福特EcoBoost新动力技术是福特汽车公司近期可持续发展战略系统方案中的核心技术。目

前，配备福特EcoBoost技术的四缸、六缸发动机产品集成了燃油缸内直喷、涡轮增压和双可变气门正时等技术，福特将此技术命名为SCTi(连续涡轮增压燃油直喷)。本文以蒙迪欧新致胜2.0L EcoBoost-SCTi(M14)发动机(代码为TNBA)为例，介绍其缸内直喷、涡轮增压及双可

变气门正时技术。

一、TNBA发动机简介

TNBA发动机的主要技术参数如表1所示。

TNBA发动机采用了Bosch公司的PCM-MED17.0管理系统，达到欧V排放标准，喷油器的最大喷油压力为15MPa。采用了壁面引导燃烧过程，喷油器位于两个进气门之间的边上，混合汽通过活塞上的凹坑形成，采用了均质模式和催化器加热两种混合汽形成模式(未采用分层燃烧的稀混合汽燃烧技术)。

均质模式。当发动机在正常工作温度下，混合汽按均质工作模式产生，即空燃比A/F为14.7：1，燃油在进气行程喷射，这样有利于形成均匀的混合汽。

催化器加热工作模式。当发动机温度低时，催化器加热工作模式采用2次喷射，为三元催化转化器提供快速的加热。第一次喷射，同均质工作模式一样在进气行程喷油；第二次在压缩行程喷油，如此形成一个浓的油核围绕在火花塞周围，同时，点火时刻被适当推迟，使较多的燃烧余热进入排气管，从而快速加热三元催化器。

二、缸内直喷技术

由于TNBA发动机采用的是缸内直喷的混合汽形成方式，正常工作温度下，喷油时刻发生在发动机进气行程，燃油与空气的混合时间短，为了提高燃油的雾化效果和增加燃油与空气的混合时间，缸内直喷的发动机要求燃油有非常高的燃油压力，该发动机的最大燃油压力可达15MPa，燃油系统组成示意图如图1所示。燃油系统分为低压油路和高压油路两个部分。

1. 低压油路

TNBA发动机的低压燃油管路采用无回油系统，电子油泵在不同的工况下只是把所需的燃油输送给高压油泵，因此无回油。在油箱上安装了一个单独的油泵控制模块FPDM控制低压油路的压力。TNBA发动机的低压油路组成如图2所示。

低压油路的工作原理如下：

PCM根据的发动机不同工况，将目标油压的控制信息传递给FPDM，这个信号是一个低频的PWM信号(大约300~500Hz)，占空比在10％~85％之间。FPDM在收到PCM发送过来的目标油压控制信息后，又以高频信号(大约10KHz)驱动电动油泵，此时占空比在0~100％之间。PWM信号改变时，电动油泵的速度就会随之改变，从而改变低压油路的燃油压力。

低压管路的燃油压力传感器把当前的低压管路油压值反馈给PCM，如此就实现了对低压燃油压力的闭环控制。由于PCM对低压管路油压进行控制，所以输入到高压油泵上的油压只有0.38~0.62MPa。

泄放阀。电子油泵在长时间高速运转时会产生很高的热量，当燃油通过油泵加热后会使燃油的温度升高，容易形成气泡，严重情况下可能产生“气阻”，会导致发动机停机或难以启动故障。使用泄放阀(直径为0.55mm)可以除去油管中的燃油蒸汽，提高低压管的燃油流速，从而在任何工况下避免产生气阻的可能性。

单向阀和过压保护阀。电动油泵的出油管路上安装有单向阀和过压保护阀。过压保护阀防止低压端压力过高，当压力达到0.83~0.9MPa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0.125MPa(绝对压力)才会打开。

低压燃油压力传感器。该传感器(大众1.4TSI未采用该传感器)从油泵控制模块FPDM接收电源和搭铁，向FPDM发送燃油压力信号，以便对低压燃油压力进行闭环控制。低压油路燃油压力传感器输出的信号电压随着油压的上升而上升。

低压管路维修说明。怠速时，油压稳定在0.32~0.34MPa，发动机停机后油压逐渐降低，大约30min后，油压会稳定在至少0.21MPa。

维修燃油系统时，必须先泄压，并且严格按照维修手册上的操作程序进行。具体泄压方法如下：①在怠速运转时，将燃油计量阀IMV的连接插头拔掉；②拔掉FPDM上的油泵保险F13。

2. 高压油路

TNBA发动机的高压油路如图3所示。

(1)高压油泵

TNBA发动机采用了Bosch公司的HDP5型高压油泵。该高压油泵的安装位置如图4所示，其结构如图5所示。

由图4、图5可以看出，HDP5型高压泵是由三段式凸轮驱动的单缸泵，它安装在供油油路中，燃油计量阀、高压限压阀、低压侧压力缓冲器集成在高压油泵上。

HDP5型高压泵的特点：①筒式挺杆位于排气凸轮轴上的三段式凸轮与油泵柱塞之间；②高压油泵到油轨中的油量是通过燃油计量阀控制；③泵油油量取决于发动机转速和燃油计量阀的控制；④高压油泵产生的最大油压是15MPa。

凸轮轴上的三段式凸轮的旋转运动驱动油泵柱塞的上下运动。当燃油计量阀关闭时，柱塞的向上运动使高压腔里的燃油增压。

压力缓冲器。压力缓冲器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较高情况下仍然有着良好的的充油效果。压力缓冲器由两层隔膜组成，气垫就在两层隔膜之间。泵油行程时，在燃油计量阀关闭之前，一些燃油先会被从高压腔中压回到低压燃油管路中，该压力使得隔膜变形，同时在各个工作点上被分离出来的一定量的燃油被收集；吸油行程时，储存在缓冲器隔膜中的燃油在吸油行程中被释放。

限压阀。高压油泵上集成有油压限压阀。限压阀为保护组件，确保高压系统的可靠运行。该阀限制油轨中的最大油压为20MPa，如果超过最大允许值，该阀打开，过量的燃油流回低压侧。

燃油计量阀IMV。燃油计量阀安装在高压油泵上，是一个占空比控制电磁阀，由PCM通过PWM信号控制电磁阀的搭铁。燃油计量阀的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。燃油计量阀与高压燃油压力传感器一起构成闭环控制系统。燃油计量阀在不通电状态下处于全开状态，不能使燃油产生高压。

燃油计量阀如图6、波形图如图7所示。在上升阶段，电磁阀获得PCM提供的最大电压，这使得进油阀迅速的关闭；在保持阶段，电磁阀由PCM提供的PWM信号控制，提供的电流能保证进油阀保持在关闭的状态，较小的保持电流可以避免PCM过热。

说明：燃油计量阀是高压油泵的一个部分，不允许单独更换。燃油计量阀持续通电控时间若超过3s，将导致燃油计量阀损坏，故不能外接电源连接到燃油计量阀上。

高压燃油压力传感器。该传感器安装在油轨上，用于测量油轨中的燃油压力。精确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。通过采用高压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的闭环控制系统。当该传感器信号故障，PCM会采用替代值。

(2)喷油器

TNBA发动机采用了Bosch公司的HDEV5.1型喷油器，带有7个喷孔，喷油器喷嘴上的喷孔采用偏心设置(图8)。燃油以一个精确的喷射角度喷射到燃烧室。

喷油器安装在汽缸盖上，其上端接油轨，下端伸到燃烧室，因此不需要额外的高压油管。在每个喷油器和各自在油轨上的固定座，都有一个专用的固定夹具，可保证了喷油嘴和缸盖上的燃烧室开口的精确配合。喷油器结构如图9所示。

当PCM控制喷油器线圈通电时产生磁场，使带衔铁的针阀克服弹簧的弹力从阀座中抬起，因而燃油喷孔打开。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压回到阀座，燃油喷射因此结束。喷油器电磁阀高频动作，保证了喷射孔的开启横截面在打开的时间内保持一直不变。燃油的喷射量取决于油轨的压力和喷油器的开启时间。

[1] [2] [3]  下一页