关于某喷油器CVO控制精度的研究

丁相利　罗智波　谷祥盛　崔凯　王博　丛日振

摘 要：发动机喷油器是喷油系统的重要部件，对发动机的性能有很大的影响。文章结合对某发动机喷油器CVO自学习的失效案例，对喷油器CVO自学习、产生机理、常见问题改进措施进行详细的总结，希望对喷油器类高频高精密零件的控制软硬件匹配设计改进提供帮助。

关键词：发动机 喷油器 喷油器CVO 自学习 改进

1 引言

在发动机系统中，燃油点火系统是影响发动机燃烧的重要模块。喷油器作为燃油点火系统的重要组件，喷油脉宽通过软件控制，发动机燃烧系统对喷油器的喷雾特性要求极高，主要表现早扩散锥角、油束方向、雾化粒度、射程及油雾分布等方面[1]。

喷油器的工作频率很高，属于高频、高精密部件，对喷油器软件控制、硬件响应进行研究，可为高频、高精度运动零件的软件控制开发、问题解决带来很多启发。

本文结合喷油器案例进行详细解析，对喷油器油量软件控制方法进行详细说明，希望对后续软硬件结合、设计改进提供新思路，针对性的采用预防措施，规避同类问题。

2 喷油器介绍

2.1 喷油器的结构原理

喷油器的主要结构（如图1）所示，其工作原理（如图2）所示，发动机控制电脑ECU，根据发动机的工况需求，计算合理的喷油脉宽，喷油器根据ECU的喷油控制信号，通过电磁线圈产生磁力和弹簧弹力驱动芯体上下运动，然后芯体带动针阀总成上下运动，针阀下端与阀座开启和闭合。当针阀向上运动，底部通道开启，高压燃油从针阀与阀座的间隙处喷出，经喷孔进入燃烧室进行燃烧；当针阀在弹簧作用下向下运动，底端喷油通道闭合时，结束喷油。[2]

2.2 喷油器流量特性

根据喷油器的流量特性，分为3个区间，弹道区，过渡区，线性区，其中非线性区域包含弹道区域和过渡区域，非线性区域对喷油器的控制要求极高，此时喷油器处于小流量区域（如图3），喷油散差较大。在发动机小负荷区域时，喷油脉宽处于非线性区，这样喷油器的喷油量散差会比较大，不利于排放與油耗，严重时会出现怠速波动。为了精确控制非线性区喷油量，消除硬件带来的制造偏差影响，采用软件策略，实现喷油量闭环精确控制。

2.3 喷油器为什么会有非线性区域

喷油器非线性区域的存在主要是由于针阀和喷孔的非线性特性所导致的。喷油器的针阀和喷孔的形状和尺寸都会影响喷油器的流量特性。当针阀打开时，喷孔的形状和尺寸会随着针阀的位置变化而变化，导致喷油器的流量也发生变化。此外，喷油器的流量还受到燃油压力、针阀运动速度（衔铁控制）、燃油粘度等因素的影响。这些因素也会导致喷油器的流量特性呈现出非线性。因此，喷油器的非线性区域主要是由于针阀和喷孔的非线性特性和衔铁间隙（如图4）的影响所导致的，同时衔铁间隙是喷油器的固有特性。

1）激励信号控制衔铁，而非针阀；

2）衔铁和针阀的运动不同步；

3）这一特性也是CVO功能的基础

2.4 什么是喷油器的CVO自学习

喷油器CVO即Controlled Valve Operation是博世公司开发的一种喷油器针阀控制策略，核心是计算出喷油器针阀开启的实际持续时间，并根据目标持续时间和实际持续时间的偏差对激励时间进行闭环修正，从而实现对喷油量的精确控制。

2.5 CVO功能控制策略

CVO核心思想就是计算出实际的针阀开启持续时间并对其进行闭环修正，控制策略图如图5。

1）建立针阀开启持续时间和喷油量的关系；

2）准确的计算出每次喷油的针阀开启持续时间；

2.6 CVO自学习条件（以联电SPM系统为例）

首次自学习触发InjSys_flgHiPrioCvo，此后的CVO自学习使能触发InjSys_flgAuxCdnCvo，其使能条件为：

●  喷油负荷rk_w超过InjSys_ratFuMMinCvo

_C+InjSys_ratFuMDeltaCvo_C=9.984+0，单位%；

● 负荷rl_w低于InjSys_relFillgCvoMax_C=100，单位%；

●起动时间tnse_w超过InjSys_tiPostStrtCvo_C=10，单位s；

● 进入闭环B_lr；

● 不在催化器加热阶段、即b_khakt为fasle；

● 车速VehV_v超过InjSys_vMinVeh

BascAdpn_C=20，单位s；

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

● 发动机转速Epm_nEng超过InjSys_nEngMinBascCvo_C=0；

● 喷油器温度InjSys_tInjrTmp（也就是thdev）位于区间[InjSys_tLwrOperCvo_C=-20.3，InjSys_tUpprOperCvo_C=120]，或者诊断测试模式激活（InjSys_flgTestInjCvo置位）。

总体而言，对喷油量，发动机负荷，启动时间，非催化器加热，车速等均有要求。

2.7 CVO自学习步骤（以联电SPM系统为例）

● 清空自学习值

● 启动发动机

● 燃油粘度运行在该范围（thdev在-10度，20度和80度附近）内开始基础自学习；

● 基础学习完成后，首次正常中小油门行车10min以上（车速大于20km/h）（为了使喷油脉宽落在全升程区域，已完成全升程区域常规自学习）。

3 案例分析

3.1 噴油器分析

在开发某款发动机时，通过对试验发动机的运行数据监控，发现出现多起试验车评审时发现存在间歇性“呼呼声”的异响。具体故障表现为发动机怠速不稳，转速间歇性正弦波动，波动范围为720rpm～780rpm波动（如图1），周期约1s，当需求扭矩增加时，故障消失。

通过现场故障更换件排查，初步锁定喷油器油量不稳定。对故障车喷油器进行拆解分析，喷油器各个参数正常，见图6。

对喷油器进行拆解、检查、测量以及ABA进行验证，说明喷油器本体无问题。 初步推车为喷油器CVO自学习不成功。

3.2 失效原因排查

根据失效机理，对该车生产过程进行排查，发现存在车辆首次熄火10分钟之内拔掉蓄电池负极的现象，该操作可导致自学习失败。

3.3 对比验证

经过对车辆进行验证，无喷油器CVO自学习与部分自学习会导致发动机转速波动，完成自学习后，无转速波动问题，如图7。怠速工况，发动机应用于喷油器的非线性区，无CVO学习的喷油器小脉宽控制存在散差，需要靠CVO功能来消除硬件散差的影响。

车辆进行CVO自学习前发动机转速波动在720rpm～780rpm波动，如图8，车辆进行CVO自学习后，发动机转速基本趋于稳定状态，如图9。

改进措施：对于试验车，正常试车后，不允许拔掉蓄电池负极，防止车辆怠速抖动现象。

在试车流程规范中，增加车辆首次试车结束后，10min不允许拔掉蓄电池负极，车辆返修涉及蓄电池操作的，需重新按试车规范要求操作后，保证10min不拔掉蓄电池负极，以保证CVO自学习完成。

4 总结

本文重点剖析了喷油器结构、喷油器的流量特性、CVO自学习的对非线性区域对喷油控制的影响，自学习的条件及方法，说明了喷油器CVO自学习功能的必要性。通过对某自学习失效案例的详细解析，进一步阐明了典型CVO失效的现象，解决措施。

当前随着整车、发动机自动化程度越来越高，高频运动的精密元件数量越来越多，需要确保执行器能够对于控制目标有效达成。因此常常需要对控制偏差需要自学习来修正。希望本文对解决相似问题提供新的思路和启发。

参考文献：

[1]惠有利，沈沉.汽车构造[M].北京：北京理工大学出版社 2016.

[2]崔凯.关于某喷油器喷油量减小问题的研究，时代汽车 2023年7月.