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汽油直喷(FSI)发动机


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FSI技术
全新的汽油直喷发动机技术
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FSI=Fuel Stratified Injection
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汽油分层喷射
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引言 基础知识 技术数据 发动机机械结构 进气系统 燃油系统 排气系统 发动机管理系统
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引言
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为什么采用汽油直喷技术?

较好的燃油经济性(省油20%) 更为广阔的发展前景

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氮氧化物处理技术?

在稀薄燃烧工作模式情况下,氮氧化物(NOx)排放较高 通过传统的三元催化反应器氮氧化物的转化不够充分 改进氮氧化物存储催化器,实现欧四排放标准

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燃油中的硫分

由于硫与氮氧化物在化学性质上的相似性,在 氮氧化物存储器中会存储硫 在燃油中硫的含量越多,存储催化器需要更换 的频次就越高 产生一定的额外燃油消耗

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进气节流的优点

在分层充气和均匀稀薄工作模式下,空燃比 保持在1,55和3之间 通过张开的节气门,空气将通过小的进气翻 板被吸入气缸

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稀薄模式的优点

在分层充气工作模式下,发动机以空燃比 (1.6~3)的状态运行 在均匀稀薄模式下,空燃比保持在1.55左右 以此实现更为经济的燃油消耗

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减少热量损失

因为在分层充气模式下,燃烧只出现在以火花 塞为中心的区域,减少了气缸壁的热量损失 提高了热效率

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更高的尾气处理效率

通过高效的充气运动,发动机可以以直至35%的尾气处理率运行 尾气处理工作时间: – 总是在分层充气模式下工作 – 在均匀模式下直到4000 l/min以及部分载荷时工作,怠速时不工作

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高度密封

进气通过直接喷射的方式在燃烧室内被冷却 – 减少爆震可能性 – 提高密封终端压力实现更好的密封效果 – 热效率提高

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进一步的切断供油

在重新提速时,气缸壁上不会留下燃油 – 燃油几乎能将可以利用的能量全部发挥出来 – 发动机在较低的重新启动转速时也能稳定运行

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基础知识
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工作模式

发动机载荷

三种工作模式: – 分层充气模式 λ = 1.6 – 3.0 – 均匀稀薄模式 λ = 1.5 – 均匀模式 λ = 1.0

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分层充气模式

奥迪技术:进气组织引导

2.0l FSI 发动机

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分层充气模式

吸气 进气翻板完全关闭下部进气通道 被吸进来的空气以涡流形式通过上部的进气通道加速进入气缸 活塞的扰流槽加剧了紊流效应 同时节气门张开,尽量减少节流损失
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分层充气模式

压缩 在到达点火时间之前的很短时间里,以50-100巴的压力向火花塞附近喷射燃油 燃油喷射有一个平面角度,以避免油气混合物与活塞底部接触,以便能够扩大分层充气模 式的转速和功率范围(进气组织引导式燃烧方式) 在火花塞附近形成可燃混合气

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分层充气模式

做功 在火花塞周围点燃混合气 在燃烧的混合气和缸壁之间形成一个气体分层,这样能够改善缸体散热损失,提高了热效率

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分层充气模式

分层工作模式的条件: – 发动机处于相应的转速和载荷范围 – 系统没有存储排放相关故障 – 冷却液温度高于50℃ – – 催化器温度处于250 ℃ -500 ℃之间 进气翻板关闭

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均匀模式

奥迪技术

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分层充气模式

1.6l FSI 发动机

大众技术:进气组织和燃烧室形状引导
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分层充气模式

进气 节气门以较大角度打开(较少的节流损失) 进气翻板关闭下通道,空气加速流动 吸入的空气在气缸内形成涡流

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分层充气模式

喷射 喷油提前角大约60° v.OT,喷油结束角 大约45° v.OT 燃油在活塞顶的凹槽上被喷射 喷射正时对于油气混和物的形成有着十分重要的影响

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分层充气模式

混和气形成 为形成混合气体,曲轴转角处于40°和50°之间 – 在较小的曲轴转角的时候 没有形成可点火的混合气体 – 在较大的曲轴转角的时候 均匀混合气体 空燃比 λ=1,6 - 3

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分层充气模式

燃烧 只有油气混和物才被点火燃烧 剩余的气体以混和气为中心均匀分布 – 更少的热量损失 – 提高了热效率 点火正时窗口减小

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分层充气模式

节气门不能全部打开,由于活性炭罐和尾气后处理,必须保持较低的背压 发动机产生的扭矩可以通过喷油量来调节,这里进气量和点火角度对于扭矩只有较小的影响
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均匀稀薄模式

进气 和分层充气模式一样 节气门打开 进气翻板关闭

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均匀稀薄模式

点火 燃油在进气冲程中就已经喷入汽缸,喷油提前角大 约上止点前300° 空燃比大约为λ = 1,55

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均匀稀薄模式

混和气形成 有更多的时间可用于 – 均匀混合物形成

燃烧 在整个气缸内均匀燃烧 点火正时可以自由确定

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均匀模式

进气 节气门在操纵油门踏板后打开 进气翻板在相应的工作点后打开或者关闭 – 在部分载荷以及中等转速范围内关闭

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均匀模式

大众技术

喷油、混合气形成和燃烧过程与均匀稀薄模式一样 空燃比 λ = 1

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FSI 工作模式综述(大众技术)
工作模式 功率、转速范围 λ值 分层充气
中等

均匀稀薄
较高 大约1.5

均匀
满载

1.6-3

1 最高转速和载荷时打开 中等转速和载荷时关闭 根据载荷大小由驾驶员调节

进气翻板

关闭下通道

关闭下通道

节气门开度

最大开度

最大开度

混合气形成

可燃混合气聚集在火花塞周围,外 层是新鲜空气和倒流的尾气 可燃混合气被点燃,外层空气作为 绝热层减少热量损失,提高热效率

均匀的混合气分布在整个燃烧室内

均匀的混合气分布在整个燃烧室内

燃烧

可燃混合气在整个燃烧室均匀燃烧

可燃混合气在整个燃烧室均匀燃烧

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FSI 工作模式综述(奥迪技术)
工作模式 功率、转速范围 λ值 分层充气
怠速、中速

均匀稀薄
较高 大约1.5

均匀
满载

1.6-3

1

进气翻板

按照特性图动作

按照特性图动作

按照特性图动作

节气门开度

最大开度

最大开度

根据载荷大小由驾驶员调节

混合气形成

可燃混合气聚集在火花塞周围,外 层是新鲜空气和倒流的尾气 可燃混合气被点燃,外层空气作为 绝热层减少热量损失,提高热效率

均匀的混合气分布在整个燃烧室内

均匀的混合气分布在整个燃烧室内

燃烧

可燃混合气在整个燃烧室均匀燃烧

可燃混合气在整个燃烧室均匀燃烧

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练习1
1 汽油直喷(FSI)技术: 优点

缺点

2 汽油直喷(FSI)技术的基本工作模式 大众技术

奥迪技术

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技术数据
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2.0l FSI 发动机

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2.0l FSI 发动机

发动机标识 排量 缸径 冲程 压缩比 功率 扭矩 气阀数 发动机管理系统 气阀控制方式 排放标准 燃油消耗(5档手动变速箱) 城市循环工况油耗 郊区循环工况油耗 平均油耗

AWA 1984 ccm 82.5 mm 92.8 mm 11.5 110kW 200Nm/3250~4250l/min 每缸4个 MED 7.1.1 液力调节式滚柱摇臂 EU IV

9.9l 5.4l 7.1l
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2.0l T FSI 发动机

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2.0 T FSI 发动机
发动机标识 排量 缸径 冲程 压缩比 功率 扭矩 气阀数 发动机管理系统 气阀控制方式 排放标准 燃油消耗(5档手动变速箱) 平均油耗 AXX 1984 ccm 82.5 mm 92.8 mm 10.5 147kW 280Nm 每缸4个 MED 9.1 液力调节式滚柱摇臂 EU IV 7.7l

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1.6l FSI 发动机

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1.6l FSI 发动机

发动机标识 排量 缸径 冲程 压缩比 功率 扭矩 气阀数 发动机管理系统 气阀控制方式 排放标准 燃油消耗(5档手动变速箱) 城市循环工况油耗 郊区循环工况油耗 平均油耗

BAD 1584 ccm 76.5 mm 86.9 mm 12.0 81kW 155Nm/3250~4250l/min 每缸4个 MED 7.1.1 液力调节式滚柱摇臂 EU IV

8.3l 4.5l 5.9l
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发动机结构
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活塞(2.0L FSI)

铝合金轻质活塞,采用锻造工艺 优点:更小的质量波动和更小的摩擦,因为活塞体只是 一部分在缸体范围内运动 在分层充气工作模式下,活塞底部的导气槽引导空气流 向点火中心区域 活塞的几何形状使进气产生涡流运动

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缸体
– AXX – – – 由铝合金制成 缸距 88 mm 长度 460 mm 出于强度的考虑,铝制曲轴箱按照“开式 水套气缸体”结构安装 气缸经过等离子体硬化处理(1.6l FSI 发 动机)



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缸体
“开式水套气缸体” – 缸套只靠铸铁连接件与缸体相连,它们之间不是刚性连接 “上平面封闭式气缸体” – 气缸套与缸体封闭连接

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等离子体硬化处理

优点: 相对于嵌入式气缸套而言,减轻了质量(大约 1kg),因为密封层厚度只有0,085 mm 降低磨损

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等离子体硬化处理

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等离子体硬化处理

等离子体气体通过电弧点火形成 等离子体辐射的温度大约11.700°C,速度达到600 m/s 在等离子体束内喷射喷涂粉末(含50%的钢和50%的钼) 喷涂粉末在大约2500°C上进行加热,并且被加速到150m/s

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等离子体硬化处理

流动的涂层渗透至气缸壁上的不平处 运动能量转化为塑性变形 在凝固时,在涂层和气缸壁之间产生一个坚固的连接层 另外,收缩应力使得涂层向气缸壁方向产生一个紧固的收缩力

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气缸运动面

气缸内表面既可以安装钢质缸套,也可以用等离子体涂 层进行珩磨 钢质气缸套 – 交互系统 等离子体涂层表面 – 蜂窝系统

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交互系统

通过相互连接的导槽实现连接 在导槽内有润滑油,保证充分的润滑 活塞环推动润滑油,这样润滑油就可以对气 缸壁表面进行润滑了(混合磨擦)

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蜂窝系统

凹槽压制并不深 在上表面产生小的凹槽 蜂窝在等离子体涂层里,没有预处理并且封在等离子体内 润滑油在蜂窝里,活塞环经过蜂窝时,产生浮游效应(液 体动力润滑)

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曲轴箱通风

窜入曲轴箱的气体通过缸体到达第一个“机油分离器” 接下来,气体将通过外部的连接管进入缸盖罩的曲径式密封内 消除了机油的曲轴箱通风空气经过压力阀通向进气管

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曲轴箱通风

去进气管

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曲轴箱-压力调整阀

在气阀罩内安装了第二个机油分离器

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曲轴箱-压力调整阀

用于保持曲轴箱内的压力和良好的通风 在较高的背压下,密封将会向内开启,赃 物将被吹入曲轴箱

低背压 高背压

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气缸盖

通过滚柱摇臂技术实现4阀技术 通过齿轮皮带(2.0l)或控制链条(1.6l)驱动 进气通道通过一个翻板被分为上、下两部分进气 通道

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气缸驱动

气门摇臂

装配式凸轮轴

装配一种“轻质气门驱动方式(只有一个气门弹簧)” 通过装配式凸轮轴借助于液压平衡块完成气门动作

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齿轮皮带驱动-CTC*技术

*CTC-Zahnriemenrad= Crankshaft Torsionals Cancellation 曲轴扭转力消除
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齿轮皮带驱动-CTC技术
3,0 凸轮轴 振动角度 2. Ordnung [°] 2,5 2,0 Potenzial CTC 圆周型 CTC 曲轴 圆周型 1,5 1,0 0,5 CTC

0

1000

2000

3000 4000 发动机转速 [1/min]
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5000
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6000

7000
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齿轮皮带驱动-CTC技术
3,0 2,5 皮带 以扭矩为单位 [kN] Potenzial CTC 2,0 不带CTC技术 最大 最小 带CTC技术 最大 最小

1,5 1,0 0,5

0

1000

2000

3000 4000 发动机转速 [1/min]
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平衡轴运动

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装配式凸轮轴

凸轮装配在一个中空轴外 中空轴通过液力方式被膨胀,凸轮固定在轴上 优点:减轻质量1,4kg,同时抗弯强度提高了一倍

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凸轮轴调节

进气凸轮轴在前端安装了霍尔传感器轮,在后端驱动高压泵
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凸轮轴调节
内转子 内转子: – 与凸轮固定连接 外转子

外转子: – 与链轮固定连接

差压螺栓: – 用于机械锁止

差压螺栓
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前调整
止回电磁阀 通道 A

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后调整
止回电磁阀 通道 B

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调整

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练习2
1 右图零件的结构特点和优点 结构特点

优点

2 简述曲轴箱通风过程

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进气系统
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进气系统
进气翻板电磁阀(N336) 废气再循环电 进气温度传感器(G42) 磁阀(N18) 节气门调节单元 进气管 进气翻板 高压接口电磁阀

mit Geber für Ansauglufttemperatur

活性碳罐电磁阀(N80)

止回电磁阀 (G71) 进气温度、压力 传感器(G71)

下部进气管
Abgasrückführung aus Krümmer

低压存储器

嵌入式板

活性碳罐

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开关式进气管

两级调节开关进气管 有利于功率和扭矩提升 通过电子换向阀采用气动方式操纵开关辊 与如下参数相关 – – – 发动机载荷 发动机转速 冷却液温度

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进气翻板开关调节
1,6l FSI-Motor
功能原理 在进气管内存储低压 发动机控制单元调节进气翻板 操纵低压调节装置 进气翻板被调节 通过电位计实现进气翻板的自诊断

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进气翻板开关调节
A4 2,0l FSI-Motor

功能原理 发动机控制单元调节进气翻板电机V157 进气翻板通过同一根轴来调节 通过在发动机内的集成电位计来实现自诊 断(与排放相关)

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废气涡轮增压器
曲轴箱通风

活性碳罐接口

涡轮增压器通 风阀N249

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废气涡轮增压器

按照点火顺序设计的排气歧管 分离肋

增压压力限制电磁阀 N75 涡轮增压器换气阀 N246
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练习3
1 填写下图中各种零部件的名称
进气翻板 高压接口电磁阀 进气管

节流阀调节单元

mit Geber für Ansauglufttemperatur

止回电磁阀 (G71)

下部进气管
Abgasrückführung aus Krümmer

低压存储器

嵌入式板

活性碳罐

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燃油系统
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2.0l FSI简图
双凸轮 燃油压力传感器(G247) 限压阀 大约 40 - 110 bar 燃油量调 节电磁阀

燃油轨

高压喷射电磁阀

燃油滤清器

单活塞高压泵 大约 3 - 6 bar 活性碳罐电磁阀

活性碳罐

无压力 低压 约 6 bar 高压 约 40-110 bar

电子燃油泵

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2.0l FSI功能

– – –

在低压系统内,燃油借助于电子燃油泵以大约6 bar的压力输入至高压泵中 在高压系统中,燃油以40 - 110 bar的压力流动(与发动机功率和转速相关) 在2.0l FSI发动机里,单活塞高压泵通过燃油量调节电磁阀建立起燃油压力,并且通过燃油分配管泵入四个 高压分配电磁阀 泄压阀防止高压区压力过高,当高压超过120 bar时会打开 燃油泵只提供系统工作所需要的燃油量 燃油量通过燃油量调节电磁阀来调节

– – –

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单活塞高压泵
燃油泵驱动凸轮

凸轮


油量调节阀 N290

单活塞高压泵通过凸轮轴用机械方式驱动 电子燃油泵为高压泵提供大约6 bar的预压力 高压泵在油轨内产生系统所需的高压 压力衰减器将高压系统内的压力波动进行过滤

– – –

压力衰 减器

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建立压力

进流电磁阀

泵活塞向下行程 燃油以1至6 bar的预压力通过入口阀流入泵室。此外,燃油也会被泵 活塞的向下行程吸入泵室。 泵活塞的向上行程 燃油被密封,燃油轨内的压力提升,燃油被压入燃油分配管内。
止回阀 泵活塞

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压力调节
止回电磁阀

油量调节阀 – – 调节燃油轨里的燃油压力 油量调节电磁阀在供油行程结束之前进行调节, 泵室内的压力下降 燃油流向泵的吸入侧 止回阀阻止燃油分配管的油轨压力下降

燃油量调节电磁阀

– –

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燃油量调节阀

压力衰减器 燃油量调节 电磁阀N290 燃油输送

高压接口 线圈 泵空间 电磁针阀 转子

高压活塞
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燃油量调节阀

燃油量调节电磁阀出于安全考虑,不通电地开启 线圈通电建立磁场,喷油针阀被压在其支座上 一旦达到油轨压力时,燃油的流动中止 磁场消退,喷油针阀提升,不需要的燃油量将导回低压循环管路中

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1.6l FSI简图
1 2 3 4 5 6 7 8 9 燃油箱 电子燃油泵(G6) 燃油滤清器 燃油量调节电磁阀(N290) 燃油压力调节阀 高压燃油泵 高压燃油管 燃油分配管 燃油压力传感器

10 燃油压力调节电磁阀 11 高压喷射电磁阀

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1.6l FSI 功能

在低压系统中,油压通过电子燃油泵建立 – 正常情况下,3 bar (燃油压力调节器) – 热启动时,6,8 bar (燃油分配电磁阀) 三活塞高压泵在高压轨中产生高压 在高压轨中,燃油压力调整电磁阀将燃油压力设置在40 - 110 bar之间,并且过剩的燃油导回低压系统

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燃油压力调节器

位于低压系统和回油管之间 通过弹簧加载的隔膜阀将燃油压力调节在3 bar上 回油管根据油压扩大或者缩小横截面面积

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燃油定量阀

在正常工作状态下开启(没有功能) 在发动机启动时,流动大约50秒在如下情况下: – 冷却液温度 >110°C – 进气温度 >50°C 流动时回流关闭 燃油压力至6,8 bar

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三活塞高压泵

高压燃油泵的驱动轮由进气凸轮轴驱动,在驱动轮边上是扩展凸轮,扩展凸轮安装在活塞环 上。驱动轮旋转,扩展凸轮随之转动,形成泵活塞的前进和后退冲程 – 后退冲程中,燃油将从低压燃油系统中吸入 – 前进冲程中,燃油将被泵入燃油分配管

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燃油分配管
输油管 回油管 高压泵 燃油轨调节每个喷射电磁阀的燃油压力 高压区必须设置足够高的压力,因为它可以 消除压力波动的影响 它也是用于如下部件的支架: – 喷射电磁阀 – 燃油压力传感器 – 限压阀 – 高压存储器

燃油压力传感器

限压阀

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燃油高压调节阀

安装在燃油分配管内 无电流地被关闭 根据燃油泵需求将油轨压力调节在40 - 110 bar上 回流时开启 大于120 bar机械开启

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燃油压力传感器
壳体 插头 – – 接触刷 – 导板 传感器元件 (阻尼元件) 燃油压力在一个完整的调节循环内进行调 节,传感器的测量误差小于2% 传感器的核心由钢膜构成,钢膜的振动由 可变电阻衰减 一旦待测的压力值通过压力通道在膜片一 侧产生作用,可变电阻产生变形,同时电 阻值也相应发生变化 在传感器内部有一个分析电子模块 燃油压力传感器测量油轨内的燃油压力 精确保持油轨内的燃油压力对于有害排放 物的排出、消除噪音以及发动机的功率都 有重要的影响

ASIC

隔离块 压力接口







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燃油压力传感器特征曲线
输出电压 传感器损坏 最大压力

最小压力 传感器损坏 和压力相关的信号电压

140bar

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发动机控制单元为传感器提供工作电压:5 Volt 压力升高,电阻值下降,信号电压升高
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高压喷射电磁阀

任务: 燃油精细雾化 正确定量喷射 喷入燃烧室内正确的喷射范围 正确的喷射正时 – 进气管喷嘴 6000U/min 20ms – FSI 分层充气模式 6000U/min 5ms 电磁阀的调节基于压差,燃油直接喷射进入燃烧室

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高压喷射电磁阀 1.6l

– – –

喷射电磁阀将燃油直接喷射进入燃烧室 它是一个单孔喷嘴,辐射角度为70°辐射倾斜角为20° 这样就可以在短时间内喷射出大量的燃油

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高压喷射电磁阀

精密过滤器

电磁线圈

电磁转子

喷嘴针阀
聚四氟乙烯 密封圈(经 常更换)

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高压喷射电磁阀

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高压喷射电磁阀
– – – 聚四氟乙烯定期必须更换 聚四氟乙烯环在拆卸时要在喷射电磁阀上扩孔 因此您必须在拔下后重新装配 ? ? 阶段 1 用专用工具T 10133/7进行聚四氟乙烯的标定 阶段 2 采用专用工具 T 10133/8

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高压装置的开启
– – – – – – 拆卸活性碳罐的连接插头 拆卸燃油泵保险 启动发动机 在发动机数据块140通道第三组(01/08/140 第3组)观察燃油压力 燃油压力在6至8 bar时,关闭发动机并且开启高压系统 维修完毕后,删除发动机控制单元的故障存储

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练习4
1 利用VAS 5051/52完成FSI发动机自诊断的基本功能(如下面的两例操纵) 起动发动机,空档,操纵油门,观察高压油泵压力的变化

起动发动机,空挡,操纵油门,观察氧传感器读数的变化

2 按照VAS 5051/52的提示,完成高压喷射器的更换

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排气系统
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简图 2.0l
分层充气模式

发动机控制单元 Lambda探针 CAN总线 NOx控制单元

三元催化反应器

Lambda探针 温度传感器 NOx传感器

NOx存储催化转化器

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简图 1.6l

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Lambda传感器

– – – –

分析信号由传感器电压和泵电流组成 混合物组合后,电流强度线形提高 λ值通过跳变上升的电压曲线来输出 测量范围:λ ≈1

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Lambda传感器-跳变

核心部件是两面密封的陶瓷体 (能斯托电池) 密封层取代了电极的功能 电极密封层与外部空气和尾气相接触 通过测量尾气和外部空气氧含量的不同,产生传感 器电压

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Lambda传感器-带宽

电压的产生如同λ传感器跳变 电压保持为450mV 通过泵室(微型泵),电极在与尾气接触的 这一面与大量的氧气接触,生成电压 泵的功率越高,泵的电流也越高

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Lambda传感器-带宽

Lambda调节 带宽-Lambda-Sonde ? 泵室的效应是一个纯物理反应过程 ? 没有机械部件 ? 通过泵室的正电压,氧气在通过陶瓷通道时,产生负氧离子
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尾气温度传感器
吸附壳体 铂薄涂层 承载材料

Al2O3底层 连接衬垫 隔离层

发动机控制单元需要此信息: 在分层充气模式下,接通催化转化器的功能,因为存储催化转化器只有在250℃和500℃之间时, 才能存储氮氧化物 要清除催化转化器内的沉积硫,必须使催化转化器的温度高于650℃

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尾气处理

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尾气温度传感器

尾气温度传感器的其他任务: – 前催化器的热诊断 – 尾气温度模块的支撑 – 尾气系统元件的保护

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氮氧化物存储催化转化器

温度传感器

NOx传感器

NOx存储催化转化器

取代了传统的三元催化反应器 在催化器内还附装了氧化钡,在250 ℃和500 ℃之间时,氮氧化物通过硝酸盐的方式存储 传统的三元催化转化器在分层充气模式下,只能将少量的NO转变为氮气和氧气 存储器容量一旦充满,发动机控制单元将能识别出,将启动再生模式

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氮氧化物存储催化转化器

氮氧化物在铂涂层上被氧化为二氧化氮 然后二氧化氮与氧化钡反应生成硝酸钡

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氮氧化物的再生

首先通过一氧化碳(CO)将钡转化为氧化钡 以此释放出二氧化碳和氮氧化物 通过铑和铂,氮氧化物变为氮气,一氧化碳 变为二氧化碳

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氮氧化物传感器
氮氧化物活性电极 铂电极 氧气选择性电极 Ys-ZrO2 O2测量室 O2泵室 扩散隔栅 加热器

– – – – –

尾气中氮氧化物的含量显示了存储器容量 在泵室内,氧气含量保持恒定(14.7 kg的空气:1 kg燃油) 通过调整泵工作电流,空燃比会发生变化 气流通过在氧测量室内的扩散隔栅,通过电极将氮氧化物分解为氧气和氮气 通过氧-泵电流,氮氧化物产生聚合
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氮氧化物传感器控制单元

– – – –

控制单元安装于车辆外底板下,在其附近装有氮 氧化物传感器 控制单元处理传感器信号,并且将信号通过局部 CAN总线传送至发动机控制单元 发动机控制单元通过氮氧化物传感器控制单元发 送过来的信息识别氮氧化物的饱和度 启动再生过程

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氮氧化物的再生

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氮氧化物的再生

通过氮氧化物传感器,发动机控制单元识别出催化转化器再也不能存储氮氧化物了 启动再生模式(每60 - 90 秒一次) 发动机将从稀薄的分层充气燃烧模式转为均匀模式 在均匀模式下,在尾气中碳氢化合物和一氧化碳的含量将会提高 在存储催化转化器内,氮氧化物的氧与碳氢化合物和一氧化碳反应生成氮气和氧气

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氮氧化物的再生

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硫的再生

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硫的再生

硫比氮氧化物具有更高的温度稳定性 当氮氧化物在更短的时间内再生,就会硫的再生 发动机控制单元确认催化器内的空间已经被硫所占据,已经不能再存储氮氧化物了 脱硫需要大约2分钟: – 从分层充气模式转变为均匀模式 – 两个缸以浓混合气工作,两个缸以稀薄混合气工作,在排气管中,两种不同的气体混合在一起,并且发生后 燃,通过这种方法,可以将氮氧化物存储催化转化器的温度提高到650°C以上 硫将反应为二氧化硫

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练习5
1 填写下图中各种零部件的名称
分层充气模式

发动机控制单元 Lambda探针 CAN总线

三元催化反应器

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练习5
1 氮氧化物再生模式的条件和过程 条件

过程

2 用VAS 5051/52的自诊断功能完成尾气温度信号的读取

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发动机管理系统
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系统概要

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进气系统
进气翻板电磁阀(N336) 废气再循环电 进气温度传感器(G42) 磁阀(N18) 节流阀调节 进气管 进气翻板 高压接口电磁阀

mit Geber für Ansauglufttemperatur

活性碳罐电磁阀(N80)

止回电磁阀 (G71) 进气温度、压力 传感器(G71)

下部进气管
Abgasrückführung aus Krümmer

低压存储器

嵌入式板

活性碳罐 在Bosch Motronic ME 7.5.10管理系统的基础上,根据汽油直喷原理进行调整, 特点在于:进气根据工作模式进行调节
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进气系统

新特点: – 带进气温度传感器(G42)的热膜空气质量传感器(G70) – 带尾气处理电位计(G212)的尾气处理电磁阀(N118) – 进气管压力传感器(G71) – 带背压存储器的进气管 – 带进气翻板气流调节电磁阀(N316)和电位计(G336)的进气翻板调节
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进气系统
带进气温度传感器(G42)的空气质量传感器(G70) 为尽可能地维持精确的发动机负载信号,此发动机应用了带倒流识别 功能的空气质量传感器,它不仅仅能测量出进气质量,还可以测量出 由于阀门开启和关闭产生的倒流空气质量。借助于这种方法,发动机 控制单元可以得到精确的进气质量,并且计算出发动机功率 进气温度传感器用于进气质量的精确计算(参加大众集团自学手册 SSP195) 装配位置 这两个传感器集成在一起,位于节流阀控 制单元模块前的进气通道内

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进气系统
信号应用 此信号被用于功率相关的功能计算,例如喷射正时、点火正时和活 性碳罐装置 信号故障的影响 空气质量传感器信号缺失,将会采用进气管压力传感器信号G71作 为功率信号 结构 热膜空气质量传感器由带测量通道的塑料壳体和带传感器元件的电 子开关构成。 测量通道的设计必须保证吸入的空气和倒流的空气都通过传感器。 在传感器元件处通过信号,并且传送给发动机控制单元

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进气系统
进气压力传感器G71位于进气管上半部分,测量进气管的空气压力,并 将相应的信号传送于发动机控制单元 功能 测量进气压力,并将相应的信号传送于发动机控制单元,发动机控制单 元利用此信号计算废气再循环量。通过热膜空气质量传感器,发动机控 制单元能够知道有多少新鲜空气吸入,以及对应的空气压力。当尾气被 导入进气中,进气压力也上升。发动机控制单元根据只有新鲜空气的进 气管和有新鲜空气和尾气的进气管压力差(新鲜空气)可以计算出废气 再循环气量。通过这种方法,可以提高废气再循环量,因为运行界限的 安全距离并不需要设置得如此之高 安装位置 位于进气管上

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进气系统
进气压力传感器 G71 信号应用 根据进气压力传感器(G71)信号和空气质量传感器和进气温度 传感器(G70)信号,发动机控制单元可以计算出精确的废气再 循环量。在发动机启动时,因为进气气波的干扰,导致空气质量 传感器信号不准确,就可以利用进气压力传感器可以计算出发动 机功率 工作原理 进气压力测量通过硅-晶膜实现,在此膜片上有一个扭转阻尼,膜 片变形引起阻尼改变,产生的真空作为压力差值。 每次进气管压力变化引起膜片改变,阻尼不同,产生的信号电压 也不一样,发动机控制单元就是据此得到进气管压力信号

较小的低压 = 较高的输出电压

较大的低压 = 较低的输出电压
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进气系统
通过下面的方式来确定尾气再循环量: 发动机控制单元利用空气质量传感器测量吸入的新鲜空气质量,并且计算出对应的进气压力。由于废气再 循环会将一部分的废气送入到进气中,对应的进气质量也会提高,并且进气压力也提高。进气压力传感器 测量出此压力,并且将对应的电压信号发送给发动机控制单元。根据这个信号可以将总质量(新鲜空气和 废气)计算出来。

信号故障的影响 进气管压力信号缺失,排气量由发动机控制单元进行计算,并且废气再循环量将根据特性图减少

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进气系统

进气翻板调节 安装在进气管下半部分内,可以通过调节进气翻板,根据工作模式调控每个气缸的气流

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进气系统

进气翻板被操纵 在分层充气模式和均匀稀薄模式,以及在部分均匀模式下,近期 翻板被操纵,在气缸盖内的进气下通道被关闭,通过此设计,进 气气流只能加速通过上通道,组织形成涡旋气流 两个优点: – 在均匀稀薄模式和部分均匀模式下,有助于进气涡流的形成,利 于形成混合良好的油气混和物,便于点火和稳定燃烧 – 在分层充气工作模式下,形成进气涡流,引导燃油聚集在火花塞 周围,通过此方法,形成良好的油气混和物

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进气系统

进气翻板未被操纵: 在均匀模式下,当发动机载荷和转速较高时,进气翻板就不被操 纵了,下通道开启。通过加大进气通道的横截面积,发动机可以 吸入更多的新鲜空气,可以实现更高的扭矩和更高的功率

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进气系统

安装位置 信号故障的影响 安装在进气管下半部分,与进气翻板调节轴相连 电位计信号故障,只能运行均匀模式 功能 识别进气翻板的位置,并将此信号传送给发动机控制单元,此信 号对于点火、尾气处理以及进气管气波的正确工作都有影响。因 此进气翻板调节功能与排放相关,必须通过自诊断进行检测
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进气系统

进气翻板空气调节电磁阀 N316 安装位置 进气管上半部分 功能 由发动机控制单元调节,从低压存储器到低压调 节器之间的通道畅通,由低压调节器的进气翻板 进行调节 信号故障的影响 如此电磁阀出现故障,只能运行均匀模式

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点火系统

点火系统 必须在正确的时刻将油气混和物点燃,为实现正确的点火正时,发动机控制单元必须根据工作模式 确定点火时间、点火能量和点火延时。不同的点火正时,会影响发动机扭矩、尾气排放和燃油消耗

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点火系统

在分层充气模式下 点火正时必须处于一定的“曲轴转角窗口”内,才能保证混和气 正确地点火 在均匀稀薄模式和均匀模式下, 对于发动机而言,进气并没有什么不同,两种喷射系统的油气 混合物的分配相同,应用相同的点火正时

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点火系统
最佳点火正时的计算必须采用如下:

主信息 1 2 根据空气质量传感器(G70)和进气温 度传感器(G42)计算出的发动机载荷 由发动机转速传感器(G28)得到的发 动机转速信号

修正信息 3 4 5 6 7
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冷却液温度传感器(G62) 节气门控制单元(J338) 爆震传感器(G61) 加速踏板位置传感器(G79、G185) 氧传感器(G39) X
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