奥迪第三代EA888发动机的双喷射与二次喷射分析

南京交通职业技术学院 蒋浩丰

奥迪第三代EA888发动机的双喷射与二次喷射分析

南京交通职业技术学院 蒋浩丰

德国奥迪公司出色的EA888系列发动机，现在已经发展到第三代了。持续不断开发的原因，是因为越来越严的排放标准（EU6）和用户要求降低燃油消耗的需求。为此，该发动机总成在所有方面都进行了根本性的修改，不但减小了其外形体积，而且提高了其动力性和经济性。这款“全球发动机”在匈牙利、墨西哥和中国生产。中国的上海和大连生产EA888系列发动机，与前代机型一样，有1.8 L的（1.8 TFSI）和2.0 L的（2.0 TFSI），可用于各种车辆平台和主要品牌，该发动机总成的功率频谱是非常宽的，下面以1.8 L TFSI发动机为例进行阐述。

1 奥迪EA888发动机的双喷射系统

1.1 奥迪EA888发动机的双喷射系统含义

奥迪EA888发动机的燃油喷射系统结构如图1所示。

从图中可以看出该发动机有两套燃油喷射系统，蓝色表示低压喷射系统，即MPI系统（进气歧管喷射）；红色表示高压喷射系统，即FSI系统（缸内直喷）。

为什么要采用两种喷射系统呢？因为采用燃油双喷射系统可实现下述目标：降低噪音；达到欧六（EU6）标准中关于颗粒质量和数量的要求（能将炭烟排放降低10倍）；降低废气排放（尤其是CO2），使之符合当前和将来的排放要求；降低部分负荷时的燃油消耗（这时使用MPI 喷射比较有利）。

图1 EA888发动机的双喷射系统结构

1.2 双喷射系统的结构特点

MPI系统通过高压泵的冲洗接口来获得燃油供给，在以MPI工况工作时，高压泵就可继续通过燃油来冲洗并冷却。为了尽量减小脉动（高压泵会把这个脉动引入到油轨），在高压泵的冲洗接口中集成有一个节流阀。MPI系统配有自己的压力传感器，就是低压燃油压力传感器（G410）。由燃油箱内的预供油燃油泵（G6）来提供所需要的压力。预供油燃油泵由燃油泵控制单元（J538）经发动机控制单元来操控。MPI系统的油轨由塑料制成，MPI系统的喷油器（N532~N535）安装在塑料进气歧管中，按最佳射束方向布置。

由于FSI系统的燃油压力由150 bar（1 bar=100 kPa）增加到了200 bar，为了应对这种情况，高压区的所有部件都做了改进。喷油器经钢质弹簧片与气缸盖隔开（声响减少）。同样，高压油轨与进气歧管也隔开了，且与气缸盖是用螺栓连接的。高压喷油器的位置略微向后移了点，因此，混合气的均匀程度得到了改善，且喷油器的温度负荷也降低了。

1.3 工作模式分析

发动机到底是用MPI模式工作还是用FSI模式来工作，是根据发动机的特性曲线计算的，具体的工作模式如图2所示。

为了使得炭烟排放最少、机油稀释很轻及爆震趋势很小，MPI喷射或FSI喷射的数量和种类在热力学方面均经优化了，这就改变了混合气形成的状态，如在发动机冷机时（冷却液温度低于45 ℃），那么就一直使用缸内直喷方式来工作。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模式工作后，为了防止高压喷油器内的燃油烧焦，便使用了冲洗功能，即会短时激活FSI模式。具体工况分析如下。

（1）发动机起动采用高压喷射（FSI），而且是3次直喷进入压缩行程。

（2）预热 / 催化净化器加热。当发动机已经起动，但冷却液温度尚未达到45 ℃时，采用的是双次直喷，分别喷入进气行程和压缩行程。与此同时，点火时刻向“延迟”方向移动。

（3）发动机暖机。当发动机冷却液温度超过45 ℃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工作模式完全相同（取决于特性曲线上的参数），目的是降低油耗。

（4）热机。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，即采用MPI工作模式。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），如图2中的蓝色区域。

（5）较高负荷。这时是双次喷射（FSI），分别喷入进气行程和压缩行程，混合气较稀，如图2中的绿色区域。

（6）大负荷。采用高压喷射（FSI），是单次直喷入进气行程，混合气较浓，如图2中的红色区域。

图2 EA888发动机双喷射系统工作模式图

（7）应急运行功能。如果这两个系统中的一个出现故障了，那么另一个系统就会执行应急运行功能，以保证车辆仍能行驶。

2 奥迪发动机的二次喷射和二次空气喷射

2.1 二次喷射

EA888系列发动机具有二次喷射功能。二次喷射是指在点火之后再喷射一次燃油。当发动机起动结束后，应用二次喷射。首次喷射大约在上止点前300°，发生在点火之前；第二次喷射燃油量小，大约在上止点前60°，但发生在点火之后，如图3所示。这样混合气燃烧会滞后很久，整个燃烧室内都在燃烧，没有隔离空气量和废气再循环量，废气的温度会很高，由于排气门已经开启，这样尾气催化净化器就能很快地达到其工作温度，12 s内温度可达300 ℃。当尾气催化净化器的工作温度正常后，就会停止二次喷射。

图3 EA888发动机的二次喷射示意

2.2 二次空气喷射

由于冷起动和预热阶段，混合气非常浓，因此在这段时间内废气中有很多没有燃烧掉的碳氢化合物。在这种情况下，催化净化器无法正常工作，因为没达到催化净化器的正常工作温度，而要想实现完全燃烧，混合比必须是λ=1。

二次空气喷射就是将空气喷入到排气门的后面，这样就使得废气中的氧含量升高，于是会发生碳氢化合物和一氧化碳的二次氧化（二次燃烧），由此释放出的热量帮着加热了尾气催化净化器，使之快速达到正常工作温度。

3 结语

由以上分析可知，奥迪EA888发动机的双喷射系统是有两套独立的燃油喷射系统，根据工况的不同采用不同的喷射方式，而二次喷射是指在点火之后再喷一次少量的燃油，目的是提高废气的温度以使尾气催化净化器尽早正常；而二次空气喷射是将空气喷入排气门的后面，使废气二次燃烧，目的也是使尾气催化净化器尽早正常，但需要说明的是奥迪EA888系列发动机不具有二次空气喷射功能，六缸发动机才具有此功能。

2017-01-20）