【太平洋汽車網 技術頻道】福特2.0L GTDi發動機在國內最早是被配置于2011款的福特蒙迪歐-致勝上。這款匯集了渦輪增壓和缸內直噴等先進技術的GTDi發動機，在動力輸出上比大眾的TSI和通用的EcoTec T更為出色。本文將為大家詳細解析一下福特用在蒙迪歐-致勝之上的GTDi發動機。

● 發動機基本參數：

● GTDi的含義

　　GTDi是Gasoline、Turbocharged以及Direct Injection的縮寫，表示的是發動機是汽油發動機，帶有渦輪增壓以及缸內直噴技術。先進的渦輪增壓技術以及缸內直噴技術，使得排量只有2.0L的福特GTDi發動機能表現出大排量發動機的功率輸出以及柴油發動機的高扭力特性。 

　　在對福特2.0L EcoBoost GTDi發動機進行深入的分析前，我們先來看看這個官方的視頻對此發動機有一個感性的認識。雖說是官方視頻，但這里面其實有一處不嚴謹的地方，大家看完本文再回看視頻就會很容易察覺到，答案將在末頁的文章中揭曉。

● 福特2.0L EcoBoost GTDi發動機身世之謎

　　EcoBoost燃油直噴渦輪增壓發動機技術在美國已經獲得了125項專利及專利應用。EcoBoost V6是EcoBoost系列發動機的第一個產品，被搭載于2007年林肯MKR概念車之上。這款V6發動機采用了福特Duratec 35 V6發動機機體，并把燃油壓力提升到190bar來進行缸內直噴；與此同時，蓋瑞特（Garrett）GT15渦輪增壓器以170000rpm運轉，并提供1.06bar的進氣壓力。該發動機的設計可以輸出相當于典型的6.0 L 或者更大的V8發動機的動力，同時比V8發動機又能提高15%的燃油經濟性和降低溫室氣體排放。正是因為這種發動機技術在提升動力的同時能降低排放，所以才命名為EcoBoost，中文含義可理解為“促進環保”。

　　言歸正傳，本文要重點講述的2.0L EcoBoost GTDi發動機最早被用于2008年福特探險家美國版（Ford Explorer America）概念車上，動力輸出被調教為275PS和380Nm。這款發動機宣布在擁有3.0L V6發動機的性能同時優化燃油經濟性10%-20%，其正式量產時間是在2010年。當年的福特S-MAX、福特Galaxy和我們熟悉的蒙迪歐致勝都采用了這款發動機。

　　2011款蒙迪歐-致勝上采用的2.0L EcoBoost GTDi發動機有兩個不同的版本，即高功率版本和低功率版本。采用高功率版本的蒙迪歐-致勝被標識為GTDi240，表明其可輸出240PS的最大動力；而采用低功率版本的蒙迪歐-致勝被標識為GTDi200，表明其可輸出203PS的最大動力。兩款不同發動機的具體參數可參看文章開頭列出的基本參數。

　　預計福特在2013年將在國內推出使用EcoBoost技術的1.6L和1.0L發動機。這兩款新發動機將搭載在新款的福克斯及嘉年華車上。

● 高壓共軌缸內直噴系統

　　在過去的燃油噴射系統中，噴油嘴在進氣歧管中噴射汽油，汽油與空氣混合后再進入氣缸。這種傳統的汽油噴射方式使得汽油會接觸到進氣歧管表面形成汽油壁膜，造成壁膜損失，增加油耗。而缸內直噴系統的噴嘴直接往氣缸內噴射汽油，壁膜損失大大降低，從而提升燃油使用效率。

　　對于在進氣歧管噴射的增壓發動機，發動機爆震只有在加大噴油量，降低氣缸溫度后才可改善或消除，這導致了油耗的急劇升高。而使用缸內直噴技術的發動機直接把汽油噴到汽缸里，汽油因為氣缸高溫而霧化更好，氣缸溫度因為汽油霧化而降低，這樣達到了一個雙贏的局面——既控制了爆震也降低了油耗。

　　上面提到了缸內直噴技術的一些優點，下面來說說2.0L EcoBoost GTDi發動機的一些技術特點。

　　EcoBoost GTDi發動機的燃油噴射系統采用的是無回油形式，系統由低壓燃油泵、高壓燃油泵、油壓傳感器、油管及噴油嘴組成。

　　1）低壓燃油系統：

　　在低壓油路系統的控制邏輯如圖所示。油泵控制模塊（FPDM）通過高頻信號驅動油泵，通過低壓燃油壓力傳感器實現閉環控制。油路中具有單向閥，當油壓達到125kPa時開啟。標準的低壓燃油壓力范圍為380kPa-620Kpa。發動機怠速時，油壓穩定在320-340kPa。過壓保護閥在830-930kPa時打開，泄放閥用于除去油管中的燃油蒸汽。

　　2）高壓燃油系統：

　　高壓油泵為單缸泵，由排氣凸輪驅動，帶有進油計量閥，泵油油壓為15MPa。汽油在高壓油泵中形成高壓，經高壓油管到達油軌，通過開啟噴油嘴使得汽油能噴射到汽缸中。

　　油泵的結構如上圖所示。

　　發動機的噴油嘴是7孔噴油嘴，汽油霧化狀態和角度是可以調整的，汽油以一定精確的噴射角度噴射到燃燒室，因此噴油嘴上的噴孔采用了偏心的設置。精確的汽油噴射角度防止任何汽油在噴油器打開時霧化。

　　偏心設計的噴孔要求精確的噴油嘴校正。在安裝噴油嘴時，必須注意安裝位置。每個噴油嘴的塑料插銷必須插到油軌的狹縫中，固定夾必須安裝在正確的位置上。在每個噴油嘴和各自在油軌上的固定座上都有一個固定夾，這些固定夾用于固定噴油嘴，這就保證了噴油嘴和汽缸蓋上的燃燒室開口的精確配合。

　　3）工作模式

　　EcoBoost的缸內直噴系統有兩種模式：1.均質模式、2.催化器加熱模式。雖然是缸內直噴，但EcoBoost沒有采用分層噴注模式。

　　當發動機在正常工作溫度時，混合氣按照均質工作模式產生。在這個模式下，空燃比為理論空燃比14.7:1（即空氣與汽油的質量比為14.7:1）。汽油噴射是在進氣行程，這樣有足夠的時間讓汽油與新鮮空氣混合。在均質模式下，燃燒很大程度上相當于一個非直噴發動機的工作模式。

　　當發動機溫度較低時，催化器加熱工作模式可以用二次噴射為三元催化器提供快速的加熱。第一次噴射同均質工作模式一樣從進氣行程開始，第二次發生在壓縮行程，當進氣門關閉后快速噴射，這樣就形成一個濃的油核圍繞在火花塞周圍。點火時刻被推遲，這樣盡可能多的燃燒余熱可以進入排氣管，從而到達三元催化器。

關于缸內直噴技術的詳細解析，可參看以下文章：

● 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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