P-DI發動機是一個既包含低壓噴油系統(進氣道噴油)又包含高壓噴油系統(缸內直噴)的發動機,如下圖1。
圖1. P-DI系統示意圖
P-DI系統的優勢
從圖2不難看出,P-DI發動機的噴油模式選擇更加靈活,可實現純PFI噴射,純GDI噴射以及PFI+GDI混合噴射三種燃油噴射模式,同時混合噴射的比例也可進行調整。相對于單一噴油系統而言,擁有兩套噴油系統的P-DI發動機可以最大限度地發揮PFI在均質混合氣形成及GDI大負荷燃油霧化的缸內冷卻效應等優勢,同時可一定程度地規避PFI大負荷時爆震帶來的混合氣加濃并且可降低缸內噴油引起的濕壁效應,改善混合氣質量,降低PN排放,為滿足嚴苛法規要求提供有力保障。
圖2. P-DI發動機噴油模式
圖3為某P-DI發動機PFI模式與GDI模式PN排放在不同負荷下的對比結果。可以看到:在中小負荷下,PFI模式的PN排放值明顯低于GDI模式,隨著負荷的增加,PFI為抑制爆震不得不推遲點火角甚至加濃混合氣,進而導致PN排放惡化。對P-DI系統而言,可以根據不同發動機工作區域的PFI與GDI相對優劣程度,擇優選擇低排放的噴油模式。
圖3. 某P-DI發動機PFI模式與GDI模式PN排放對比
除了可以充分利用GDI和PFI各自優勢外,P-DI系統還可以針對發動機某些特定工況引入新的優化思路。比如,在催化器加熱模式下,P-DI發動機可以利用PFI噴射形成均勻的混合氣,同時在臨近點火時刻,通過GDI噴射很少量的燃油,使之在火花塞附近形成一小股較濃混合氣,這種燃油噴射模式一定程度地借鑒了均質分層燃燒概念,可在保障燃燒穩定性的同時進一步推遲點火角,提高排氣溫度,實現催化器的快速起燃。需要說明的是,博世(BOSCH)高壓噴油器短時精確控制功能(CVO)保證了上述概念中點火時刻高壓噴油器的微小噴油量的精確控制。
除此之外,P-DI發動機相對PFI發動機和GDI發動機在其他多個發動機性能上均有明顯優勢。P-DI發動機相對純進氣道噴油(PFI)發動機和純缸內直噴(GDI)發動機在其他性能表現對比對比如下表1:
表1. PFI、 GDI、P-DI發動機性能對比
可以看到,除了在PN排放和催化器加熱上表現突出外,P-DI系統在減少機油稀釋,降低怠速噪聲以及降低系統對高壓油泵及噴油器流量需求等方面仍有超出純PFI和純GDI發動機的優勢。但是由于額外多出了一套噴油系統,P-DI發動機在滿足蒸發排放上的壓力也相對其他兩種發動機有所增加,也不可避免的帶來匹配及診斷等方面的工作量。
P-DI發動機管理系統
P-DI發動機的管理系統也正因如此而變得較為復雜。從下圖4中可以看出,相對普通的PFI和GDI 發動機,P-DI發動機的空氣、點火、燃油、扭矩、排氣、診斷、監控等多個子系統相關模塊均會受到影響,尤其在噴射策略選擇、燃油量計算、噴射模式切換過程的燃油補償、油壓控制、模式切換時的扭矩平順以及診斷、監控等方面的控制均需要進行針對性的功能開發或升級。
圖4. P-DI系統需要升級的功能包
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