第二节 燃油供给系统新技术

传统的汽油发动机是通过控制单元采集凸轮位置信号以及发动机各相关工况参数从而控制喷油器将汽油喷入进气歧管。但因为喷油器离燃烧室有一定的距离，汽油同空气的混合情况受进气气流和气门开关的影响较大，并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上，所以希望喷油器能够直接将燃油喷入气缸。先进的直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术，通过一个活塞泵提供所需的10～12MPa的燃油压力，将汽油提供给位于气缸内的电磁喷射器。然后通过控制单元控制喷油器将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室，其控制的精确度已达毫秒级。

由于燃油是以极高压力直接注入燃烧室中的，对于进气量与喷油时机的判读与控制也更加精准。控制单元不断地根据发动机的工作状况改变喷油模式，始终保持最适宜的供油方式；在油气的雾化和混合效率上更为优异，使得发动机的燃烧效率大幅提升。燃油的充分利用不仅提高了燃油的利用效率和发动机的动力输出，而且改善了排放。

发动机的燃油直接喷入缸内与气体混合，降低了混合气温度，可以使燃烧室采用更高的压缩比，以提高动力性能和效率；而活塞顶部的特殊燃烧室造型有助于混合气形成涡流，达到理想的混合气浓度分布，使得混合气更好地燃烧。由此带来的好处是发动机动力性能得到明显提升，而排放与油耗则会得到更好的控制。局限是零部件的价格比起传统供油系统明显昂贵，必须使用高标号汽油，否则会堵塞喷油器。

一、缸内直喷技术

1.缸内直接喷射系统的结构组成

缸内直接喷射系统由燃油箱、低压油泵、带燃油压力调节器的燃油滤清器、输出油管、回油管、分配油管、进气凸轮末端的直角凸轮驱动高压泵以及高压喷油器等组成，其作用是提供直接喷射所需要的压力燃油。凸轮轴转一圈该循环发生四次。应用直角凸轮可减少凸轮行程，每转传递效率提高，使得快速压力建立成为可能，这有利于发动机起动和再次起动。燃油压力传感器安装在油轨上。大众车系缸内直接喷射系统标准燃油压力为10MPa，而大众车系普通发动机正常的燃油压力只有350～400kPa。大众车系缸内直喷系统结构组成如图1-31所示。

2.缸内直接喷射系统的工作模式

（1）分层燃烧

如果空燃比达到25:1以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。当空气被吸入进气歧管时就已经产生了可变涡流，并使进气歧管中的气流以最佳的状态进入燃烧室内，使空气涡流中心集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。火花塞在正时点火之前，高压喷油器将喷射汽油与燃烧室的空气混合，由于高压喷油器喷出精细的汽油，通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，空燃比达到12:1左右，燃烧迅速波及外层的稀薄混合气区域。分层燃烧可以达到降低油耗和排放的目的。分层燃烧适用于转速不是很高的发动机，可明显改善低速时的燃油消耗。而在发动机高速运转时，空气流速较快，在气缸内的涡流效果明显下降，实现分层燃烧也就更为困难。为了避免这一现象，在高转速时发动机的喷油量就会相对有所提高，此时的油耗也就会略有提高。

①进气工况（图1-32）。

·节气门打开（节流损失小）。

·进气歧管翻板封住下进气道，于是空气运动就加速了。

·吸入的空气呈旋转状进入气缸。

②燃油喷射工况（图1-33）。

·喷油开始于约上止点前60°。

·喷油结束于约上止点前45°。

·燃油被喷射到燃油凹坑内。

·喷油时刻对混合气的形成有很大影响。

③混合气形成工况（图1-34）。

·混合气形成只发生在40°～50°曲轴转角之间。

·如果曲轴转角小于40°，无法点燃混合气。

·如果曲轴转角大于50°，混合气就变成均质充气了。

④燃烧工况（图1-35）。

·只有混合好的气雾被点火燃烧。

·混合好的气雾周围的气体起隔离作用。

·缸壁热损耗小。

·热效率提高。

·点火时刻范围窄。

（2）均质模式

即在所有工况下都采用均匀混合气。燃油与空气的混合发生在进气行程中，这样燃油和空气就有了更充足的时间来混合，并且可以利用空气流动形成的旋转的涡流来击碎燃油颗粒，使之混合更加充分。均质燃烧更多考虑的是动力性（图1-36）。

3.缸内直接喷射系统常见故障诊断分析

缸内直接喷射系统由低压燃油系统和高压燃油系统组成，在排除燃油系统故障时，首先要通过诊断仪和燃油压力表确保低压供油在450～550kPa；高压燃油系统压力只能通过诊断仪相关数据块来读取，应随发动机转速上升而上升，其压力应该在5～20MPa（具体每个车型燃油压力标准请参照相关维修手册）。

需要注意的是，缸内直接喷射系统是在高温、高压下工作的，喷油器工作间隙较小，所以应该使用97/98号汽油。如果使用低标号汽油，国产汽油中的烯烃含量较高，在高温环境下燃油极易在喷油器上与氧气发生氧化反应，形成低聚黏稠物的胶质，长期沉淀后形成积炭，导致喷油器堵塞，使发动机工作稳定性变差。

4.典型案例

车型配置：奥迪A4L装配1.8T缸内直喷发动机。

故障现象：客户反映加速不良。

诊断排除过程：诊断仪检查“01发动机”里有故障码“P0087燃油油轨压力过低”的故障记录。读取发动机数据流，燃油压力为640kPa，高压泵输送控制偏差3.3500MPa，数据不正常。用燃油压力表测试低压压力，为700kPa。此现象证明高压压力低而低压压力高。为此先检查高压压力为什么这么低。此车没有缺缸、断火、冒烟的现象，可以排除喷油器泄漏。机油油位在正常范围之内，也没有汽油味，高压泵也不泄漏。替换高压传感器无效。检查高压泵线路。打开点火开关电压为9V，起动后电压为11V无异常。更换高压泵后测试数据流，燃油压力为3.90MPa，高压泵输送控制偏差-0.0200MPa，正常。试车，故障消失。

总结分析：对于缸内直喷发动机燃油系统故障诊断首先要区分故障是在低压燃油供给区还是高压燃油供给区；其次要确定是燃油压力传感器故障还是燃油压力异常。一定要结合故障现象，分析相关数据流才能迅速解决故障。

二、燃油双喷射系统

1.结构组成（图1-37）

该系统由进气歧管喷射系统和缸内直喷系统组成，两套系统在不同工况下既可以单独工作也可以协同工作。双喷射系统的应用可以使发动机获得更大的转矩，同时降低缸内直喷发动机尾气排放中颗粒过多对环境造成的不良影响，还可以降低部分负荷时的燃油消耗。

2.双喷射系统相对于直喷系统优点

1）将系统压力从15MPa提高到20MPa。

2）改善了燃烧噪声。

3）达到EU-6关于颗粒质量和数量的要求（能将炭烟排放降低到原来的1/10）。

4）降低废气排放（尤其是CO₂），使之符合当前和将来的排放要求。

5）降低部分负荷时的燃油消耗（这时使用MPI喷射比较有利）。

3.双喷射的工作模式

发动机到底是工作在MPI模式还是FSI模式，是通过特性曲线的计算来决定的。为了使得炭烟排放最少、机油稀释更少以及爆燃趋势更不明显，喷射（MPI或者FSI）的数量和种类在热力学方面均已优化。这就改变了混合气形成的状态。为此，就需要针对喷油时刻和喷油持续时间长度进行适配。

在发动机冷机时（冷却液温度低于45℃且取决于机油温度情况），就一直使用直喷方式来工作。在每次发动机起动时使用的也是直喷方式。

在长时间使用MPI模式工作时，为了防止高压喷油器内的燃油烧焦，需使用冲洗功能。就是会短时激活FSI模式。

1）发动机起动：三次直喷入压缩行程。

预热/催化转化器加热采用双次直喷，分别在进气行程和压缩行程喷入。与此同时，点火时刻点向“延迟”方向移动，进气歧管翻板关闭。

2）发动机暖机（>45℃），部分负荷：这时切换到MPI工作模式。进气歧管翻板在部分负荷区也是关闭的，但不是与MPI工作模式完全相应（取决于特性曲线上的参数）。

3）降低油耗：在发动机已是热机时，通过预先配置混合气的方式来优化混合气的均匀程度。这就使得燃烧更快、效率更高。而且，不必驱动高压泵来工作（以免消耗功率）。

4）较高负荷：这时采用FSI双次喷射，分别在进气行程和压缩行程喷入。

4.双喷射故障现象与诊断分析

双喷射是一个新技术，目前故障率还很低。在实际工作过程中遵守常规电控发动机诊断注意事项就行。不同之处在于双喷射系统专门有一组关于MPI和FSI喷射的工作数据块，通过该组数据可以精确得出哪缸MPI或是FSI当前是否正常工作。在诊断分析故障时应参考该组数据，以便尽快找到故障原因。