福特Ecoboost技术分析解析

1、 课程论文 设计(论文)题目： 福特EcoBoost技术 学生姓名： 学 号： 1 专 业： 车辆工程 所在学院： 指导教师： 职 称： 2014年12月 26日 福特Ecoboost技术 摘 要项专利及专利EcoBoost发动机是福特汽车新动力技术代表之一，在美国已经获得125应用。它是在传统汽油发动机的基础上，进一步添加了燃油缸内直喷、涡轮增压和双独立可变气门正时系统这三大关键技术优势，不仅保证了澎湃的动力输出，而且优化了燃油经的二氧化碳排放，从而在整体上有效地控制了发动机的排放。15%，并降低济性高达20%发动机设计理念，包括：优化的这三大技术各有所长，三大技术的整合体现了EcoBoos

2、t 发动机效率、更丰富的驾驶乐趣、小排量带来的优势。 关键词：EcoBoost，关键技术，设计理念 章燃油高压直喷技术 EcoBoost第1 1.1工作原理先进的直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术，通过一个活塞泵提供所以上的压力，将汽油提供给位于汽缸内的电磁喷射器。然后通过电脑控制喷需的100bar射器将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室，其控制的精确度接近毫秒，其关键是考虑喷射器的安装，必须在汽缸上部留给其一定的空间。由于汽缸顶部已经布置了火花塞和多个气门，已经相当紧凑，所以将其布置在靠近进气门侧。由于喷射器的加入导致了对设计和制造的要求都相当的高，如果布置不合理、制造精度达不到要

3、求导致刚度不足甚至漏气只 能得不偿失。 此外，高压直喷技术技术采用了两种不同的注油模式，即分层注油和均匀注油模式。发动机低速或中速运转时采用分层注油模式。此时节气门为半开状态，空气由进气管进入汽缸撞在活塞顶部，由于活塞顶部制作成特殊的形状从而在火花塞附近形成期望中的涡流。当压缩过程接近尾声时，少量的燃油由喷射器喷出，形成可燃气体。这种分层注油方式可充分提高发动机的经济性，因为在转速较低、负荷较小时，除了火花塞周围需要形FSI成浓度较高的油气混合物外，燃烧室的其它地方只需空气含量较高的混合气即可，而使其与理想状态非常接近。当节气门完全开启，发动机高速运转时，大量空气高速进入汽缸形成较强涡流并与汽

4、油均匀混合。从而促进燃油充分燃烧，提高发动机的动力输出。电脑不断的根据发动机的工作状况改变注油模式，始终保持最适宜的供油方式。燃油的充分 利用不仅提高了燃油的利用效率和发动机的输出而且改善了排放。 图1燃油缸内直喷示意图 的特点EcoBoost1.2 高压燃油系统由低压燃油泵、发动机的燃油喷射系统采用的是无回油形式，EcoBoost 泵、油压传感器、油管及喷油嘴组成。 发动机燃油系统结构图2图 低压燃油系统1.2.1通过高频信号驱动油泵，）油泵控制模块（FPDM在低压油路系统的控制逻辑如图所示。时开启。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。过380kPa

5、-620Kpa。发动机怠速时，油压稳定在320-340kPa标准的低压燃油压力范围为 830-930kPa时打开，泄放阀用于除去油管中的燃油蒸汽。压保护阀在 低压燃油系统结构图3图 1.2.2 高压燃油系统。汽油在高压油泵为单缸泵，由排气凸轮驱动，带有进油计量阀，泵油油压为15MPa. 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，汽油以一定精确发动机的喷油嘴是7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

6、，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。 高压燃油系统结构图4 图 第2章 EcoBoost的涡轮增压技术 2.1 工作原理 涡轮增压系统是利用排气推动推动涡轮叶片的高速旋转，从而带动进气口附近的进气叶片转动（空气压缩机），这样就能对进气进行加压，来提高进气的压力，增加进气密度以达到增加进气量的目的。但是由于要推动涡轮叶片的转速是相当高的，大概有10万转/分钟，想要推动涡轮叶片以这么高的速度转动是需要一定排气能量的

7、，这也就是发动机调校中所说的涡轮介入转速。因此，在发动机转速较低的时候，涡轮增压器是无法工作的，因为此时发动机产生的排气能量不足以推动排气涡轮（常规涡轮增压发动机需要2000转以后才能启动涡轮增压器）。这也就产生了涡轮迟滞现象。 福特EcoBoost技术在于这套涡轮增压里面内置了一个小型低惯量转子，该转子能以每分钟超过200,000转的速度高速运转。这使得涡轮叶片更容易被废气驱动，确保了发动机在每分钟1,500 转或更低转速时获得最大扭矩，发动机的峰值扭矩的提前实现使得涡轮迟滞被控制在最低限度。 2.2 EcoBoost涡轮增压结构 2.2.1压力控制电磁阀 废气涡轮系统的增压压力受压力控制电

8、磁阀控制，最大增压压力为120kPa，发动机控制单元通过占空比信号调节增压压力。真空控制执行器上的压力取决于增压压力及电磁阀上通电电压占空比。当占空比在80-90%，排气旁通阀全开；当占空比在20时，排气旁通阀全关。 增压压力控制系统5图 2.2.2 回风阀 回风阀是一个机械装置，通过压力差控制，安装在涡轮进气侧。打开时，增压的空气又会回流到涡轮的进气侧，从而使涡轮增压器的转速得到保持。回风阀的作用是在节气门突然关闭的情况下，消除节气门和涡轮增压器之间的背压。这种背压会造成增压压力损失以及导致节气门寿命降低。回风阀在增压压力和进气歧管压力差超过24kPa时打开。 回风阀位置示意图图6 2.2.

9、3 空气流量计空气流量计用于测量发动机的进气量，发动机管理系统采用这个信号计算喷油时间、燃油压力、点火时刻、涡轮增压压力、发动机负荷以及换挡控制。如果空气流量计失效，）的信号作为替代信号计算进气量。空气流量计的供电系统会采用进气压力传感器（MAP 的信号逻辑电平。12V，采用5V电压为发动机管理系统通过监测空气流量计的信号频率来计算空气流量，信号的频率是随着的固定值代替该发动机管理系统将利用25如果此信号失效，空气流量的增加而提高的。 信号。 空气流量计位置示意图7 图 2.2.4 进气压力温度传感（MAPT） MAPT位于中冷器出口处，发动机管理系统通过这个传感器测量增压后的空气压力和温度。

10、如果MAPT传感器失效，发动机管理系统将排气旁通阀完全开启，限制涡轮增压器的增压压力，发动机动力输出被限制了。 8传感器位置示意图 图 第3章 EcoBoost的双可变正时气门技术可变正时气门技术目前已经广泛使用在各类发动机中。相比传统发动机，带有可变正时气门技术的发动机在结构上与传统凸轮轴有一定差异（见下图），通过电磁阀对液压的控制能够使得气门与正时链条存在一定的时间差，即能够改变气门的相位角。例如在发动机高转速时，为了吸入更多空气使燃料充分燃烧，可变正时气门系统能够延长气门重叠时间（进排气门同时打开的时间），提升进气量并且更好的排尽缸内废气。另外“可变气门升程技术”则是通过改变气门行程来实

11、现对进排气量的控制，有异曲同工之妙。不过，目前很多带有可变正时气门机构的发动机仅有进气门正时可变，使用进排气可变正时气门技 DVVT发动机等均为进排气可变正时）。、术的发动机数量不多（双VVT-i相比仅进气气门可变正时的Ecoboost发动机使用的就是进排气双可变正时气门技术，发动机来说，对排气门的相位调节能够保证在发动机低转速时排出更多的废气驱动涡轮，减少涡轮迟滞现象，同时，对进排气的效率拥有更大的调节范围和更高的灵活性，所以其 效率高于一般发动机。 9 图 章总结第4技术的实际意义在于通过小排量发动机成功实现媲美大排量发动机的高输EcoBoost的燃油经出功率及柴油发动机的高扭力特性，同时

12、降低的二氧化碳排放和提升约20%15%的扭矩，因此在保持强劲动力的同时，又能济性表现。一般而言，涡轮增压器能增加50%技术对控制发动机排放方面显著降低发动机排量，优化油耗和尾气排放。所以，EcoBoost这样的技术大量使用于发动机中，EcoBoost有着明显的改善。我们有理由相信随着类似于小排量环保型汽车将由于同时具有良好的动力性和较少的尾气排放这两个方面的优点，而当然，越来越受到普通消费者的欢迎，这将极大降低由于汽车尾气造成的一部分空气污染。这还只是人类对控制发动机排放方面技术研究的一个开始，随着越来越严格的环境保护法的出台和发动机技术的进步，我们实现发动机完全零排放的那一天也指日可待。 参考