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(dòng)機(jī)噴油器是噴油系統(tǒng)的重要部件，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有很大的影響。文章結(jié)合對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器CVO自學(xué)習(xí)的失效案例，對(duì)噴油器CVO自學(xué)習(xí)、產(chǎn)生機(jī)理、常見(jiàn)問(wèn)題改進(jìn)措施進(jìn)行詳細(xì)的總結(jié)，希望對(duì)噴油器類(lèi)高頻高精密零件的控制軟硬件匹配設(shè)計(jì)改進(jìn)提供幫助。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī) 噴油器 噴油器CVO 自學(xué)習(xí) 改進(jìn)

1 引言

在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，燃油點(diǎn)火系統(tǒng)是影響發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的重要模塊。噴油器作為燃油點(diǎn)火系統(tǒng)的重要組件，噴油脈寬通過(guò)軟件控制，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)對(duì)噴油器的噴霧特性要求極高，主要表現(xiàn)早擴(kuò)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(duì)噴油器軟件控制、硬件響應(yīng)進(jìn)行研究，可為高頻、高精度運(yùn)動(dòng)零件的軟件控制開(kāi)發(fā)、問(wèn)題解決帶來(lái)很多啟發(fā)。

本文結(jié)合噴油器案例進(jìn)行詳細(xì)解析，對(duì)噴油器油量軟件控制方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，希望對(duì)后續(xù)軟硬件結(jié)合、設(shè)計(jì)改進(jìn)提供新思路，針對(duì)性的采用預(yù)防措施，規(guī)避同類(lèi)問(wèn)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(dòng)機(jī)控制電腦ECU，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況需求，計(jì)算合理的噴油脈寬，噴油器根據(jù)ECU的噴油控制信號(hào)，通過(guò)電磁線圈產(chǎn)生磁力和彈簧彈力驅(qū)動(dòng)芯體上下運(yùn)動(dòng)，然后芯體帶動(dòng)針閥總成上下運(yùn)動(dòng)，針閥下端與閥座開(kāi)啟和閉合。當(dāng)針閥向上運(yùn)動(dòng)，底部通道開(kāi)啟，高壓燃油從針閥與閥座的間隙處噴出，經(jīng)噴孔進(jìn)入燃燒室進(jìn)行燃燒；當(dāng)針閥在彈簧作用下向下運(yùn)動(dòng)，底端噴油通道閉合時(shí)，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(gè)區(qū)間，彈道區(qū)，過(guò)渡區(qū)，線性區(qū)，其中非線性區(qū)域包含彈道區(qū)域和過(guò)渡區(qū)域，非線性區(qū)域?qū)娪推鞯目刂埔髽O高，此時(shí)噴油器處于小流量區(qū)域（如圖3），噴油散差較大。在發(fā)動(dòng)機(jī)小負(fù)荷區(qū)域時(shí)，噴油脈寬處于非線性區(qū)，這樣噴油器的噴油量散差會(huì)比較大，不利于排放與油耗，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)怠速波動(dòng)。為了精確控制非線性區(qū)噴油量，消除硬件帶來(lái)的制造偏差影響，采用軟件策略，實(shí)現(xiàn)噴油量閉環(huán)精確控制。

2.3 噴油器為什么會(huì)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(dǎo)致的。噴油器的針閥和噴孔的形狀和尺寸都會(huì)影響噴油器的流量特性。當(dāng)針閥打開(kāi)時(shí)，噴孔的形狀和尺寸會(huì)隨著針閥的位置變化而變化，導(dǎo)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(yùn)動(dòng)速度（銜鐵控制）、燃油粘度等因素的影響。這些因素也會(huì)導(dǎo)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(dǎo)致的，同時(shí)銜鐵間隙是噴油器的固有特性。

1）激勵(lì)信號(hào)控制銜鐵，而非針閥；

2）銜鐵和針閥的運(yùn)動(dòng)不同步；

3）這一特性也是CVO功能的基礎(chǔ)

2.4 什么是噴油器的CVO自學(xué)習(xí)

噴油器CVO即Controlled Valve Operation是博世公司開(kāi)發(fā)的一種噴油器針閥控制策略，核心是計(jì)算出噴油器針閥開(kāi)啟的實(shí)際持續(xù)時(shí)間，并根據(jù)目標(biāo)持續(xù)時(shí)間和實(shí)際持續(xù)時(shí)間的偏差對(duì)激勵(lì)時(shí)間進(jìn)行閉環(huán)修正，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)算出實(shí)際的針閥開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間并對(duì)其進(jìn)行閉環(huán)修正，控制策略圖如圖5。

1）建立針閥開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間和噴油量的關(guān)系；

2）準(zhǔn)確的計(jì)算出每次噴油的針閥開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間；

2.6 CVO自學(xué)習(xí)條件（以聯(lián)電SPM系統(tǒng)為例）

首次自學(xué)習(xí)觸發(fā)InjSys_flgHiPrioCvo，此后的CVO自學(xué)習(xí)使能觸發(fā)InjSys_flgAuxCdnCvo，其使能條件為：

●? 噴油負(fù)荷rk_w超過(guò)InjSys_ratFuMMinCvo

_C+InjSys_ratFuMDeltaCvo_C=9.984+0，單位%；

● 負(fù)荷rl_w低于InjSys_relFillgCvoMax_C=100，單位%；

●起動(dòng)時(shí)間tnse_w超過(guò)InjSys_tiPostStrtCvo_C=10，單位s；

● 進(jìn)入閉環(huán)B_lr；

● 不在催化器加熱階段、即b_khakt為fasle；

● 車(chē)速VehV_v超過(guò)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Epm_nEng超過(guò)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(cè)試模式激活（InjSys_flgTestInjCvo置位）。

總體而言，對(duì)噴油量，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，啟動(dòng)時(shí)間，非催化器加熱，車(chē)速等均有要求。

2.7 CVO自學(xué)習(xí)步驟（以聯(lián)電SPM系統(tǒng)為例）

● 清空自學(xué)習(xí)值

● 啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)

● 燃油粘度運(yùn)行在該范圍（thdev在-10度，20度和80度附近）內(nèi)開(kāi)始基礎(chǔ)自學(xué)習(xí)；

● 基礎(chǔ)學(xué)習(xí)完成后，首次正常中小油門(mén)行車(chē)10min以上（車(chē)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(xué)習(xí)）。

3 案例分析

3.1 噴油器分析

在開(kāi)發(fā)某款發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)多起試驗(yàn)車(chē)評(píng)審時(shí)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(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn)，轉(zhuǎn)速間歇性正弦波動(dòng)，波動(dòng)范圍為720rpm～780rpm波動(dòng)（如圖1），周期約1s，當(dāng)需求扭矩增加時(shí)，故障消失。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)故障更換件排查，初步鎖定噴油器油量不穩(wěn)定。對(duì)故障車(chē)噴油器進(jìn)行拆解分析，噴油器各個(gè)參數(shù)正常，見(jiàn)圖6。

對(duì)噴油器進(jìn)行拆解、檢查、測(cè)量以及ABA進(jìn)行驗(yàn)證，說(shuō)明噴油器本體無(wú)問(wèn)題。 初步推車(chē)為噴油器CVO自學(xué)習(xí)不成功。

3.2 失效原因排查

根據(jù)失效機(jī)理，對(duì)該車(chē)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)存在車(chē)輛首次熄火10分鐘之內(nèi)拔掉蓄電池負(fù)極的現(xiàn)象，該操作可導(dǎo)致自學(xué)習(xí)失敗。

3.3 對(duì)比驗(yàn)證

經(jīng)過(guò)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行驗(yàn)證，無(wú)噴油器CVO自學(xué)習(xí)與部分自學(xué)習(xí)會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)，完成自學(xué)習(xí)后，無(wú)轉(zhuǎn)速波動(dòng)問(wèn)題，如圖7。怠速工況，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用于噴油器的非線性區(qū)，無(wú)CVO學(xué)習(xí)的噴油器小脈寬控制存在散差，需要靠CVO功能來(lái)消除硬件散差的影響。

車(chē)輛進(jìn)行CVO自學(xué)習(xí)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)在720rpm～780rpm波動(dòng)，如圖8，車(chē)輛進(jìn)行CVO自學(xué)習(xí)后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)，如圖9。

改進(jìn)措施：對(duì)于試驗(yàn)車(chē)，正常試車(chē)后，不允許拔掉蓄電池負(fù)極，防止車(chē)輛怠速抖動(dòng)現(xiàn)象。

在試車(chē)流程規(guī)范中，增加車(chē)輛首次試車(chē)結(jié)束后，10min不允許拔掉蓄電池負(fù)極，車(chē)輛返修涉及蓄電池操作的，需重新按試車(chē)規(guī)范要求操作后，保證10min不拔掉蓄電池負(fù)極，以保證CVO自學(xué)習(xí)完成。

4 總結(jié)

本文重點(diǎn)剖析了噴油器結(jié)構(gòu)、噴油器的流量特性、CVO自學(xué)習(xí)的對(duì)非線性區(qū)域?qū)娪涂刂频挠绊懀詫W(xué)習(xí)的條件及方法，說(shuō)明了噴油器CVO自學(xué)習(xí)功能的必要性。通過(guò)對(duì)某自學(xué)習(xí)失效案例的詳細(xì)解析，進(jìn)一步闡明了典型CVO失效的現(xiàn)象，解決措施。

當(dāng)前隨著整車(chē)、發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)化程度越來(lái)越高，高頻運(yùn)動(dòng)的精密元件數(shù)量越來(lái)越多，需要確保執(zhí)行器能夠?qū)τ诳刂颇繕?biāo)有效達(dá)成。因此常常需要對(duì)控制偏差需要自學(xué)習(xí)來(lái)修正。希望本文對(duì)解決相似問(wèn)題提供新的思路和啟發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

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

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