發動機技術巡禮(1) 福特GTDi發動機詳解

● 廢氣渦輪增壓系統

　　這款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，其具體結構如圖所示。

　　以下是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。

　　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。回風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。回風閥在增壓壓力和進氣歧管壓力差超過24kPa時打開。

　　3）空氣流量計（MAF）

　　空氣流量計用于測量發動機的進氣量，發動機管理系統采用這個信號計算噴油時間、燃油壓力、點火時刻、渦輪增壓壓力、發動機負荷以及換擋控制。如果空氣流量計失效，系統會采用進氣壓力傳感器（MAP）的信號作為替代信號計算進氣量。空氣流量計的供電電壓為12V，采用5V的信號邏輯電平。

　　發動機管理系統通過監測空氣流量計的信號頻率來計算空氣流量，信號的頻率是隨著空氣流量的增加而提高的。如果此信號失效，發動機管理系統將利用25℃的固定值代替該信號。

　　4）進氣壓力及溫度傳感（MAPT）

　　MAPT位于中冷器出口處，發動機管理系統通過這個傳感器測量增壓后的空氣壓力和溫度。如果MAPT傳感器失效，發動機管理系統將排氣旁通閥完全開啟，限制渦輪增壓器的增壓壓力，發動機動力輸出被限制了。

　　5）進氣壓力傳感（MAP）

　　進氣壓力傳感器被安裝在進氣歧管上，該傳感器與MAFT（空氣流量和進氣溫度傳感）協同工作。它們提供的信號用于計算空氣流量。

關于渦輪增壓技術的詳細解析，可參看以下文章：

● 可變氣門正時技術

　　福特2.0L EcoBoost GTDi發動機除了使用上述先進的渦輪增壓與缸內直噴技術外，還采用了iVCT進排氣門可變正時技術。我們所熟知的可變氣門正時技術包括本田的VTEC（帶氣門揚程控制）、豐田D-VVT、寶馬VANOS等。由于通過渦輪增壓系統對發動機進氣量已能實現精確控制，因而該發動機只采用了氣門正時技術而沒有加入氣門揚程控制，簡化了機械結構。（在本文開頭的那個視頻中，進排氣側的正時機構都是有4個油腔的。而在真實的2.0L EcoBoost GTDi發動機中，排氣側油腔數只有3個而且每個油腔中都帶有1個回位彈簧。）

　　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。

　　福特2.0L EcoBoost GTDi發動機的iVCT氣門可變正時技術源自2.3L Duratec-HE發動機，并在此基礎上增加了排氣門可變正時機構。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（2.3L Duratec-HE發動機的進氣門最大可調角度為17.5度凸輪軸轉角）。為降低發動機的后期養護成本，2.0L EcoBoost GTDi發動機采用了終生免維護的正時鏈條設計。

● 位于發動機底部的平衡軸

　　四缸發動機的一個天生的缺陷就是平順性不好，因而在發動機內部都會設計有平衡軸用于抵消發動機內部振動。其原理是使用偏心軸旋轉產生與發動機振動相反的振動從而實現消振的效果。與大眾2.0TSI或者通用2.0T ECOTEC位于氣缸底部兩側的雙對旋平衡軸有所不同，福特2.0L EcoBoost GTDi發動機的平衡軸位于氣缸底部。從效果上說位于氣缸底部兩側的雙對旋平衡軸的消振效果更勝一籌，但由于采用了鏈條傳動，加大了發動機結構復雜性，使得發動機不太緊湊。

關于可變氣門正時技術的詳細解析，可參看以下文章：

　　總結：EcoBoost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，2.0L EcoBoost GTDi發動機基本實現了上面提到的技術指標。

　　在短暫測試過福特蒙迪歐致勝EcoBoost 2.0L GTDi240以后，我們的感覺如下：

　　1.該車動力非常強勁，提速非常快，換擋頓挫感很輕微（這是雙離合變速箱的功勞）。

　　2.在路況較好的城市道路駕駛，頂多只會用到半油門。如果激進一點使用全油門加速，你的車不到10秒就會超速100%（實測百公里加速時間為7.8s）。

　　3.油耗方面，我們粗略估計了一下該車的油耗，該車百公里油耗在7.8-8L左右。這樣的油耗表現對于一臺擁有240PS/340Nm的車子來說算是相當低了。

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