王茂美，宋建桐，成林，牛雅麗

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院汽車工程學(xué)院，北京 100176）

引言

蒙迪歐CD391發(fā)動(dòng)機(jī)是福特汽車新動(dòng)力技術(shù)代表之一，此款發(fā)動(dòng)機(jī)的三大技術(shù)優(yōu)勢(shì)分別為：燃油缸內(nèi)直噴技術(shù)（GDI），渦輪增壓技術(shù)（TC），雙獨(dú)立可變氣門正時(shí)技術(shù)DVCT）。

為了方便廣大讀者對(duì)此款發(fā)動(dòng)機(jī)的了解，重點(diǎn)介紹缸內(nèi)直噴技術(shù)、廢氣渦輪增壓和雙獨(dú)立可變氣門正時(shí)技術(shù)，希望對(duì)大家有所幫助。

1 缸內(nèi)直噴技術(shù)

蒙迪歐 CD391發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是缸內(nèi)直噴的混合汽形成方式，汽油直接噴入汽缸中，而不是在進(jìn)氣門口噴射，不易形成積碳。另外燃油/空氣不是在進(jìn)氣歧管中混合而是在缸內(nèi)混合，混合更加的均勻[1]。

圖1 蒙迪歐CD391發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

缸內(nèi)直噴的發(fā)動(dòng)機(jī)噴油時(shí)刻發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣行程，燃油與空氣的混合時(shí)間短，為了提高燃油的霧化效果，要求燃油有非常高的燃油壓力，比常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)要高出三、四十倍，達(dá)到150bar。能不能把高壓做到位，也是直噴能不能實(shí)現(xiàn)的核心關(guān)鍵，缸內(nèi)直噴的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)分為低壓油路和高壓油路兩個(gè)部分。系統(tǒng)由低壓燃油泵、高壓燃油泵、油壓傳感器、噴油器及油管組成。

圖2 蒙迪歐CD391發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)組成示意圖

1.1 低壓油路

蒙迪歐 CD391發(fā)動(dòng)機(jī)的低壓燃油管路是指從油箱到高壓油泵之前的油路，電子油泵在不同的工況下，依據(jù)單獨(dú)的油泵控制模塊FPDM發(fā)出的指令，把所需的燃油輸送給高壓油泵，無(wú)回油。低壓油路組成如圖3所示。

圖3 蒙迪歐CD391低壓油路組成

圖4 蒙迪歐CD391高壓油路組成

低壓油路工作原理跟傳統(tǒng)汽油機(jī)類似，PCM 根據(jù)的發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況，將目標(biāo)油壓的控制信息傳遞給FPDM，F(xiàn)PDM接收到 PCM 的信息后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)油泵供油。低壓管路的燃油壓力傳感器把當(dāng)前的低壓管路油壓值反饋給PCM，如此就實(shí)現(xiàn)了對(duì)低壓燃油壓力的閉環(huán)控制。

1.2 高壓油路

高壓油路指從高壓油泵到噴油器的油路，如圖4所示。

（1）高壓油泵

蒙迪歐CD391發(fā)動(dòng)機(jī)采用了B o s c h公司的HDP5型高壓油泵，高壓油泵為單缸泵，由排氣凸輪軸驅(qū)動(dòng)，帶有進(jìn)油計(jì)量閥。高壓油泵主要包括活塞、進(jìn)油計(jì)量閥（IMV）、高壓腔、油壓限制閥、充氣式壓力緩沖器及壓力限制閥。

HDP5型高壓泵的特點(diǎn)：①筒式挺桿位于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(guò)燃油計(jì)量閥控制；③泵油油量取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和燃油計(jì)量閥的控制；④高壓油泵產(chǎn)生的最大油壓是15MPa[1]。

圖6 高壓油泵剖視圖

（2）油壓傳感器

該傳感器安裝在油軌上，用于測(cè)量油軌中的燃油壓力。精確控制油軌中燃油壓力，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性能和動(dòng)力性能都至關(guān)重要。通過(guò)采用高壓燃油壓力傳感器和燃油計(jì)量閥組成一個(gè)高壓燃油管路油壓的閉環(huán)控制系統(tǒng)。斷開(kāi)油軌壓力傳感器后，IMV處于開(kāi)環(huán)故障模式，PCM不再對(duì)IMV進(jìn)行控制，油軌壓力為預(yù)設(shè)壓力。

（3）噴油器

蒙迪歐CD391發(fā)動(dòng)機(jī)采用了Bosch公司的HDEV5.1型噴油器，帶有7個(gè)噴孔，噴油器噴嘴上的噴孔采用偏心設(shè)置(圖7)。燃油以一個(gè)精確的噴射角度噴射到燃燒室[2]。

圖7 噴油器

圖8 渦輪外部結(jié)構(gòu)

2 渦輪增壓技術(shù)

蒙迪歐 CD391發(fā)動(dòng)機(jī)采用了與排氣歧管集成在一起的廢氣渦輪增壓系統(tǒng)，能大幅度提升發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率和扭矩，還能提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性。其結(jié)構(gòu)如圖8和圖9所示。

廢氣渦輪增壓系統(tǒng)中幾個(gè)主要部件的功能說(shuō)明及工作邏輯：

（1）增壓壓力控制電磁閥

廢氣渦輪系統(tǒng)的增壓壓力受壓力控制電磁閥控制，最大增壓壓力為120kPa，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元通過(guò)占空比信號(hào)調(diào)節(jié)增壓壓力。真空控制執(zhí)行器上的壓力取決于增壓壓力及電磁閥上通電電壓占空比。當(dāng)占空比在80-90%，排氣旁通閥全開(kāi)；當(dāng)占空比在20時(shí)，排氣旁通閥全關(guān)[3]，如圖10所示。

圖9 渦輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖10 增壓壓力控制電磁閥

（2）回風(fēng)閥

回風(fēng)閥是一個(gè)機(jī)械裝置，通過(guò)壓力差控制，安裝在渦輪進(jìn)氣側(cè)。打開(kāi)時(shí)，增壓的空氣又會(huì)回流到渦輪的進(jìn)氣側(cè)，從而使渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速得到保持?；仫L(fēng)閥的作用是在節(jié)氣門突然關(guān)閉的情況下，消除節(jié)氣門和渦輪增壓器之間的背壓。這種背壓會(huì)造成增壓壓力損失以及導(dǎo)致節(jié)氣門壽命降低?；仫L(fēng)閥在增壓壓力和進(jìn)氣歧管壓力差超過(guò)24kPa時(shí)打開(kāi)。

3 雙獨(dú)立可變氣門正時(shí)系統(tǒng)

可變氣門正時(shí)系統(tǒng)中，正時(shí)齒輪所帶動(dòng)的齒盤與凸輪軸之間有一定的自由量。通過(guò)油壓控制齒盤與凸輪軸之間的角度差，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)氣門提前或延時(shí)關(guān)閉的效果，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)就能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載，在各個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)域都有很好的進(jìn)排氣效果，提升發(fā)動(dòng)機(jī)效率[4]，如圖12所示。

圖11 回風(fēng)閥

圖12 雙獨(dú)立可變氣門正時(shí)系統(tǒng)

該發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣門可變正時(shí)機(jī)構(gòu)的最大可調(diào)角度為25度凸輪軸轉(zhuǎn)角。為降低發(fā)動(dòng)機(jī)的后期養(yǎng)護(hù)成本，蒙迪歐CD391發(fā)動(dòng)機(jī)采用了終生免維護(hù)的正時(shí)鏈條設(shè)計(jì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

蒙迪歐 CD391發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的實(shí)際意義在于通過(guò)小排量發(fā)動(dòng)機(jī)成功實(shí)現(xiàn)媲美大排量發(fā)動(dòng)機(jī)的高輸出功率及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的高扭力特性，同時(shí)降低 15%的二氧化碳排放和提升約20%的燃油經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)。通過(guò)渦輪增壓、缸內(nèi)直噴以及可變氣門正時(shí)技術(shù)，此款發(fā)動(dòng)機(jī)基本實(shí)現(xiàn)了上面提到的技術(shù)指標(biāo)。

[1] 王曉琳.劉華.福特最新 EcoBoost動(dòng)力技術(shù)介紹[J].汽車維修與保養(yǎng),2011,（7）:49～51.

[2] 苗夢(mèng)蓮.福特蒙迪歐致勝發(fā)動(dòng)機(jī)雙離合器變速箱解析[Z].中國(guó)汽車消費(fèi)網(wǎng).

[3] 王云龍.蒙迪歐致勝2.0GTDI發(fā)動(dòng)機(jī)展示技術(shù)解析[Z].網(wǎng)易汽車.

[4] 常慶林.發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)巡禮福特 GTDi發(fā)動(dòng)機(jī)詳解[Z].太平洋汽車網(wǎng).