奧迪第三代EA888發(fā)動(dòng)機(jī)的雙噴射與二次噴射分析

南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 蔣浩豐

奧迪第三代EA888發(fā)動(dòng)機(jī)的雙噴射與二次噴射分析

南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 蔣浩豐

德國奧迪公司出色的EA888系列發(fā)動(dòng)機(jī)，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到第三代了。持續(xù)不斷開發(fā)的原因，是因?yàn)樵絹碓絿?yán)的排放標(biāo)準(zhǔn)（EU6）和用戶要求降低燃油消耗的需求。為此，該發(fā)動(dòng)機(jī)總成在所有方面都進(jìn)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(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。這款“全球發(fā)動(dòng)機(jī)”在匈牙利、墨西哥和中國生產(chǎn)。中國的上海和大連生產(chǎn)EA888系列發(fā)動(dòng)機(jī)，與前代機(jī)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(tái)和主要品牌，該發(fā)動(dòng)機(jī)總成的功率頻譜是非常寬的，下面以1.8 L TFSI發(fā)動(dòng)機(jī)為例進(jìn)行闡述。

1 奧迪EA888發(fā)動(dòng)機(jī)的雙噴射系統(tǒng)

1.1 奧迪EA888發(fā)動(dòng)機(jī)的雙噴射系統(tǒng)含義

奧迪EA888發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖中可以看出該發(fā)動(dòng)機(jī)有兩套燃油噴射系統(tǒng)，藍(lán)色表示低壓噴射系統(tǒng)，即MPI系統(tǒng)（進(jìn)氣歧管噴射）；紅色表示高壓噴射系統(tǒng)，即FSI系統(tǒng)（缸內(nèi)直噴）。

為什么要采用兩種噴射系統(tǒng)呢？因?yàn)椴捎萌加碗p噴射系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)下述目標(biāo)：降低噪音；達(dá)到歐六（EU6）標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于顆粒質(zhì)量和數(shù)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(dāng)前和將來的排放要求；降低部分負(fù)荷時(shí)的燃油消耗（這時(shí)使用MPI 噴射比較有利）。

圖1 EA888發(fā)動(dòng)機(jī)的雙噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 雙噴射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

MPI系統(tǒng)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(shí)，高壓泵就可繼續(xù)通過燃油來沖洗并冷卻。為了盡量減小脈動(dòng)（高壓泵會(huì)把這個(gè)脈動(dòng)引入到油軌），在高壓泵的沖洗接口中集成有一個(gè)節(jié)流閥。MPI系統(tǒng)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(nèi)的預(yù)供油燃油泵（G6）來提供所需要的壓力。預(yù)供油燃油泵由燃油泵控制單元（J538）經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元來操控。MPI系統(tǒng)的油軌由塑料制成，MPI系統(tǒng)的噴油器（N532~N535）安裝在塑料進(jìn)氣歧管中，按最佳射束方向布置。

由于FSI系統(tǒng)的燃油壓力由150 bar（1 bar=100 kPa）增加到了200 bar，為了應(yīng)對(duì)這種情況，高壓區(qū)的所有部件都做了改進(jìn)。噴油器經(jīng)鋼質(zhì)彈簧片與氣缸蓋隔開（聲響減少）。同樣，高壓油軌與進(jìn)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(diǎn)，因此，混合氣的均勻程度得到了改善，且噴油器的溫度負(fù)荷也降低了。

1.3 工作模式分析

發(fā)動(dòng)機(jī)到底是用MPI模式工作還是用FSI模式來工作，是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的特性曲線計(jì)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(jī)油稀釋很輕及爆震趨勢(shì)很小，MPI噴射或FSI噴射的數(shù)量和種類在熱力學(xué)方面均經(jīng)優(yōu)化了，這就改變了混合氣形成的狀態(tài)，如在發(fā)動(dòng)機(jī)冷機(jī)時(shí)（冷卻液溫度低于45 ℃），那么就一直使用缸內(nèi)直噴方式來工作。在每次發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)使用的也是直噴方式。在長時(shí)間使用MPI模式工作后，為了防止高壓噴油器內(nèi)的燃油燒焦，便使用了沖洗功能，即會(huì)短時(shí)激活FSI模式。具體工況分析如下。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)采用高壓噴射（FSI），而且是3次直噴進(jìn)入壓縮行程。

（2）預(yù)熱 / 催化凈化器加熱。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)起動(dòng)，但冷卻液溫度尚未達(dá)到45 ℃時(shí)，采用的是雙次直噴，分別噴入進(jìn)氣行程和壓縮行程。與此同時(shí)，點(diǎn)火時(shí)刻向“延遲”方向移動(dòng)。

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度超過45 ℃時(shí)，切換到MPI工作模式。進(jìn)氣歧管翻板在部分負(fù)荷區(qū)也是關(guān)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(shù)），目的是降低油耗。

（4）熱機(jī)。在發(fā)動(dòng)機(jī)已是熱機(jī)時(shí)，通過預(yù)先配置混合氣的方式來優(yōu)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(qū)動(dòng)高壓泵來工作（以免消耗功率），如圖2中的藍(lán)色區(qū)域。

（5）較高負(fù)荷。這時(shí)是雙次噴射（FSI），分別噴入進(jìn)氣行程和壓縮行程，混合氣較稀，如圖2中的綠色區(qū)域。

（6）大負(fù)荷。采用高壓噴射（FSI），是單次直噴入進(jìn)氣行程，混合氣較濃，如圖2中的紅色區(qū)域。

圖2 EA888發(fā)動(dòng)機(jī)雙噴射系統(tǒng)工作模式圖

（7）應(yīng)急運(yùn)行功能。如果這兩個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)出現(xiàn)故障了，那么另一個(gè)系統(tǒng)就會(huì)執(zhí)行應(yīng)急運(yùn)行功能，以保證車輛仍能行駛。

2 奧迪發(fā)動(dòng)機(jī)的二次噴射和二次空氣噴射

2.1 二次噴射

EA888系列發(fā)動(dòng)機(jī)具有二次噴射功能。二次噴射是指在點(diǎn)火之后再噴射一次燃油。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)結(jié)束后，應(yīng)用二次噴射。首次噴射大約在上止點(diǎn)前300°，發(fā)生在點(diǎn)火之前；第二次噴射燃油量小，大約在上止點(diǎn)前60°，但發(fā)生在點(diǎn)火之后，如圖3所示。這樣混合氣燃燒會(huì)滯后很久，整個(gè)燃燒室內(nèi)都在燃燒，沒有隔離空氣量和廢氣再循環(huán)量，廢氣的溫度會(huì)很高，由于排氣門已經(jīng)開啟，這樣尾氣催化凈化器就能很快地達(dá)到其工作溫度，12 s內(nèi)溫度可達(dá)300 ℃。當(dāng)尾氣催化凈化器的工作溫度正常后，就會(huì)停止二次噴射。

圖3 EA888發(fā)動(dòng)機(jī)的二次噴射示意

2.2 二次空氣噴射

由于冷起動(dòng)和預(yù)熱階段，混合氣非常濃，因此在這段時(shí)間內(nèi)廢氣中有很多沒有燃燒掉的碳?xì)浠衔?。在這種情況下，催化凈化器無法正常工作，因?yàn)闆]達(dá)到催化凈化器的正常工作溫度，而要想實(shí)現(xiàn)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(huì)發(fā)生碳?xì)浠衔锖鸵谎趸嫉亩窝趸ǘ稳紵?，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(dá)到正常工作溫度。

3 結(jié)語

由以上分析可知，奧迪EA888發(fā)動(dòng)機(jī)的雙噴射系統(tǒng)是有兩套獨(dú)立的燃油噴射系統(tǒng)，根據(jù)工況的不同采用不同的噴射方式，而二次噴射是指在點(diǎn)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(fā)動(dòng)機(jī)不具有二次空氣噴射功能，六缸發(fā)動(dòng)機(jī)才具有此功能。

2017-01-20）