27070364_2021款路虎新极光发现运动1.5L_I3发动机技术亮点(三)

2024年3月28日发(作者：福特蒙迪欧2022款多少钱)

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2021款路虎新极光发现运动1.5L I3发动机

◆文/贵州李涛

(接上期)

5.低压燃油传感器

低压燃油传感器安装在从燃油泵模块引出的燃油输送管路

与通向高压燃油泵的低压(LP)输送管路之间。该传感器测量从安

装在油箱中的燃油泵模块供应到高压燃油泵的燃油压力，然后向

PCM返回一个可变电压信号。低压传感器燃油如图23所示，低

压燃油系统控制示意图如图24所示。

1-动力传动系统控制模块(PCM)；2-仪表盘(IC)；3-车身控制模块/网关

模块(BCM/GWM)总成；4-燃油泵模块；5-燃油泵驱动模块(FPDM)；

6-接地；7-电源；8-燃油低压传感器；9-约束控制模块(RCM)-碰撞

信号；A-硬接线；AL-脉宽调制(PWM)；AV-高速控制器局域网/舒适

(HSCANCO)；AX-FlexRay

。

图23 低压传感器燃油

图24 低压燃油系统控制示意图

6.高压燃油系统的部件组成

Ingenium I3 1.5L汽油发动机的高压燃油系统是由动力传动

系统控制模块(PCM)控制的直喷(DI)系统。高压燃油泵对来自低

压燃油泵的低压燃油进行加压，然向燃油分供管，燃油分供管上

有有三个喷油器。PCM控制高压燃油泵和喷油器，将所需的燃

油量喷射到燃烧室中。PCM控制高压燃油泵，以确保压力达到

顺畅工作的最优水平，最高压力可达250bar(1bar=100kPa)。

如图25所示，高压燃油系统由以下部件组成如下：高压燃油管

路、高压燃油泵、燃油分供管、燃油分供管压力和温度(FRPT)

传感器和喷油器(3个)。

1-高压燃油泵；2-燃油分供管压力和温度传感器；3-喷油器(3个)；

4-燃油分供管。

7.高压燃油泵

高压燃油泵是一个单缸泵，位于发动机顶部，连接在凸轮轴

支座上，如图26所示。它由排气凸轮轴上的一个三凸角凸轮以机

械方式驱动，凸轮作用在柱塞端部的挺杆上。该柱塞为弹簧加载

型，从而确保挺杆与凸轮保持接触。

图25 高压燃油系统部件组成

PCM控制高压燃油泵的输出，以便将最高达250bar的燃油

压力输送至燃油分供管。高压燃油泵的输送率由燃油计量阀来调

节，该阀由来自PCM的PWM信号控制。然后，PCM使用来自

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确定燃油温度。压力传感器利用金属薄膜技术，根据薄钢片的膨

胀幅度确定燃油压力。膨胀幅度由PCM通过回路信号线进行感

测，膨胀幅度与燃油分供管中的燃油压力成比例。PCM将传感器

信号电压与存储器中存储的值进行比较，以计算燃油分供管中的

实际燃油压力。然后，PCM使用燃油分供管压力信息来控制高压

燃油泵上的燃油计量阀的工作位置。如果信号发生故障，则燃油

计量阀将会失控。发动机将仅以低压燃油泵供油压力运行，从而

会导致发动机性能大幅下降。

1-高压燃油泵；2-燃油计量阀接头；3-低压燃油进口；4-排气凸轮轴-

燃油泵凸轮；5-挺杆；6-至燃油分供管的高压燃油出口。

图26 高压燃油泵

FRPT传感器的数据，计算为燃烧室提供正确燃油量所需的喷油

器通电时间。

燃油泵工作原理示意图如图27所示，燃油计量阀是一个常开

电磁阀，由PCM利用PWM信号进行控制。在进油冲程中，燃油

计量阀断电，使得燃油进入泵室。在供油冲程中，PCM向关闭

的燃油计量阀通电，加压的燃油通过止回阀流入燃油分供管。在

供油冲程中，通过改变燃油计量阀的关闭点，PCM可以调节燃

油输出量，从而决定燃油分供管中的燃油压力。减振器室吸收来

自燃油计量阀操作的压力脉冲。止回阀可阻止高压燃油在柱塞的

进油冲程中返回到泵室。如果高压燃油泵输送压力增至250bar，

PRV将打开并将燃油送回柱塞的进口侧。在供油冲程中，如果燃

油计量阀未激活，则吸入泵室的燃油将返回低压侧。如果燃油计

量阀发生故障，则发动机将仅以低压燃油泵供油压力运行，从而

会导致发动机性能大幅下降。

图28 燃油分供管压力和温度传感器

9.喷油器

喷油器如图29所示，高压燃油控制示意图如图30所示。三

个高压喷油器将燃油从燃油分供管直接喷射到燃烧室中。喷油器

安装在燃烧室中心附近，位于进气门之间，靠近火花塞。在每个

喷油器上，喷油器头部均由O形密封圈和支承盘密封到燃油分供

管中。汽缸缸盖中喷油器的喷嘴由一个特氟纶燃烧室密封圈进行

密封。喷油器是电磁阀操纵的，当电磁阀线圈通电时，针阀将会

打开，燃油就会喷入燃烧室中。喷嘴顶端周围有六个用来喷射燃

油的孔。其中两个孔将燃油喷向火花塞下面。其他四个孔围绕燃

烧室的其余部分均匀地喷

射燃油。电磁阀线圈连接

到来自PCM的电源馈线和

接地，PCM通过一个两级

电源操作喷油器。PCM起

初为喷油嘴提供65V电压，

然后在提升电流达到11.5A

时，将电源切换到蓄电池电

8.燃油分供管压力和温度传感器

燃油分供管压力和温度传感器位于燃油分供管的顶部，

如图28所示。该传感器以拧入方式安装到一个螺纹端口中并由配

合胶带进行密封。该传感器通过四根导线直接连接到PCM，这些

导线是压力传感器的5V电源；温度信号；压力信号；共用接地。

FRPT传感器包含一个负温度系数(NTC)传感器，便于PCM

1-泄压阀；2-高

压出油口连接；

3-止回阀；4-泵

柱塞；5-低压进

油口连接；6-减

振器室；7-燃油

计量阀。

压并以PWM控制。当喷油

嘴打开时，PCM将电流控

制在3.1A左右。PCM通过

调整电磁阀线圈通电的时间

来计量喷射到燃烧室中的

燃油量。如果喷油嘴发生

故障，则仪表盘(IC)上的故

1-支承盘；2-O形密封圈；3-电气

接头；4-喷油嘴电磁阀；5-燃烧室

密封圈；6-喷油嘴喷嘴。

图27 燃油计量阀工作原理示意图图29 喷油器

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障指示灯(MIL)将会点亮。发动机将会出现缺火，怠速不稳，噪

音、振动、平顺性(NVH)变差，排放变差以及性能和燃油经济性

降低等症状。

电压。次级绕组接地侧的一个二极管可减小不需要的接通电压，

防止进气歧管缺火。此功率级限制初级绕组中的最大电压和电

流，从而保护功率级，并限制次级绕组中的电压。每个点火线圈

都有一个三引脚接头，藉此进行以下连接：

(1)来自PCM继电器的初级绕组电源，经过一个25A熔丝；

(2)次级绕组的接地连接；

(3)来自PCM的信号连接，控制点火线圈功率级切换(以打开

和关闭主电路)。

PCM向各点火线圈发送单独的信号以触发功率级切换。

PCM根据蓄电池电压和发动机转速计算点火正时。这可提供恒定

的能量级别，该能量级别是每次切换功率级时在次级绕组中产生

的。这可确保提供足够的点火能量而无需过大的初级电流，从而

避免点火线圈过热和受损。

1-PCM；2-喷油嘴(3个)；3-燃油计量阀-高压燃油泵；4.接地；5-电

源；6-燃油分供管压力和温度(FRPT)传感器；A-硬接线；AL-脉宽调

制(PWM)。

图30 高压燃油控制框图

10.点火系统

Ingenium I3 1.5L汽油发动机的点火系统部件如图31所示，

它是一个线圈式直插火花塞式(COP)、多火花系统，由PCM进

行控制。多火花系统在冷启动条件和特定的部分负载条件下使

用，直至冷却液温度达到预定值。每个汽缸上都安装有一个火花

塞，位于进气门和排气门之间，每个火花塞上安装有一个点火线

圈。点火系统控制框图如图32所示，火花塞上有一个铱金中心电

极和一个铂金接地电极。PCM通过以下各项计算单个汽缸的点火

正时：

(1)来自曲轴位置(CKP)传感器的发动机转速；

(2)来自排气和进气凸轮轴位置(CMP)传感器的凸轮轴

位置；

(3)发动机负荷；

(4)发动机温度；

(5)爆震控制功能；

(6)换挡控制功能；

(7)怠速控制功能。

点火线圈安装在汽缸缸盖罩中，位于噪音、振动、不平顺性

(NVH)盖板下面。每个点火线圈都安装在火花塞上，并由单个螺

钉固定到相关的汽缸缸盖罩上。每个点火线圈都包含一个初级绕

组和一个次级绕组。初级绕组中的一个功率级允许PCM中断电

源。此操作将在次级绕组中产生感应电压，进而在火花塞上产生

1-点火线圈(3个)；2-火花塞(3个)；3-PCM。

、

图31 点火系统部件

五、进气系统

1.进气分配和过滤总体布局

Ingenium I3 1.5L发动机带涡轮增压器的进气回路示意图如

图33所示，涡轮增压器前端的进气分配和过滤部件如图34所示，

涡轮增压器后端的进气分配和过滤部件如图35所示。环境空气通

过位于发动机罩左侧的发动机罩百叶窗内的脏空气管道进入进气

系统。空气经过管道，进入空气滤清器壳体。褶纸过滤器对空气

进行过滤，除去颗粒物质。从过滤器出来的清洁空气经过空气滤

清器缓冲室内的一条管道，穿过空气质量流量(MAF)传感器，然

后进入通往涡轮增压器的清洁空气管道。MAF传感器测量进入涡

轮增压器的空气流量。在涡轮增压器内，清洁空气由涡轮机压缩

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1-空气滤清器壳体；2-清洁空气管道；3-谐振器。

图34 进气分配和过滤部件(涡轮增压器前端)

1-动力传动系统控制模块(PCM)；2-点火线圈(3个)；3-接地；4-电源；

5-电子节气门；6-发动机冷却液温度(ECT)传感器；7-空气质量流量和

温度(MAFT)传感器；8-凸轮轴位置(CMP)传感器(2个)；9-曲轴位置

(CKP)传感器；10-爆震传感器；11-爆震传感器；A-硬接线。

图32 点火系统控制框图

机的叶轮进行压缩。压缩的热空气从涡轮增压器通过一个软管传

到增压空气冷却器。空气冷却后(这会增大其密度)，从增压空气

冷却器流入电子节气门，然后进入进气歧管。MAPT传感器测量

进气歧管和增压空气管道中的空气压力，PCM利用此信息并结合

MAFT传感器来计算进入发动机内的空气压力和密度。

1-进气歧管/水冷式增压空气冷却器(WCAC)；2-电子节气门；3-增压

空气管道；4-再循环软管；5-压缩机再循环阀；6-歧管绝对压力/进气温

度(MAP/IAT)传感器。

图35 进气分配和过滤部件(涡轮增压器后端)

2.涡轮增压器和集成排气歧管

传统排气歧管由一个用螺栓固定到汽缸缸盖上的铸铁、不锈

钢或组合式双膜结构组成，但是集成排气歧管是汽缸缸盖铸件的

组成部分，如图36所示。将排气歧管集成到汽缸缸盖铸件中有

多种优点。集成单元重量更轻，更加紧凑，并且其表面积较小，

这意味着废气温度可以更高，停留时间可以更长。这样便能够将

更多的能量传输到涡轮增压器(减少涡轮增压器迟滞)，并且可以

更快速地预热后处理系统(降低排放)。这个集成单元也会降低整

个总成的成本和重量。此外，集成排气歧管可以接收到更大程度

的水冷。这意味着，在歧管达到所需温度后，系统就可以控制和

保持这个温度，因为有更多的冷却能量可供使用。因为歧管冷却

效果有所增大，所以可以避免加浓操作，从而能够提高燃油经济

性。在轻量化以及更加高效的热传递的共同作用下，排放得以降

低，涡轮增压器的响应也有所改善，从而能够提供更加令人满意

的驾驶体验。

1-空气滤清器；2-MAFT传感器；3-压缩机再循环阀；4-MAPT传感器；

5-节气门；6-水冷式增压空气冷却器(WCAC)；7-集成排气歧管；

8-催化转化器；9-涡轮；10-压缩机。

图33 涡轮增压器回路示意图

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1-带集成排气歧管的汽缸缸盖；2-涡轮增压器。

1-涡轮增压器压缩机再循环阀；2-高压(来自涡轮增压器)管道；3-涡轮

增压器压缩机再循环管；4-涡轮增压器；5-低压(至涡轮增压器)管道。

图36 涡轮增压器和集成排气歧管

3.涡轮增压器

涡轮增压器如图37所示，压缩机壳体顶部有一个电动涡轮

增压器废气旁通阀执行器，该执行器用于打开和关闭废气旁通

阀。废气旁通阀允许废气旁通涡轮机，从而调节涡轮机转速，随

后调节产生的增压空气压力。该执行器由一个直流电机通过直齿

轮系统进行驱动，利用来自PCM的正极和负极PWM控制实现双

向驱动。执行器还包含位置传感器。如果电机或位置传感器发生

故障，则废气旁通阀执行器将会失控，并导致增压空气压力不上

升，发动机将会发生扭矩和性能损失。

图38 涡轮增压器压缩机再循环阀

4.增压空气冷却器

进气分配系统利用水冷式增压空气冷却器来控制从涡轮增压

器进入进气歧管的空气的温度。系统通过保持正确的进气温度，

可确保发动机中吸入了正确密度的空气。该系统带有自己的冷却

系统，如图39所示，冷却系统包括一个独立的增压空气散热器和

一个增压空气冷却液泵，并且由PCM通过PWM信号进行控制。

从增压空气冷却器顶部到主散热器顶部的一根管道构成了与主冷

却回路的唯一连接，用于系统的加注和放气。

1-增压空气出口；2-冷却液进口；3-冷却液出口；4-执行器杆；5-废气

旁通阀执行器；6-进气；7-废气进气口；8-涡轮机壳体；9-废气出口。

1-水冷式增压空气冷却器(WCAC)壳体；2-冷却液软管连接-增压空气

冷却器至增压空气散热器；3-冷却液软管连接-增压空气冷却器至增压空

气可变冷却液泵；4-增压空气进口；5/6/7-增压空气出口；8-增压空气冷

却器散热器；9.歧管绝对压力/进气温度(MAP/IAT)传感器。

图37 涡轮增压器

涡轮增压器压缩机再循环阀如图38所示，位于增压空气管道

内，该管道将压缩机出口连接至增压空气冷却器。压缩机再循环

阀包含一个电磁阀，该电磁阀带有一个12V电源，并且由PCM通

过接地侧PWM控制进行驱动。在急松加速踏板期间，该阀允许

来自压缩机后方的加压空气再循环流至压缩机进口(节气门关闭或

进气门关闭时都会存在增压空气压力)。如果没有此阀，则加压空

气将会穿过压缩机回流到进口，导致压缩机浪涌。

图39 增压空气冷却

5.电子节气门

电子节气门位于增压空气冷却器连接管道与进气歧管之间。

系统不断改变电子节气门开度以维持所需的进气歧管压力，以便

提供最佳的燃油效率设置并帮助汽缸净化气流。PCM通过节气门

位置传感器(TPS)持续读取节气门的位置，该位置由PCM通过直

流(DC)电机控制。

(未完待续)

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燃油,空气,压力,传感器,高压,增压,控制

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