油量散差會比較大，不利于排放與油耗，嚴重時會出現怠速波動。為了精確控制非線性區噴油量，消除硬件帶來的制造偏差影響，采用軟件策略，實現噴油量閉環精確控制。

2.3 噴油器為什么會有非線性區域

噴油器非線性區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出非線性。因此，噴油器的非線性區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時間，并根據目標持續時間和實際持續時間的偏差對激勵時間進行閉環修正，從而實現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時間并對其進行閉環修正，控制策略圖如圖5。

1）建立針閥開啟持續時間和噴油量的關系；

2）準確的計算出每次噴油的針閥開啟持續時間；

2.6 CVO自學習條件（以聯電SPM系統為例）

首次自學習觸發InjSys_flgHiPrioCvo，此后的CVO自學習使能觸發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；

● 發動機轉速Epm_nEng超過InjSys_nEngMinBascCvo_C=0；

● 噴油器溫度InjSys_tInjrTmp（也就是thdev）位于區間[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（以聯電SPM系統為例）

● 清空自學習值

● 啟動發動機

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

● 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域，已完成全升程區域常規自學習）。

3 案例分析

3.1 噴油器分析

在開發某款發動機時，通過對試驗發動機的運行數據監控，發現出現多起試驗車評審時發現存在間歇性“呼呼聲”的異響。具體故障表現為發動機怠速不穩，轉速間歇性正弦波動，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。

通過現場故障更換件排查，初步鎖定噴油器油量不穩定。對故障車噴油器進行拆解分析，噴油器各個參數正常，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

根據失效機理，對該車生產過程進行排查，發現存在車輛首次熄火10分鐘之內拔掉蓄電池負極的現象，該操作可導致自學習失敗。

3.3 對比驗證

經過對車輛進行驗證，無噴油器CVO自學習與部分自學習會導致發動機轉速波動，完成自學習后，無轉速波動問題，如圖7。怠速工況，發動機應用于噴油器的非線性區，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自學習前發動機轉速波動在720rpm～780rpm波動，如圖8，車輛進行CVO自學習后，發動機轉速基本趨于穩定狀態，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象。

在試車流程規范中，增加車輛首次試車結束后，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

本文重點剖析了噴油器結構、噴油器的流量特性、CVO自學習的對非線性區域對噴油控制的影響，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失效的現象，解決措施。

當前隨著整車、發動機自動化程度越來越高，高頻運動的精密元件數量越來越多，需要確保執行器能夠對于控制目標有效達成。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。

參考文獻：

[1]惠有利，沈沉.汽車構造[M].北京：北京理工大學出版社 2016.

[2]崔凱.關于某噴油器噴油量減小問題的研究，時代汽車 2023年7月.