介紹福特最新EcoBoost動力技術

福特EcoBoost新動力技術是福特汽車公司近期可持續發展戰略系統方案中的核心技術.目

前_配備福特EcoBoost技術的四缸、六缸發動機產品集成了燃油缸內直噴、渦輪增壓和雙可變氣門正時等技術_福特將此技術命名為SCTi(連續渦輪增壓燃油直噴).本文以蒙迪歐新致勝2.0L EcoBoost-SCTi(M14)發動機(代碼為TNBA)為例_介紹其缸內直噴、渦輪增壓及雙可

變氣門正時技術.

一、TNBA發動機簡介

TNBA發動機的主要技術參數如表1所示.

TNBA發動機采用了Bosch公司的PCM-MED17.0管理系統_達到歐V排放標准_噴油器的最大噴油壓力為15MPa.采用了壁面引導燃燒過程_噴油器位於兩個進氣門之間的邊上_混合汽通過活塞上的凹坑形成_采用了均質模式和催化器加熱兩種混合汽形成模式(未采用分層燃燒的稀混合汽燃燒技術).

均質模式.當發動機在正常工作溫度下_混合汽按均質工作模式產生_即空燃比A/F為14.7：1_燃油在進氣行程噴射_這樣有利於形成均勻的混合汽.

催化器加熱工作模式.當發動機溫度低時_催化器加熱工作模式采用2次噴射_為三元催化轉化器提供快速的加熱.第一次噴射_同均質工作模式一樣在進氣行程噴油；第二次在壓縮行程噴油_如此形成一個濃的油核圍繞在火花塞周圍_同時_點火時刻被適當推遲_使較多的燃燒余熱進入排氣管_從而快速加熱三元催化器.

二、缸內直噴技術

由於TNBA發動機采用的是缸內直噴的混合汽形成方式_正常工作溫度下_噴油時刻發生在發動機進氣行程_燃油與空氣的混合時間短_為了提高燃油的霧化效果和增加燃油與空氣的混合時間_缸內直噴的發動機要求燃油有非常高的燃油壓力_該發動機的最大燃油壓力可達15MPa_燃油系統組成示意圖如圖1所示.燃油系統分為低壓油路和高壓油路兩個部分.

1. 低壓油路

TNBA發動機的低壓燃油管路采用無回油系統_電子油泵在不同的工況下只是把所需的燃油輸送給高壓油泵_因此無回油.在油箱上安裝了一個單獨的油泵控制模塊FPDM控制低壓油路的壓力.TNBA發動機的低壓油路組成如圖2所示.

低壓油路的工作原理如下：

PCM根據的發動機不同工況_將目標油壓的控制信息傳遞給FPDM_這個信號是一個低頻的PWM信號(大約300~500Hz)_占空比在10％~85％之間.FPDM在收到PCM發送過來的目標油壓控制信息後_又以高頻信號(大約10KHz)驅動電動油泵_此時占空比在0~100％之間.PWM信號改變時_電動油泵的速度就會隨之改變_從而改變低壓油路的燃油壓力.

低壓管路的燃油壓力傳感器把當前的低壓管路油壓值反饋給PCM_如此就實現了對低壓燃油壓力的閉環控制.由於PCM對低壓管路油壓進行控制_所以輸入到高壓油泵上的油壓只有0.38~0.62MPa.

洩放閥.電子油泵在長時間高速運轉時會產生很高的熱量_當燃油通過油泵加熱後會使燃油的溫度升高_容易形成氣泡_嚴重情況下可能產生“氣阻”_會導致發動機停機或難以啟動故障.使用洩放閥(直徑為0.55mm)可以除去油管中的燃油蒸汽_提高低壓管的燃油流速_從而在任何工況下避免產生氣阻的可能性.

單向閥和過壓保護閥.電動油泵的出油管路上安裝有單向閥和過壓保護閥.過壓保護閥防止低壓端壓力過高_當壓力達到0.83~0.9MPa時_閥門開啟_多余的燃油返回到油箱.單向閥確保發動機停機後的油壓穩定_防止燃油回流到油箱.單向閥的彈簧彈力是預先設定好的_只有在壓力超過0.125MPa(絕對壓力)才會打開.

低壓燃油壓力傳感器.該傳感器(大眾1.4TSI未采用該傳感器)從油泵控制模塊FPDM接收電源和搭鐵_向FPDM發送燃油壓力信號_以便對低壓燃油壓力進行閉環控制.低壓油路燃油壓力傳感器輸出的信號電壓隨著油壓的上升而上升.

低壓管路維修說明.怠速時_油壓穩定在0.32~0.34MPa_發動機停機後油壓逐漸降低_大約30min後_油壓會穩定在至少0.21MPa.

維修燃油系統時_必須先洩壓_並且嚴格按照維修手冊上的操作程序進行.具體洩壓方法如下：①在怠速運轉時_將燃油計量閥IMV的連接插頭拔掉；②拔掉FPDM上的油泵保險F13.

2. 高壓油路

TNBA發動機的高壓油路如圖3所示.

(1)高壓油泵

TNBA發動機采用了Bosch公司的HDP5型高壓油泵.該高壓油泵的安裝位置如圖4所示_其結構如圖5所示.

由圖4、圖5可以看出_HDP5型高壓泵是由三段式凸輪驅動的單缸泵_它安裝在供油油路中_燃油計量閥、高壓限壓閥、低壓側壓力緩沖器集成在高壓油泵上.

HDP5型高壓泵的特點：①筒式挺桿位於排氣凸輪軸上的三段式凸輪與油泵柱塞之間；②高壓油泵到油軌中的油量是通過燃油計量閥控制；③泵油油量取決於發動機轉速和燃油計量閥的控制；④高壓油泵產生的最大油壓是15MPa.

凸輪軸上的三段式凸輪的旋轉運動驅動油泵柱塞的上下運動.當燃油計量閥關閉時_柱塞的向上運動使高壓腔裡的燃油增壓.

壓力緩沖器.壓力緩沖器衰減低壓管路中由高壓油泵產生的脈沖振動_這樣保證了高壓腔在發動機轉速較高情況下仍然有著良好的的充油效果.壓力緩沖器由兩層隔膜組成_氣墊就在兩層隔膜之間.泵油行程時_在燃油計量閥關閉之前_一些燃油先會被從高壓腔中壓回到低壓燃油管路中_該壓力使得隔膜變形_同時在各個工作點上被分離出來的一定量的燃油被收集；吸油行程時_儲存在緩沖器隔膜中的燃油在吸油行程中被釋放.

限壓閥.高壓油泵上集成有油壓限壓閥.限壓閥為保護組件_確保高壓系統的可靠運行.該閥限制油軌中的最大油壓為20MPa_如果超過最大允許值_該閥打開_過量的燃油流回低壓側.

燃油計量閥IMV.燃油計量閥安裝在高壓油泵上_是一個占空比控制電磁閥_由PCM通過PWM信號控制電磁閥的搭鐵.燃油計量閥的作用是保證進入到油軌中的燃油壓力與需要的油壓保持一致.燃油計量閥與高壓燃油壓力傳感器一起構成閉環控制系統.燃油計量閥在不通電狀態下處於全開狀態_不能使燃油產生高壓.

燃油計量閥如圖6、波形圖如圖7所示.在上升階段_電磁閥獲得PCM提供的最大電壓_這使得進油閥迅速的關閉；在保持階段_電磁閥由PCM提供的PWM信號控制_提供的電流能保證進油閥保持在關閉的狀態_較小的保持電流可以避免PCM過熱.

說明：燃油計量閥是高壓油泵的一個部分_不允許單獨更換.燃油計量閥持續通電控時間若超過3s_將導致燃油計量閥損壞_故不能外接電源連接到燃油計量閥上.

高壓燃油壓力傳感器.該傳感器安裝在油軌上_用於測量油軌中的燃油壓力.精確控制油軌中燃油壓力_對於發動機的排放性能和動力性能都至關重要.通過采用高壓燃油壓力傳感器和燃油計量閥組成一個高壓燃油管路油壓的閉環控制系統.當該傳感器信號故障_PCM會采用替代值.

(2)噴油器

TNBA發動機采用了Bosch公司的HDEV5.1型噴油器_帶有7個噴孔_噴油器噴嘴上的噴孔采用偏心設置(圖8).燃油以一個精確的噴射角度噴射到燃燒室.

噴油器安裝在汽缸蓋上_其上端接油軌_下端伸到燃燒室_因此不需要額外的高壓油管.在每個噴油器和各自在油軌上的固定座_都有一個專用的固定夾具_可保證了噴油嘴和缸蓋上的燃燒室開口的精確配合.噴油器結構如圖9所示.

當PCM控制噴油器線圈通電時產生磁場_使帶銜鐵的針閥克服彈簧的彈力從閥座中抬起_因而燃油噴孔打開.由於油軌裡的壓力和燃燒室之間存在壓力差_燃油就被噴射到燃燒室中.斷電時_閥針在彈簧力的作用下壓回到閥座_燃油噴射因此結束.噴油器電磁閥高頻動作_保證了噴射孔的開啟橫截面在打開的時間內保持一直不變.燃油的噴射量取決於油軌的壓力和噴油器的開啟時間.

1 2 3 

關鍵詞：