二、燃油控制部分
GDI发动机与MPI发动机最大的区别就是GDI发动机实现了燃油在汽缸内的直接喷射,而为了实现这一目的,需要燃油有足够高的压力,韩系车的GDI发动机的高压燃油压力最高可以达到13500~15000kPa之间,同时发动机的压缩比也要比MPI发动机高,通常MPI发动机的压缩比是10.5左右,而GDI发动机的压缩比一般要达到11.3左右。在GD I发动机中高压的燃油直接喷射到汽缸内,实现比稀薄燃烧的发动机更加稀薄的混合气完全燃烧。当喷油器喷射燃油时,在垂直方向形成强涡流,涡流帮助喷油器喷射的汽油集中聚集在火花塞周围,所以混合气能够实现完全燃烧。另外燃油直接喷射在汽缸内,因冷却效应,进气温度降低,改善了充气效率。
GD I发动机的燃油喷射时期与MPI发动机也大不相同,不仅是燃油喷射压力不同,燃油喷射时间也有很大的区别。GDI发动机的燃油喷射时间有如下几种状态:
发动机正常运转:在发动机正常运转期间进气行程执行喷射,以确保燃油和空气良好的混合。
发动机启动期间。在压缩行程喷射燃油,以便空气和燃油在火花塞周围形成层状混合气,提升点火性能并降低燃油消耗。
催化器加热期间。催化器只有在充分暖机之后才能起到完全催化的作用,当需要加热催化器时,GDI发动机控制燃油分期喷射来加快催化器的加热,也就是说在加热催化器期间,GDI发动机是在进气行程和压缩行程喷射两次燃油。在进气行程的燃油喷射量约为70%,在压缩行程的燃油喷射量约为30%。点火正时为ATDC10°~15°,延迟点火正时允许火焰传播直到排气门打开,从而使排气温度升高加快加热催化器。
GD I发动机的燃油控制部分包括安装于燃油箱内的燃油泵和燃油滤清器总成,安装于汽缸盖上的高压燃油泵(如图8、图9所示)、高压油管、燃油共轨、燃油压力传感器和喷油器。安装在燃油箱内的燃油泵以450kPa的压力供给燃油,低压的燃油经过低压管路输送到位于汽缸盖上的高压燃油泵,高压燃油泵由发动机凸轮轴旋转驱动从而产生高压,高压燃油泵上集成有压力调节阀用以调节燃油压力与喷油器喷射的燃油压力相一致。在怠速工况下高压燃油压力控制在4000kPa,在最大转速下四缸发动机的最大压力会上升至13500kPa,而六缸发动机的最大压力会上升至15000kPa。高压的燃油经过高压油管供给到燃油共轨,燃油压力传感器安装于燃油共轨上检测流经共轨的燃油压力,在GDI发动机系统中,精确控制燃油压力是至关重要的,如果压力过高就可能会损害发动机和燃油系统,所以当压力超过17500kPa时,集成于高压燃油泵内的卸压阀就会释放燃油压力,以避免供给到燃油共轨的燃油压力超过界限,最后燃油共轨中的燃油经由喷油器喷射到燃烧室。
高压燃油泵和燃油压力调节阀。高压燃油泵是产生高压燃油的部件,内部集成有燃油压力调节阀、缓冲器、活塞式高压泵和卸压阀。高压燃油泵安装于发动机的汽缸盖上,由凸轮轴驱动,为此凸轮轴在制造时添加了凸轮凸块用以驱动高压燃油泵(四缸发动机的凸轮凸块为矩形,V形六缸发动机的凸轮凸块为三角形),高压燃油泵通过泵支架固定于汽缸盖上(如图10、图11所示),凸轮轴旋转时,凸轮轴上的凸块就会带动滚柱挺杆和高压燃油泵活塞上下移动,从而驱动高压泵工作,燃油压力调节阀(如图12所示)将高加压的燃油控制在3000~15000kPa的范围内,然后向燃油共轨供给燃油。当燃油压力达到17500kPa以上时,卸压阀开启,燃油不进入燃油共轨,而是返回至活塞室。当高压燃油泵故障时,系统仅以500kPa低压供给燃油。
高压燃油泵的工作过程(如图13、图14所示):
1.燃油吸入过程,由凸轮轴旋转带动高压燃油泵活塞下行,由于高压泵室与低压油管之间的压力差,燃油被吸入到高压泵室。
2.燃油返回过程,高压燃油泵活塞上行,但入口处燃油压力调节阀开启(未供给电源),燃油返回至入口处。
3.燃油加压输送过程,燃油控制阀启动,燃油入口处关闭,高压泵室内的剩余燃油被压缩增压,压力推动共轨上的单向阀打开,高加压的燃油输送到燃油共轨。
4.燃油输送过程,此时尽管燃油压力调节阀停止工作,但是在高压泵室内的高压燃油作用下,燃油入口继续保持关闭,燃油排向共轨。
注意事项:在没有燃油的情况下,发动机的启动时间切勿超过15min,否则会导致高压燃油泵因为磨损而损坏。