浅谈福特系列缸内直喷发动机燃油喷射系统技师考评论文

目录前言一、福特ECOBOOST系列缸内直喷发动机的发展历程1二、ECOBOOST发动机燃油喷射系统基本原理1三ECOBOOST发动机燃油喷射系统结构及工作过程31低压部分4（1）低压油路传感器4（2）泄放阀5（3）单向阀和过压保护阀52高压部分51高压油泵62燃油计量阀（IMV）83限压阀94脉动缓冲器95燃油压力传感器96喷油器10四结束语参考文献前言随着汽车的普及，它开始走进了普通百姓家庭的生活，汽车产销量发展十分迅速，给环境城市道路以及能源带来很大的压力。为减少能源的消耗和汽车尾气对环境的影响，汽车发动机技术日新月异；由于化油器的种种缺点，已不能满足汽车发展的需要，新一代的电喷技术体现了它独特的优点。随着排放法规的日趋严格及人们对汽车燃油经济性要求的提高，改变传统汽油机的燃烧方式以获得更好的燃油经济性和更低的排放水平已成为当今内燃机领域重大的研究课题之一。因此，一种新型的汽油机燃油燃烧方式应运而生，即发动机稀薄燃烧技术，而实现稀薄燃烧的理想方式是分层燃烧，这对汽油机缸内直喷技术要求很高。浅谈缸内直喷发动机燃油喷射系统为便于缸内直喷发动机的正确使用和维修保养,本文以新款福特蒙迪欧致胜所搭载的20LECOBOOST涡轮增压缸内直喷发动机为例，围绕缸内直喷技术最核心的燃油喷射系统进行介绍。该发动机燃油经济性提升20，二氧化碳排放降低15，在减少燃油消耗的同时增加动力输出。一福特ECOBOOST系列缸内直喷发动机的发展历程2007年的林肯MKR概念车上首次展示这个概念，当时它被称为TWINFORCE；20081北美国际车展上，林肯MKT概念车上再次搭配上述发动机，并正式命名为ECOBOOST，设定动力输出为415HP309KW和400LBFT542NM。2009519在福特俄亥俄州克利夫兰第一发动机工厂正式量产，V635，之后V6发动机都放在克利夫兰生产；量产发动机动力输出为365HP272KW/5500RPM或355HP265KW/5700RPM、350LBFT475NM/15005250RPM。2010款林肯MKS、MKT和2010款福特FLEX、金牛座SHO车型上将陆续搭载ECOBOOSTV6发动机（动力可能进行不同调校）同时福特开发了20L,16LI4发动机以及更小排量的发动机，最新国产的福特蒙迪欧致胜所搭载了20LECOBOOST涡轮增压缸内直喷发动机。二ECOBOOST发动机燃油喷射系统基本原理发动机缸内直喷技术是指在发动机进气行程，只有新鲜空气通过开启的进气门流入燃烧室，而高压燃油通过专门的喷油器被精确地喷射到汽缸燃烧室内，通过活塞上的凹坑形成混合气（如下图）。20LECOBOOST发动机采用的室缸内直喷的燃油喷射方式，喷油时刻发生在进气行程，与进气歧管多点喷射的发动机相比，燃油与空气的混合时间更短，为了提高燃油的雾化效果，缸内直喷发动机要求燃油有很高的压力（最大燃油压力可达到15MPA）。20LECOBOOST发动机有均质和催化器加热模式。当发动机在正常工作温度下工作时，喷射模式为均质模式，此时，燃油喷射量按照理论空燃比（1471）精确计算，燃油在进气行程喷射，使得混合气有足够的时间混合均匀。当发动机温度较低时，喷射模式为催化器加热模式，采用2段喷射技术，将燃油分2次喷入汽缸燃烧室（分别在进气和压缩行程喷射），以达到快速加热三元催化转换器的目的。第一次喷射与均质模式一样，在进气行程喷油；第二次喷射发生在压缩行程，在进气门关闭后，快速地喷射，以形成一个浓地油核，围绕在火花塞周围，点火时刻被推迟，使得尽可能多的燃烧余热可以进入排气管，从而快速加热三元催化转换器，以降低HC和NOX排放。与传统电喷发动机相比，缸内直喷发动机CO2的排放降低高达百分之十几，为减少温室效应做出了重要贡献（如下图）。三ECOBOOST发动机燃油喷射系统结构及工作过程20LECOBOOST发动机的燃油喷射系统如下图所示，可以将其分为低压和高压2部分。31低压部分低压部分采用李无回流燃油供给系统，其结构如下图所示。油箱上安装了一个单独的油泵控制模块（FPDM），通过电子油泵控制线路控制低压油路的压力。PCM将所需要油压的控制信号传递给FPDM，该信号室一个低频的PWM信号（可变脉宽的脉冲信号），占空比在1085（占空比是指正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值）。FPDM在收到PCM发送过来的比所需油压的控制信号后又以高频信号驱动电子油泵，此时占空比在0100。电子油泵根据该信号给高压油泵供油，而发动机不同工况所需的燃油量由PCM进行计算和控制，所以不存在回油。低压管路的油压传感器把当前的低压管路油压值传送给PCM，这样就构成乐闭环控制回路。由于PCM对低压管路油压进行控制，所以施加在高压油泵上的油压只有380KPA620KPA。311低压油路传感器低压油路传感器检测低压油路的燃油压力，PCM通过油压传感器的信号实现低压管路油压闭环控制。低压油路油压传感器输出的电压信号是随着油压的上升而上升的。312泄放阀电子油泵在长时间高速运转室会产生很高的热量，当燃油通过油泵后会是燃油的温度升高，在低压燃油管路李容易形成气泡，严重的情况下产生气堵会造成发动机停机或难以起动。使用泄放阀（直径为055MM）,可以出去油管中的燃油蒸汽提高低压油管的燃油流速，从而避免任何工况下产生气泡（气阻）。313单向阀和过压保护阀油管上安装有一个单向阀和过压保护阀，这两个元件一起安装。过压保护阀防止低压端压力过高，当压力达到830KPA930KPA时，阀门开启，多余的燃油返回到油箱。单向阀确保发动机停机后的油压稳定，防止燃油回流到油箱。单向阀的弹簧弹力是预先设定好的，只有在压力超过125KPA（绝对压力）才会打开。以前的无回油系统中，发动机停机后，油压会直接拖加在油泵和汽油滤清器上。发动机再次起动时，油泵必须克服这个油压才能把燃油送往油轨，这样就会增加油泵的负荷，从而造成油泵磨损量增大。引入单向阀和过压保护的阀后，当发动机一旦停机，油泵和汽油滤清器上的油压也会迅速降低。32高压部分高压部分的结构如下图所示，包括高压油泵、燃油管路接头（低压燃油）、燃油压力传感器、高压燃油管路、油轨和喷油等。高压油泵对来自低压部分的燃油加压，并通过高压燃油管路将高压燃油送入油轨，燃油压力传感器负责检测油轨中的油压，以便精确地控制油轨中的燃油压力。最后由喷油器将高压燃油喷入汽缸。321高压油泵HDP5型高压油泵是由凸轮驱动的单缸泵，其结构如下图所示，高压油泵由泵柱塞、燃油计量阀、限压阀和脉动缓冲器等组成。泵油量取决于发动机转速和燃油计量阀的控制，高压油泵产生的最大油压为15MPA。高压油泵的工作过程如下图。（1）吸油过程。泵柱塞向下运动，在燃油计量阀打开（断电）的情况下燃油通过进油阀流到高压油腔。高压油腔的充油过程由下列两种因素共同决定。1）泵柱塞的向下运动使得燃油被吸到高压腔。2）燃油被低压侧的压力压到高压油腔中，在随后的泵油行程，在柱塞到达下止点后燃油计量阀仍然是最初的开启位置。（2）泵油过程。在柱塞到达下止点后燃油计量阀仍然是最初的开启位置。在设定的时间点后，燃油计量阀通电，因此关闭了低压燃油供给管路，高压腔里的燃油在泵柱塞的作用下增压。当高压腔里的油压超过高压管路里油轨的压力时，当油阀打开，这样燃油就被泵到油轨中。在一定时间后燃油计量阀停止供电，即使在减少电流的过程中进油阀仍然关闭，因为高压腔的压力加上进油阀的弹簧力推动进油阀回到阀座上，保持低压燃油供给管路关闭。在泵柱塞达到上止点和吸油进程开始之前，燃油被泵到油轨中，高压腔的油压再次下降，因此，出油阀先关闭随后进油阀打开。3）燃油计量阀再次断电后，燃油计量阀打开，高压油泵中的燃油经由燃油计量阀流回到进油侧。322燃油计量阀（IMV燃油计量阀（如右图）是一个电磁阀，其作用是保证进入到油轨中的燃油压力与需要的油压保持一致。采用燃油计量阀可以提供给喷油器所需要的油压，并且保证油轨中的油压。燃油计量阀与油压传感器一起组成一个闭环控制系统。323限压阀高压油泵上集成有限压阀。限压阀帮助保护组件，由此确保高压系统的可靠运行。这个阀限制油轨中的最大油压为20MPA，如果超过最大允许值，该阀门打开，同事过量的燃油流回低压侧。324脉动缓冲器脉动缓冲器用于衰减低压管路中由高压油泵产生的脉冲振动，这样保证了高压腔在发动机转速比较高的情况下也有比较好的充油效果。脉动缓冲器由两层隔膜组成，气垫位于两层隔膜之间。325燃油压力传感器燃油压力传感器（如下图）用来测量油轨中的油压，作为油轨油压控制系统的一个重要参数，精确地控制油轨中燃油压力对于发动机的排放性能和动力性能都至关重要。燃油压力传感器和燃油计量阀组成一个高压燃油管路油压闭环控制系统，当燃油压力传感器有故障时，PCM会采用替代值。326喷油器喷油器（图）安装在汽缸盖上的油轨上，因此不需要额外的高压油管（图）。在每个喷油器和各自在油轨上的固定座之间都有一个固定夹，这些固定夹用于固定喷油器，保证了喷油器和汽缸盖上的燃烧室开口的精确配合。当PCM给喷油器线圈通电时产生磁力，使得阀针克服弹簧的弹力从阀座中升起，燃油喷孔打开，由于油轨里的压力和燃烧室之间存在压力差，燃油就被喷射到燃烧室中。断电时，阀针在弹簧力的作用下回到阀座，燃油喷射因此结束。喷油器的开启非常快，从而保证了喷油孔的开启横截面在打开的时间内保持一直不变。喷油器电压是由直流转换器将控制信号的初始电压转换成65V，这个65V的高电压对于加速喷油器的开启是必须的。当喷油器的阀针完全开启后，只需要比较低的电压就可以保持阀针的开启。四结束语对于进气歧管喷射的发动机，燃油被喷入进气道，在这个过程中，喷射出的燃油会接触到进气道表面，容易形成壁膜损失。而缸内直喷对燃油流只有很少的阻碍，这样壁膜损失也相对较低，对燃油燃