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(xué)習(xí)的失效案例，對噴油器CVO自學(xué)習(xí)、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(shè)計改進提供幫助。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機 噴油器 噴油器CVO 自學(xué)習(xí) 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(yīng)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(shè)計改進提供新思路，針對性的采用預(yù)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(dǎo)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(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、針閥運動速度（銜鐵控制）、燃油粘度等因素的影響。這些因素也會導(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(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(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(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(chǔ)自學(xué)習(xí)；

● 基礎(chǔ)學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)）。

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(xué)習(xí)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(dǎo)致自學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)與部分自學(xué)習(xí)會導(dǎo)致發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動，完成自學(xué)習(xí)后，無轉(zhuǎn)速波動問題，如圖7。怠速工況，發(fā)動機應(yīng)用于噴油器的非線性區(qū)，無CVO學(xué)習(xí)的噴油器小脈寬控制存在散差，需要靠CVO功能來消除硬件散差的影響。

車輛進行CVO自學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)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(xué)習(xí)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(xué)習(xí)的對非線性區(qū)域?qū)娪涂刂频挠绊?，自學(xué)習(xí)的條件及方法，說明了噴油器CVO自學(xué)習(xí)功能的必要性。通過對某自學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)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(xué)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.