奧迪第三代EA888發動機的雙噴射與二次噴射分析

南京交通職業技術學院 蔣浩豐

奧迪第三代EA888發動機的雙噴射與二次噴射分析

南京交通職業技術學院 蔣浩豐

德國奧迪公司出色的EA888系列發動機，現在已經發展到第三代了。持續不斷開發的原因，是因為越來越嚴的排放標準（EU6）和用戶要求降低燃油消耗的需求。為此，該發動機總成在所有方面都進行了根本性的修改，不但減小了其外形體積，而且提高了其動力性和經濟性。這款“全球發動機”在匈牙利、墨西哥和中國生產。中國的上海和大連生產EA888系列發動機，與前代機型一樣，有1.8 L的（1.8 TFSI）和2.0 L的（2.0 TFSI），可用于各種車輛平臺和主要品牌，該發動機總成的功率頻譜是非常寬的，下面以1.8 L TFSI發動機為例進行闡述。

1 奧迪EA888發動機的雙噴射系統

1.1 奧迪EA888發動機的雙噴射系統含義

奧迪EA888發動機的燃油噴射系統結構如圖1所示。

從圖中可以看出該發動機有兩套燃油噴射系統，藍色表示低壓噴射系統，即MPI系統（進氣歧管噴射）；紅色表示高壓噴射系統，即FSI系統（缸內直噴）。

為什么要采用兩種噴射系統呢？因為采用燃油雙噴射系統可實現下述目標：降低噪音；達到歐六（EU6）標準中關于顆粒質量和數量的要求（能將炭煙排放降低10倍）；降低廢氣排放（尤其是CO2），使之符合當前和將來的排放要求；降低部分負荷時的燃油消耗（這時使用MPI 噴射比較有利）。

圖1 EA888發動機的雙噴射系統結構

1.2 雙噴射系統的結構特點

MPI系統通過高壓泵的沖洗接口來獲得燃油供給，在以MPI工況工作時，高壓泵就可繼續通過燃油來沖洗并冷卻。為了盡量減小脈動（高壓泵會把這個脈動引入到油軌），在高壓泵的沖洗接口中集成有一個節流閥。MPI系統配有自己的壓力傳感器，就是低壓燃油壓力傳感器（G410）。由燃油箱內的預供油燃油泵（G6）來提供所需要的壓力。預供油燃油泵由燃油泵控制單元（J538）經發動機控制單元來操控。MPI系統的油軌由塑料制成，MPI系統的噴油器（N532~N535）安裝在塑料進氣歧管中，按最佳射束方向布置。

由于FSI系統的燃油壓力由150 bar（1 bar=100 kPa）增加到了200 bar，為了應對這種情況，高壓區的所有部件都做了改進。噴油器經鋼質彈簧片與氣缸蓋隔開（聲響減少）。同樣，高壓油軌與進氣歧管也隔開了，且與氣缸蓋是用螺栓連接的。高壓噴油器的位置略微向后移了點，因此，混合氣的均勻程度得到了改善，且噴油器的溫度負荷也降低了。

1.3 工作模式分析

發動機到底是用MPI模式工作還是用FSI模式來工作，是根據發動機的特性曲線計算的，具體的工作模式如圖2所示。

為了使得炭煙排放最少、機油稀釋很輕及爆震趨勢很小，MPI噴射或FSI噴射的數量和種類在熱力學方面均經優化了，這就改變了混合氣形成的狀態，如在發動機冷機時（冷卻液溫度低于45 ℃），那么就一直使用缸內直噴方式來工作。在每次發動機起動時使用的也是直噴方式。在長時間使用MPI模式工作后，為了防止高壓噴油器內的燃油燒焦，便使用了沖洗功能，即會短時激活FSI模式。具體工況分析如下。

（1）發動機起動采用高壓噴射（FSI），而且是3次直噴進入壓縮行程。

（2）預熱 / 催化凈化器加熱。當發動機已經起動，但冷卻液溫度尚未達到45 ℃時，采用的是雙次直噴，分別噴入進氣行程和壓縮行程。與此同時，點火時刻向“延遲”方向移動。

（3）發動機暖機。當發動機冷卻液溫度超過45 ℃時，切換到MPI工作模式。進氣歧管翻板在部分負荷區也是關閉的，但不是與MPI工作模式完全相同（取決于特性曲線上的參數），目的是降低油耗。

（4）熱機。在發動機已是熱機時，通過預先配置混合氣的方式來優化混合氣的均勻程度，即采用MPI工作模式。這就使得燃燒更快、效率更高，而且，不必驅動高壓泵來工作（以免消耗功率），如圖2中的藍色區域。

（5）較高負荷。這時是雙次噴射（FSI），分別噴入進氣行程和壓縮行程，混合氣較稀，如圖2中的綠色區域。

（6）大負荷。采用高壓噴射（FSI），是單次直噴入進氣行程，混合氣較濃，如圖2中的紅色區域。

圖2 EA888發動機雙噴射系統工作模式圖

（7）應急運行功能。如果這兩個系統中的一個出現故障了，那么另一個系統就會執行應急運行功能，以保證車輛仍能行駛。

2 奧迪發動機的二次噴射和二次空氣噴射

2.1 二次噴射

EA888系列發動機具有二次噴射功能。二次噴射是指在點火之后再噴射一次燃油。當發動機起動結束后，應用二次噴射。首次噴射大約在上止點前300°，發生在點火之前；第二次噴射燃油量小，大約在上止點前60°，但發生在點火之后，如圖3所示。這樣混合氣燃燒會滯后很久，整個燃燒室內都在燃燒，沒有隔離空氣量和廢氣再循環量，廢氣的溫度會很高，由于排氣門已經開啟，這樣尾氣催化凈化器就能很快地達到其工作溫度，12 s內溫度可達300 ℃。當尾氣催化凈化器的工作溫度正常后，就會停止二次噴射。

圖3 EA888發動機的二次噴射示意

2.2 二次空氣噴射

由于冷起動和預熱階段，混合氣非常濃，因此在這段時間內廢氣中有很多沒有燃燒掉的碳氫化合物。在這種情況下，催化凈化器無法正常工作，因為沒達到催化凈化器的正常工作溫度，而要想實現完全燃燒，混合比必須是λ=1。

二次空氣噴射就是將空氣噴入到排氣門的后面，這樣就使得廢氣中的氧含量升高，于是會發生碳氫化合物和一氧化碳的二次氧化（二次燃燒），由此釋放出的熱量幫著加熱了尾氣催化凈化器，使之快速達到正常工作溫度。

3 結語

由以上分析可知，奧迪EA888發動機的雙噴射系統是有兩套獨立的燃油噴射系統，根據工況的不同采用不同的噴射方式，而二次噴射是指在點火之后再噴一次少量的燃油，目的是提高廢氣的溫度以使尾氣催化凈化器盡早正常；而二次空氣噴射是將空氣噴入排氣門的后面，使廢氣二次燃燒，目的也是使尾氣催化凈化器盡早正常，但需要說明的是奧迪EA888系列發動機不具有二次空氣噴射功能，六缸發動機才具有此功能。

2017-01-20）