蒙迪歐CD391發動機技術研究

王茂美，宋建桐，成林，牛雅麗

（北京電子科技職業學院汽車工程學院，北京 100176）

引言

蒙迪歐CD391發動機是福特汽車新動力技術代表之一，此款發動機的三大技術優勢分別為：燃油缸內直噴技術（GDI），渦輪增壓技術（TC），雙獨立可變氣門正時技術DVCT）。

為了方便廣大讀者對此款發動機的了解，重點介紹缸內直噴技術、廢氣渦輪增壓和雙獨立可變氣門正時技術，希望對大家有所幫助。

1 缸內直噴技術

蒙迪歐 CD391發動機采用的是缸內直噴的混合汽形成方式，汽油直接噴入汽缸中，而不是在進氣門口噴射，不易形成積碳。另外燃油/空氣不是在進氣歧管中混合而是在缸內混合，混合更加的均勻[1]。

圖1 蒙迪歐CD391發動機結構圖

缸內直噴的發動機噴油時刻發生在發動機進氣行程，燃油與空氣的混合時間短，為了提高燃油的霧化效果，要求燃油有非常高的燃油壓力，比常規發動機要高出三、四十倍，達到150bar。能不能把高壓做到位，也是直噴能不能實現的核心關鍵，缸內直噴的發動機燃油系統分為低壓油路和高壓油路兩個部分。系統由低壓燃油泵、高壓燃油泵、油壓傳感器、噴油器及油管組成。

圖2 蒙迪歐CD391發動機燃油系統組成示意圖

1.1 低壓油路

蒙迪歐 CD391發動機的低壓燃油管路是指從油箱到高壓油泵之前的油路，電子油泵在不同的工況下，依據單獨的油泵控制模塊FPDM發出的指令，把所需的燃油輸送給高壓油泵，無回油。低壓油路組成如圖3所示。

圖3 蒙迪歐CD391低壓油路組成

圖4 蒙迪歐CD391高壓油路組成

低壓油路工作原理跟傳統汽油機類似，PCM 根據的發動機不同工況，將目標油壓的控制信息傳遞給FPDM，FPDM接收到 PCM 的信息后驅動電動油泵供油。低壓管路的燃油壓力傳感器把當前的低壓管路油壓值反饋給PCM，如此就實現了對低壓燃油壓力的閉環控制。

1.2 高壓油路

高壓油路指從高壓油泵到噴油器的油路，如圖4所示。

（1）高壓油泵

蒙迪歐CD391發動機采用了B o s c h公司的HDP5型高壓油泵，高壓油泵為單缸泵，由排氣凸輪軸驅動，帶有進油計量閥。高壓油泵主要包括活塞、進油計量閥（IMV）、高壓腔、油壓限制閥、充氣式壓力緩沖器及壓力限制閥。

HDP5型高壓泵的特點：①筒式挺桿位于排氣凸輪軸上的三段式凸輪與油泵柱塞之間；②高壓油泵到油軌中的油量是通過燃油計量閥控制；③泵油油量取決于發動機轉速和燃油計量閥的控制；④高壓油泵產生的最大油壓是15MPa[1]。

圖6 高壓油泵剖視圖

（2）油壓傳感器

該傳感器安裝在油軌上，用于測量油軌中的燃油壓力。精確控制油軌中燃油壓力，對于發動機的排放性能和動力性能都至關重要。通過采用高壓燃油壓力傳感器和燃油計量閥組成一個高壓燃油管路油壓的閉環控制系統。斷開油軌壓力傳感器后，IMV處于開環故障模式，PCM不再對IMV進行控制，油軌壓力為預設壓力。

（3）噴油器

蒙迪歐CD391發動機采用了Bosch公司的HDEV5.1型噴油器，帶有7個噴孔，噴油器噴嘴上的噴孔采用偏心設置(圖7)。燃油以一個精確的噴射角度噴射到燃燒室[2]。

圖7 噴油器

圖8 渦輪外部結構

2 渦輪增壓技術

蒙迪歐 CD391發動機采用了與排氣歧管集成在一起的廢氣渦輪增壓系統，能大幅度提升發動機的最大功率和扭矩，還能提高發動機的燃油經濟性和排放性。其結構如圖8和圖9所示。

廢氣渦輪增壓系統中幾個主要部件的功能說明及工作邏輯：

（1）增壓壓力控制電磁閥

廢氣渦輪系統的增壓壓力受壓力控制電磁閥控制，最大增壓壓力為120kPa，發動機控制單元通過占空比信號調節增壓壓力。真空控制執行器上的壓力取決于增壓壓力及電磁閥上通電電壓占空比。當占空比在80-90%，排氣旁通閥全開；當占空比在20時，排氣旁通閥全關[3]，如圖10所示。

圖9 渦輪內部結構

圖10 增壓壓力控制電磁閥

（2）回風閥

回風閥是一個機械裝置，通過壓力差控制，安裝在渦輪進氣側。打開時，增壓的空氣又會回流到渦輪的進氣側，從而使渦輪增壓器的轉速得到保持?；仫L閥的作用是在節氣門突然關閉的情況下，消除節氣門和渦輪增壓器之間的背壓。這種背壓會造成增壓壓力損失以及導致節氣門壽命降低?；仫L閥在增壓壓力和進氣歧管壓力差超過24kPa時打開。

3 雙獨立可變氣門正時系統

可變氣門正時系統中，正時齒輪所帶動的齒盤與凸輪軸之間有一定的自由量。通過油壓控制齒盤與凸輪軸之間的角度差，就能實現對氣門提前或延時關閉的效果，這樣發動機就能夠根據發動機負載，在各個轉速區域都有很好的進排氣效果，提升發動機效率[4]，如圖12所示。

圖11 回風閥

圖12 雙獨立可變氣門正時系統

該發動機的進排氣門可變正時機構的最大可調角度為25度凸輪軸轉角。為降低發動機的后期養護成本，蒙迪歐CD391發動機采用了終生免維護的正時鏈條設計。

4 結束語

蒙迪歐 CD391發動機技術的實際意義在于通過小排量發動機成功實現媲美大排量發動機的高輸出功率及柴油發動機的高扭力特性，同時降低 15%的二氧化碳排放和提升約20%的燃油經濟性表現。通過渦輪增壓、缸內直噴以及可變氣門正時技術，此款發動機基本實現了上面提到的技術指標。

[1] 王曉琳.劉華.福特最新 EcoBoost動力技術介紹[J].汽車維修與保養,2011,（7）:49～51.

[2] 苗夢蓮.福特蒙迪歐致勝發動機雙離合器變速箱解析[Z].中國汽車消費網.

[3] 王云龍.蒙迪歐致勝2.0GTDI發動機展示技術解析[Z].網易汽車.

[4] 常慶林.發動機技術巡禮福特 GTDi發動機詳解[Z].太平洋汽車網.