发动机技术巡礼(1) 福特GTDi发动机详解

● 高压共轨缸内直喷系统

　　在过去的燃油喷射系统中，喷油嘴在进气歧管中喷射汽油，汽油与空气混合后再进入气缸。这种传统的汽油喷射方式使得汽油会接触到进气歧管表面形成汽油壁膜，造成壁膜损失，增加油耗。而缸内直喷系统的喷嘴直接往气缸内喷射汽油，壁膜损失大大降低，从而提升燃油使用效率。

　　对于在进气歧管喷射的增压发动机，发动机爆震只有在加大喷油量，降低气缸温度后才可改善或消除，这导致了油耗的急剧升高。而使用缸内直喷技术的发动机直接把汽油喷到汽缸里，汽油因为气缸高温而雾化更好，气缸温度因为汽油雾化而降低，这样达到了一个双赢的局面——既控制了爆震也降低了油耗。

　　上面提到了缸内直喷技术的一些优点，下面来说说2.0L EcoBoost GTDi发动机的一些技术特点。

　　EcoBoost GTDi发动机的燃油喷射系统采用的是无回油形式，系统由低压燃油泵、高压燃油泵、油压传感器、油管及喷油嘴组成。

　　1）低压燃油系统：

　　在低压油路系统的控制逻辑如图所示。油泵控制模块（FPDM）通过高频信号驱动油泵，通过低压燃油压力传感器实现闭环控制。油路中具有单向阀，当油压达到125kPa时开启。标准的低压燃油压力范围为380kPa-620Kpa。发动机怠速时，油压稳定在320-340kPa。过压保护阀在830-930kPa时打开，泄放阀用于除去油管中的燃油蒸汽。

　　2）高压燃油系统：

　　高压油泵为单缸泵，由排气凸轮驱动，带有进油计量阀，泵油油压为15MPa。汽油在高压油泵中形成高压，经高压油管到达油轨，通过开启喷油嘴使得汽油能喷射到汽缸中。

　　油泵的结构如上图所示。

　　发动机的喷油嘴是7孔喷油嘴，汽油雾化状态和角度是可以调整的，汽油以一定精确的喷射角度喷射到燃烧室，因此喷油嘴上的喷孔采用了偏心的设置。精确的汽油喷射角度防止任何汽油在喷油器打开时雾化。

　　偏心设计的喷孔要求精确的喷油嘴校正。在安装喷油嘴时，必须注意安装位置。每个喷油嘴的塑料插销必须插到油轨的狭缝中，固定夹必须安装在正确的位置上。在每个喷油嘴和各自在油轨上的固定座上都有一个固定夹，这些固定夹用于固定喷油嘴，这就保证了喷油嘴和汽缸盖上的燃烧室开口的精确配合。

　　3）工作模式

　　EcoBoost的缸内直喷系统有两种模式：1.均质模式、2.催化器加热模式。虽然是缸内直喷，但EcoBoost没有采用分层喷注模式。

　　当发动机在正常工作温度时，混合气按照均质工作模式产生。在这个模式下，空燃比为理论空燃比14.7:1（即空气与汽油的质量比为14.7:1）。汽油喷射是在进气行程，这样有足够的时间让汽油与新鲜空气混合。在均质模式下，燃烧很大程度上相当于一个非直喷发动机的工作模式。

　　当发动机温度较低时，催化器加热工作模式可以用二次喷射为三元催化器提供快速的加热。第一次喷射同均质工作模式一样从进气行程开始，第二次发生在压缩行程，当进气门关闭后快速喷射，这样就形成一个浓的油核围绕在火花塞周围。点火时刻被推迟，这样尽可能多的燃烧余热可以进入排气管，从而到达三元催化器。

关于缸内直喷技术的详细解析，可参看以下文章：