当前位置:首页 >> 机械/仪表 >>

TSI发动机排气管黑灰的分析


TSI 发动机排气管黑灰之终结篇!!! 发动机排气管黑灰之终结篇!!!
------无聊掌柜(发表于发表于爱卡论坛 2009-01-27 09:54 )

前些天我根据论坛上很多同学反映说 TSI 发动机排气管有黑灰, 结合我 2000km 的速腾冠军版的排气管也有黑灰,以及验证过其他多 辆跑了 1 年多的其他品牌的汽车的排气管没有黑灰的情况, 查了相关 的资料,觉得国内因为取消了分层燃烧导致出现黑灰,这几天重新查 了大量的资料,觉得这种认识是错误的。 TSI 发动机的燃烧方式非常复杂,下面简要介绍一下 (注意红色字体) : TSI 原名叫 TFSI,其中 T 代表 Turbo,FSI 是 Fuel Stratified Injection 的缩写。意指燃油分层喷射,是直喷式汽油发动机领域的 一项创新的革命性技术。 缸内直喷: 缸内直喷: FSI 技术是指改变传统的汽油机在进气管中将燃油与空气混合的 燃油供给系统的供油方式,而采用像柴油机一样的, 而采用像柴油机一样的, 而采用像柴油机一样的 通过喷油器直接 将汽油向气缸内喷射的供油方式。 采用直喷技术后, 燃油以细微滴状 将汽油向气缸内喷射的供油方式。 采用直喷技术后, 的薄雾方式进入气缸,而不是以蒸汽的方式。 的薄雾方式进入气缸,而不是以蒸汽的方式。 分层燃烧: 分层燃烧: 采用燃油直喷技术的发动机, 发动机能在火花塞点火之前把汽油 直接喷射到燃烧室,同时在 ECU 的精确控制下, 同时在 的精确控制下, 在活塞不同的行程多 次喷射,使燃气的浓度呈现分层,实现分层燃烧 次喷射,使燃气的浓度呈现分层,实现分层燃烧(既可保证火花塞稳 定点火,又不至于造成过多 NOX 生成和冒烟现象的发生)。这种技术 可以让靠近火花塞处的混合气相对较浓, 远离火花塞的混合气相对较

稀,从而更有效的实现“稀薄”点火和分层燃烧。其局限性主要是因 其局限性主要是因 为空气过量而使氮氧化合物(NOX)排放增加。 为空气过量而使氮氧化合物(NOX)排放增加。 燃烧方式: 燃烧方式: 现在的 FSI 发动机具有三种工作方式:分层充气模式、均质稀混 合气模式、均质混合气模式。在不同的工况下采用不同的空燃比。 FSI 发动机按照发动机负荷工况,基本上可以自动选择在低负荷 时为分层稀薄燃烧,在高负荷时则为均质理论空燃比(14.6~14.7) 燃烧。在中间负荷状态时,采用均质稀混合气模式。在三种运行模式 中,燃料的喷射时间有所不同,真空作用的开关阀进行开启/关闭来 控制进气气流的形态。 分层燃烧: 在这种工作模式中空燃比为 1.6~3。原理不仔细说,反正是在 进气、压缩等多个时间点多次小剂量喷油,最终效果是火花塞附近的 燃气浓度大,边缘浓度小,呈现分层效果。

均质稀薄燃烧: 这种工作模式的空燃比为 1.55 左右。均质稀混合气模式是一种 特殊的工作模式, 像分层充气模式一样也只能在一定的转速范围内正 常工作,并且还需要满足以下条件: a.没有与排放系统有关的故障。 a.没有与排放系统有关的故障。 没有与排放系统有关的故障 b.冷却液温度必须超过 50℃ b.冷却液温度必须超过 50℃。 c.氮氧化物催化转换器的温度为 250~500℃范围内。 c.氮氧化物催化转换器的温度为 250~500℃范围内。 d.进气道翻板必须保持关闭状态。 d.进气道翻板必须保持关闭状态。 进气道翻板必须保持关闭状态

均质燃烧: 均质混合气模式的空燃比为 1。燃油喷射并不是像分层充气模式 那样在压缩行程时发生,而是发生在进气行程中,这样燃油和空气就 有了更充足的时间来混合, 并且可以利用空气的流动旋转的涡流来击

碎燃油颗粒,使之混合更加充分。

从上面几种燃烧方式中,不能发现明显的出现黑灰(炭烟)的过程。 从上面几种燃烧方式中,不能发现明显的出现黑灰(炭烟)的过程。 重新查了资料,黑灰(炭烟)是如何形成的呢,第一反映是燃烧不充 分,但是燃烧不充分也只是产生 CO 之类的多。继续查了直喷相关技 术终于找到原因:油料在高温缺氧时,易炭化形成炭烟。 油料在高温缺氧时,易炭化形成炭烟。 油料在高温缺氧时 我们从上面的燃烧方式可以看出, 采用直喷技术后, 燃油以细微 我们从上面的燃烧方式可以看出, 采用直喷技术后, 滴状的薄雾方式进入气缸,而不是以蒸汽的方式。这种工作方式, 滴状的薄雾方式进入气缸,而不是以蒸汽的方式。这种工作方式,如 果混合的时间不够或者空气不足, 汽油与空气的混合是不均匀的, 不 果混合的时间不够或者空气不足, 汽油与空气的混合是不均匀的, 可避免地存在局部缺氧或局部富氧情况。 油料在高温缺氧时, 易炭化 可避免地存在局部缺氧或局部富氧情况。 油料在高温缺氧时, 形成炭烟。不可避免的会出现炭烟了。 形成炭烟。不可避免的会出现炭烟了。 但是,我们看到就在均质燃烧模式下, 的精确控制下, 但是,我们看到就在均质燃烧模式下,在 ECU 的精确控制下,油 料是有足够的空气和时间进行混合的, 虽然缸内直喷不可避免会出现 料是有足够的空气和时间进行混合的,

黑灰,但不应该像现实中这么严重。 黑灰,但不应该像现实中这么严重。 继续寻找原因。。。 继续寻找原因。。。 我再来看看 FSI 的排放系统: 稀薄燃烧技术的一个障碍是 NOX 的净化, 这是因为在富氧环境中 会产生大量的 NOX,为了解决此问题,FSI 发动机配置了 NOX 存储式 FSI 催化净化反应器。 发动机的排气系统中可以看出, 催化净化反应器。FSI 发动机的排气系统中可以看出,在靠近发动机 一侧安装有常用的三元催化反应器, 反应器的前后各有一个氧传感器 一侧安装有常用的三元催化反应器, 来监控工作状态。 在 来监控工作状态。 NOX 存储式催化净化反应器前部的排气温度传感 器将测得的排气温度传给发动机控制单元, 发动机控制单元用此温度 器将测得的排气温度传给发动机控制单元, 存储式催化净化反应器的温度。 并将此信息用于下面两种情 计算 NOX 存储式催化净化反应器的温度。 况:

1、在分层充气模式时混合气是比较稀的,并且 NOX 只有在 250℃~500℃之间才能存储在 NOX 存储式催化净化反应器内。 因此发 动机控制单元用此信息在监控分层充气模式时的排气温度, 在温度达 不到 NOX 存储式催化净化反应器正常工作要求时, 通过发动机控制单 元推迟点火时刻和工作模式等方法使之迅速达到催化的工作温度。 元推迟点火时刻和工作模式等方法使之迅速达到催化的工作温度。

2、NOX 存储式催化净化反应器的结构和三元催化净化器是一样 的,反应器的涂层另外用氧化钡处理过,这就可使氮氧化物在温度为 这就可使氮氧化物在温度为 250℃ 500℃之间时通过形成硝酸盐而存储起来。 除了形成硝酸盐外, 250℃~500℃之间时通过形成硝酸盐而存储起来。 除了形成硝酸盐外, 燃油中所含的硫也会存储起来。 燃油中所含的硫也会存储起来。NOX 存储式催化净化反应器的存储能

力是有限的,其饱和度由 NOX 传感器来通知发动机控制单元,发动机 控制单元会采取一定的措施来对 NOX 存储式催化净化反应器进行还 原。还原过程分成两种。

a.氮氧化物的还原。 a.氮氧化物的还原。 NOX 存储式催化净化反应器内的氮氧化物 氮氧化物的还原 当 的浓度超过发动机控制单元内的规定值时, 就会发生氮氧化物的还原 过程。发动机控制单元使得发动机从分层充气模式切换到均匀模式, 混合气变浓,排放的尾气温度升高,NOX 存储式催化净化器内的温度 也就升高, 此时所形成的硝酸盐变得不稳定, 当环境条件符合还原时, 硝酸盐就可以分解了。这时氮氧化物就转换成无害的氮气,存储的硝 酸盐清空后,该循环又重新开始。

b.硫的还原。 b.硫的还原。这是个单独的过程,因为产生的硫的化学稳定性很 硫的还原 高,这些硫在氮氧化物的还原过程中是不会分解的。硫也会占据存储 空间,这会导致在较短的间隔内存储式催化净化器就会饱和。一旦超 过了规定值, 发动机管理系统就会采取从分层充气模式切换到均质模 式工作或者是将点火时刻延迟等措施。 这就将存储式催化净化器的工 作温度提高到 650℃左右,产生的硫就发生反应并形成二氧化硫。如 果燃油中含硫较少,那么除去硫的时间间隔也长,但燃油含硫多,就

会经常进行这种还原过程。在大负荷、高转速行车时会自动去硫。

上面的技术性文字不用细看,我们只需知道,FSI 的排气系统 存储式催化净化反应器,其原 除了具有三元催化器外,还有一个 NOX 存储式催化净化反应器 理是有两个过程,储存-还原,其中还原有两种:氮氧化物的还原、 氮氧化物的还原、 氮氧化物的还原 硫的还原,这两个过程都需要高温,大众采用的方法是,延迟点火, 硫的还原 这里会不造成燃烧局部缺氧呢? FSI 燃烧方式基本只限于均匀燃烧。由于以下原因,“分层充气”的 运行工况是无法实现的。在发动机转速较低及发动机负荷较小时,体 积较大的 6 缸发动机比小排量的 4 缸发动机的热负荷要小些, 由于废 气的温度较低.催化净化器就无法达到处理 NOX 的工作温度(600℃ 以上)。

“均匀燃烧”工况可分为两种状态:1、进气歧管翻板关闭时的 均匀燃烧。 在发动机转速低于 3750r/min 或发动机负荷低于 40%时,

进气歧管翻板是关闭的(由发动机特性曲线决定)。 下部进气道被封闭, 被吸入的空气就会通过上部进气道加速后呈紊流状流入燃烧室, 燃油 喷射发生在进气冲程中。2、进气歧管翻板打开时的均匀燃烧[10]。 在发动机转速高于 3750r/min 或发动机负荷高于 40%时,进气歧管 翻板是打开的,这样就可保证发动机在高转速、大负荷时获得更多的 进气量。这个过程是通过个大容量的双级进气管来实现的,该进气管 这时切换到功率工况(短进气管),燃油喷射也是发生在进气冲程中。 看完上面的技术储备已经足够了,下面开始就不罗唆介绍结束,简要 介绍技术要点: NOx-存储式催化净化器: NOx-存储式催化净化器: 在稀混合气模式时 NOx-含量较高,传统的三元催化净化器无法 对氮氧化物进行足够的转换, 因此研制了 NOx-存储式催化净化器, 满 足 EU4 排放标准。与 NOx 化学性质相似,硫也同样存储在 NOx-存储 式催化净化器中.燃油中的硫越多, 存储式催化净化器就必须更频繁。 给催化净化器脱硫,这只有在催化净化器温度超过 650°.. C 时才 能发生。 这里要注意了,同学们要尽量加低硫汽油,如国 III 的汽油(国 II 汽油含硫 0.05,国 III0.015)。 硫的还原: 硫的还原: 硫比 Nox 更耐高温。在很短的时间间隔内频繁发生氮氧化物还原 后,就会发生硫还原。发动机控制单元由此即可判断出:催化净化气 的存储空间已被硫占满,无法再存储氮氧化物了。

为了除硫,以下过程要持续约 2 分钟:从分层充气模式切换到均 质模式两个气缸以较浓混合气工作, 两个气缸以较稀混合气工作, .. 不同的气体会聚到 Y 形管内再次燃烧, 于是可将 NOX 存储式催化净化 器的温度提高到超过 650°.. C。于是将硫转化成 SO2。 发动机启动过程: TFSI 发动机启动过程: 发动机绝大部分工作范围 lambda 1, 除了起动时混和汽稍微加浓。 – 起动阶段: 燃油空气分层高压起动。 起动几秒之后: HOSP。 – 起动几秒之后: HOSP。 暖机阶段发动机控制双喷射。 – 暖机阶段发动机控制双喷射。 – 仅冷却液 80 °C 或更高, 燃油喷射与进气同步。 发动机转速超过 3000 rpm 进气翻版打开。 HOSP = Homogen Split(均质分开模式)

工作模式: HOSP 工作模式: 进气翻板位置关闭节气门较大开启喷射时刻:第一次上止点前大 约 300°.. ;第二次喷油量较少上止点前大约 60°点火时刻延迟, 排 气门打开, 废气温度升高快。催化净化器很快达到正常工作温度。

暖机二次喷射: TFSI 暖机二次喷射: 为了迅速加热催化反应器。 在吸气过程中, 距点火上止点大约 300° 为了迅速加热催化反应器。 在吸气过程中, 时喷入部分燃油, 这部分燃油由于时间较长可均匀混合. 在压缩过程 时喷入部分燃油, 这部分燃油由于时间较长可均匀混合. 中,距点火上止点约 60°进行第二次喷射。 60°进行第二次喷射。 进行第二次喷射

由此在火花塞附近形成了较浓的混合气, 由此在火花塞附近形成了较浓的混合气,这种情况下可使点火较 晚,且可以保证发动机稳定运行。二次喷射方式 λ 的值为 1。因为 且可以保证发动机稳定运行。 排气门早已打开, 排气温度升高很快。 因此, 催化转化器在很短时间 排气门早已打开, 排气温度升高很快。 因此, 即达到其工作温度(350°)。 内(30-40 秒)即达到其工作温度(350°)。 30注意这个过程: 暖机二次喷射这个过程应该每个同学都应该感受到 注意这个过程: 就是冷车启动发动机油耗为 3~4L/H, 4L/H, 转左右的时候, 的, 转速 1100 转左右的时候, 这个过程大概 30 秒~一分钟。二次喷射的油因为混合时间较短,浓 一分钟。二次喷射的油因为混合时间较短, 度大,不可能完全蒸发,不可避免会发生燃料局部缺氧, 度大,不可能完全蒸发,不可避免会发生燃料局部缺氧,导致炭化为 炭烟。 炭烟。 同时我们也可以明白为什么冷车怠速发动机才 1100 转而油耗高达 3L/H( 1L/H), 3L/H(我试过热车踩油门让怠速达到 1100 转,油耗不会超过 1L/H), 另外,冷车抖动也是发生在这个过程,但是为什么新车不抖呢,这也 另外,冷车抖动也是发生在这个过程,但是为什么新车不抖呢, 和汽缸内的环境变差有一定的关系。 和汽缸内的环境变差有一定的关系。 全文总结: 全文总结: 1。TSI 发动机对油质要求高,特别对硫含量要求高。 2。黑灰的产生主要是在冷车启动暖机二次喷射时产生,估计硫 还原阶段需要 650 度高温时,需要延迟点火也会产生极少的黑灰。 3。从原理上看,分层燃烧对油质要求高,因为要多次极少量喷 射,喷油嘴开度小,容易堵塞,而且对燃烧、点火等需要更精确的控 制。 4。冷车抖动,发生在暖机二次喷射过程中,如何避免不明确。 得到的教训:

1。尽量加国 III 之类的低硫汽油(之前贪国 II 汽油便宜点,加 了几箱国 II 汽油) 2。 在国内油质没根本改善, 不要尝试改电脑打开分层燃烧模式。 3。排气管黑灰应该是普遍现象,有黑灰不代表发动机有问题或 燃烧不充分,仅是因为发动机的工作机制如此。 另外,根据这两天的观察,在冷车启动时,TSI 排气管喷出的是 暖的无色的气体,开了一段路水温上去后,排气管碰出的是白色雾状 的水蒸气,而且排气管在滴水。这个现象也从侧面验证了上面的理 论。


相关文章:
大众TSI发动机结构与故障诊断
大众TSI发动机结构与故障诊断_院校资料_高等教育_教育专区。本文主要以迈腾TSI发动机为例,详细阐述了迈腾TSI发动机的发展状况及主要结构的特点;并且叙述了点火系统的检修...
浅谈TSI发动机的使用与故障排除
浅谈TSI发动机的使用与故障排除_信息与通信_工程科技_专业资料。汽车国家...二 、发动机动力不足故障的原因及分析发动机正常工作时排气管排出的废气是没有...
史上绝无仅有。揭开大众虚伪的一面,浅谈TSI发动机_图文
这是普通的涡轮增压器 TSI 发动机在设计上和电子控制上都有其独到之处,下面我们一一介绍一下。 TSI 的涡轮增压器和排气管采用了集成式的设计, 这样做的最大好处...
详解大众tsi发动机优缺点
大众TSI 发动机分析上海大众在欧美地区取得优秀销售业绩的同时, 在中国市场上也...将废气涡轮装在排气管之中则能利用排气能量 来驱动涡轮高速旋转,从而能够带动...
大众TSI发动机喷油嘴故障诊断与维修
通过上述 现象分析,故障的原因产生在油路,而排气管有大量汽油排出,问题很大可能是 出现在供油系统上。 2.故障分析和诊断 2.1 TSI 燃油供给系统分析 直喷发动机的...
论文大众tsi发动机技术
注重理论分析性,突出了大众 TSI 燃料供给系统的优缺点,为汽车发动机 TSI 新技术...涡轮增压器实际上是一种空气压缩机, 将废气涡轮装在排气管之中则能利用排气 ...
大众TSI发动机喷油嘴故障诊断与维修
通过上述现象分析,故障 的原因产生在油路,而排气管有大量汽油排出,问题很大可能是出 现在供油系统上。 2.故障分析和诊断 2.1 tsi 燃油供给系统分析 直喷发动机的...
汽车排气管冒黑烟加速不良发动机抖动
汽车排气管冒黑烟加速不良发动机抖动_电子/电路_工程...经拆检 4 个火花塞,发现其头部呈黑色。测量 4 个...再次仔细分析, 维修技师认为该车发动机机械部分、 ...
根据排气管烟色判断发动机故障
柴油发动机的排气烟色有黑色、白色、微蓝色和蓝色等数种,颜色的变化取决于使用 ...因此,如果出现黑烟或灰烟,可以认为是工作不正常,需从下 述方面查找原因: ⑴...
根据排气管排气烟色判断柴油机故障
根据排气管排气烟色判断柴油机故障 柴油发动机的排气烟色有黑色、白色、微蓝色和蓝色等数种,颜色的变化取决于 使用条件的改变和不同的故障。 黑烟是燃料燃烧不完善...
更多相关标签: