资源描述：
2.0 T FSI,涡轮增压缸内直喷发动机,,,目录,基本原理,发动机管理系统,发动机控制单元,进气系统,燃油系统,排气系统,冷却系统,点火系统,,,,,,,,发动机机械部分,曲柄连杆机构,平衡轴箱,齿形带驱动,气缸盖,气门和气门弹簧,曲轴箱通风,一、发动机节能技术的应用,在保证汽车动力性能、排放性能等条件下，汽车以最小的燃油消耗完成单位运输工作量的能力，称为燃油经济性。在我国和欧洲，单位称之为升/百公里；美国为英里/加仑。 很多因素都对汽车燃油经济性产生影响 1、发动机性能；2、汽车质量；3、汽车外形；4、传动匹配与效率；5、轮胎；6、汽车行驶工况的综合管理 发动机节能是汽车节能技术的关键。发动机节能技术的核心是提高发动机的燃烧效率，而提高热效率就是组织好发动机各个工作过程，减少各种损耗，正确选择汽车动力机械的机型。 为了提高发动机的热效率，关键是组织好进、排气过程、喷油过程、燃烧过程、减少各种损失。主要措施有提高压缩比，稀然技术，直喷技术，增压、中冷技术，可变进气技术，改善进排气过程，电控喷射技术，高压共轨技术，绝热发动机技术等。 汽油直接喷射GDI就是指直接往气缸内喷射汽油。同时也采用了稀薄燃烧技术。 直喷汽油机采用稀燃、分层充气/燃烧、电控喷油、多气门、排放后处理等多项技术。可以在空燃比超过100的情况下稳定运行。 GDI可以使汽车节油达20左右，因为提高了高工况时的体积效率，还能使最大转矩提高10左右，将燃油经济性提高到接近柴油机水平。,基本原理,二、各系统改进对燃油经济性的影响,燃油节省率,（从----到）,电子调节冷却系统,凸轮轴正时调节,废气再循环,可变压缩比,燃油切断,稀燃混合气模式（均质）,全可变气门机构（机械式）,可变气门机构（电控）,汽油直喷系统,差异范围,0,5,10,15,20,,,基本原理,三、汽油直接喷射系统所遇到的主要问题 NOx - 问题、燃油中的硫成分,排放,分层充气模式,均质稀混合气模式,均质模式,过量空气系数,NOX存储能力,2000,4000,6000,8000,10000 KM,壳牌超级无铅汽油ROZ99（10ppm硫）,高级无铅汽油ROZ98 （50ppm硫）,高级无铅汽油ROZ95 （150ppm硫）,基本原理,四、缸内直喷系统的优点,,节气门,1、分层充气模式和均质稀混 合气进气模式（进气管风 门关闭时）,基本原理,2、稀燃混合气模式,混合气区域,（分层充气模式）,基本原理,3、缸壁热损耗小,燃烧区域,（分层充气模式）,基本原理,4、均匀进气模式下 废气再循环率高,充气运动,基本原理,5、压缩比高,高压喷嘴,基本原理,6、扩展的超速切断,混合气形成区,基本原理,五、缸内直喷发动机的运行方式,发动机利用空气导流燃烧法可以实现均匀进气模式和分层进气模式。发动机控制单元根据负荷状态，特性曲线来选择最佳运行状态。,分层稀混合气,均匀稀混合气,均匀混合气,带有废气再循环时的均匀混合气,平均压力bar,转速rpm,基本原理,六、分层充气模式,产生分层充气模式需满足的条件1、发动机处于相应的负荷与转速内；2、不得存在与排气系统相关的故障；3、冷却液温度必须高于50 ；4、氮氧化物存储性催化净化器温度 必须位于250 500 之间； 5、进气管风门必须关闭。,基本原理,1、进气过程,节气门,进 气歧管翻板,上进气道,进气过程中，节流阀尽可能打开到最大程度，以减少节流阀引起的进气损失。 气流从上进气道进入气缸，并在气缸内形成涡旋的形式。,基本原理,2、涡旋形式的气流,旋转气流,气流凹坑,涡流在气缸内通过在活塞上的气流导向凹坑和活塞向上运动得到加强。,基本原理,3、燃油喷射过程,高压喷油阀,燃油凹坑,气流凹坑,基本原理,4、混合气形成过程,混合气形成发生在上止点前 40 - 50曲轴角之间。 如果曲轴角小于这个范围 混合时间过短，无法点燃混合气 如果曲轴角大于这个范围 混合时间过长，变成均质燃烧模式,混合形成区,基本原理,5、燃烧过程,燃烧的混合气周围，新鲜气体起隔离作用 缸壁热损耗小 热效率提高了,燃烧区,基本原理,在分层充气模式下，节气门不能完全打开，因为进气管必须 得保持一定的真空（用于活性炭罐装置和废气再循环装置） 在分层充气模式下，发动机所产生的扭矩大小主要取决于喷 油量，吸入的空气量和点火提前角作用处于次要的地位。,分层充气模式工作的注意事项,基本原理,七、均质稀混合气模式,节气门,进气歧管翻板,---工作条件与分层充气模式所需条件一样,喷射油束,空气流,1、进气过程,2、喷射过程,基本原理,3、混合气的形成过程,稀混合气分配,4、燃烧过程,燃烧区,,基本原理,八、均质模式,进气歧管翻板,节气门,上进气道,下进气道,混合气在均质模式下工作，它与采用多点燃油喷射的发动机燃烧方式是一样的，所不同的是汽油喷射位置不一样。,1、进气过程,高压喷油阀,2、喷射过程,基本原理,3、混合气的形成过程,均质混合气分配,4、燃烧过程,燃烧区,,基本原理,,九、NOx存储型催化净化器,,,,,NOx,O2,Pt,NO2,BaO BaNO32,,,,,储存过程 1时,,,,还原过程 1时,BaNO32 BaO,CO,CO2 NOx,Pt Rh,CO,CO2 N2,,,,,,,基本原理,1、氮氧化物转换过程,60-90s,2s,分层燃烧模式,分层燃烧模式,均质燃烧模式,基本原理,2、硫化物转换过程,2 min,分层燃烧模式,分层燃烧模式,均质燃烧模式,点火时刻延迟,基本原理,FSI - Benzin-Direkteinspritzung,发动机管理系统,系统概览,G70,G31/G42,G28,G40,J338/G187/G188,G79/G185,F,F47,G247,G336,G61/G66,G62,G83,G410,G39,G130,G476,T16 诊断接口,J623 控制单元,J285 组合仪表,J527 电动转向机 构控制单元,J519 车载电网控制单元 J533 数据总线诊断接口,K 导线,J538,动力 CAN,G 燃油表传感器 G6 预输送燃油泵,N30N33 14缸 喷油嘴,N70/N127/N291/N292,J338 / G186,J317 30供电继电器,J757 发动机组件供电继电器,J329 15供电继电器,N80 活性碳罐电磁阀,N276 燃油压力调解阀,V157 进气管风门电机,N205 凸轮轴调节阀,N75 增压压力限压电磁阀,N249 涡轮增压器循环空气阀,Z19 / Z29,J235 冷却液泵继电器,J293散热器风扇控制单元,V50 冷却液循环泵,一、发动机控制单元,1、基础理论,直接喷射发动机控制单元在原有多点燃油喷射发动控制单元的基础上，扩展了一些其他功能 NOx传感器G295； 废气温度传感器G235； 废气再循环电位传感器G212； 进气道风门传感器G336； 高压燃油压力传感器G247； 凸轮轴调节阀N212； 稀燃混合气燃烧过程中的故障诊断。,,发动机管理系统,,1、发动机扭矩的控制,发动机扭矩控制主要有两种方式 第一种方式主要是控制气缸的充气模式，它适合长时期的影响并控制发动机扭矩。 第二种方式主要是控制气缸的点火和喷油时刻，它适合短期的影响并控制发动机扭矩。,第一种方式,第二种方式,目标控制,进气,喷油量,点火时刻,实际扭矩,发动机管理系统,2、在不同充气模式下的发动机扭矩管理,在分层模式下，发动机扭矩的控制主要是由喷油量决定的。 进气量居于第二位，因为此时节气门打开得相当宽，节气门引起的截流损失已经相当小。 点火时刻的影响最小，因为喷油时刻非常晚。,,,在另外三种模式下，发动机扭矩的控制主要是由点火时刻和进气量决定的。 在这三种模式下，过量空气系数分别设定为1.55和1，此时，喷油量几乎已经被预先确定。 所以，喷油量几乎对发动机没有什么影响。,,,发动机管理系统,2、2.0 T 涡轮增压发动机控制单元,,,GTI 发动机未采用分层进气模式，而是以优化功率和扭矩为主。 以前提到的FSI直接喷射装置都采用分层进气。在涡轮增压发动机中保留了缩写术语FSI，但是取消了分层进气。 在这种发动机中一方面放弃了分层进气模式和NOX传感器系统，另一方面通过较高的功率和转弯能力以及牵引力和经济性保证了高水平的驾驶乐趣。,发动机管理系统,3、2.0T FSI 技术数据,发动机管理系统,二、进气系统,1、进气系统概览（带FSI）,发动机管理系统,2、电子油门系统,电子油门系统是控制发动机直接喷射系统的基本元素。 它能帮助控制节气门的开度而不管油门踏板的的位置，以减少节流阀的进气阻力。,,G79/G185,J338/G187/G188,,其他附加信号,,发动机管理系统,3、进气歧管,活性碳罐电磁阀 N80 进气道翻板 进气道翻板电机 V157 进气道翻板电位计 G336 节流阀体 J338 带有 G186, G187 和G188,发动机管理系统,4、进气歧管翻板切换,2.0L TFSI-发动机,,因为发动机只能在均匀进气模式下运行，所以利用进气移动风门来改善内部混合气混合程度。,在转速范围为1000rpm---5000rpm且负荷较低时进气移动风门关闭。 在其它转速范围时进气移动风门开启，以便消除进气阻力并借此降低功率消耗。,扭矩,转速,功率,风门关闭区域,发动机管理系统,FSI - Benzin-Direkteinspritzung,三、燃油系统,1、系统概览,活性碳罐,活性碳罐电磁阀-N80,无压力,发动机管理系统,2、汽油供给,高压喷射阀,,3段式泵凸轮,燃油压力调节阀N276,高压燃油泵,低压燃油压力传感器G410,,燃油压力传感器G247,限压阀,高压燃油循环回路,低压燃油循环回路,,,,,,,,,,,,发动机管理系统,3、运行方式 （1）、冷起动时双喷射 双喷射是用于催化净化器快速加热的一种特殊运行方式。 为此在进气行程中点火前约300度时喷入部分燃油。由于至点火的时间较长，因此燃油将均匀分布。然后在压缩阶段点火上止点前约60度时进行第二次喷射。 由于这种喷射方式会在火花塞附近产生浓混合气，因此可以在发动机稳定运转的情况下使点火提前角进一步推迟。 两次喷射的过量空气系数都为1。因为排气门已经开启，所以排气温度迅速升高。因此短时间 （30--40秒）后即可将催化净化器加热到工作温度（350）。 打开驾驶员车门时电动燃油泵通过车门接触开关开始运行。预先供油的作用是缩短起动时间和快速产生高压。为避免燃油泵损坏，车辆安装了一个最大数字计数器。 （2）、催化净化器处于工作温度时的主运行方式 仅将燃油均匀喷射到火花塞附近，因此此时不需要额外加热催化净化器。 发动机在过量空气系数为1的状态下运行。 为避免燃油管路内形成蒸气气泡，即使发动机处于工作温度时，电动燃油泵也会开始运行。,发动机管理系统,4、2.0L T FSI发动机上燃油系统功能,在低压系统中采用电动燃油泵 给高压泵供应压力约为 6 bar的燃油 在高压系统中燃油压力 约为 50 -110 bar取决于负荷和转速 在 2,0 升 FSI T发动机上，燃油压力是由一个单活塞高压泵经燃油计量阀建立起来的， 然后再经燃油分配管输送到四个高压喷油阀上。 过压阀是用来保护高压部件的，该阀在 压力超过 120 bar时打开,发动机管理系统,5、单活塞高压泵,单活塞高压泵由凸轮轴以机械方式来驱动 电动燃油泵给高压泵预供油， 预供油压力约为 6 bar 高压泵产生燃油轨内所需要的压力 压力缓冲器会吸收高压系统内的压力波动,燃油泵驱动凸轮,凸轮轴,发动机管理系统,（1）压力建立,泵活塞向下运动 燃油以最高 6 bar 的压力经进油阀 进入泵腔。另外泵活塞向下运动也会吸入燃油。 泵活塞向上运动 燃油被压缩，于是通过油轨的压力就升高， 高压燃油就被输送到燃油分配管内。,发动机管理系统,（2）压力调节,燃油计量阀 该阀控制燃油轨内的燃油压力 如果该阀在供油升程结束前启动了，那么泵腔内的压力就会卸掉 燃油流向泵的吸油以侧 单向阀用于防止燃油分配管内的油轨压力卸掉,发动机管理系统,6、燃油分配管,燃油轨将已经调整好的燃油压力分配给各个喷油阀 高压腔的大小应这样设计它要能补偿轻微的压力波动 燃油分配管是以下装置的支架 喷油阀 燃油压力传感器 压力限制阀 高压储存器,发动机管理系统,7、高压燃油压力 传感器--G247,该传感器测量油轨内的燃油压力 油轨内的压力保持恒定对减少排放、降低噪音和提高功率有重要影响 燃油压力在一个调节回路中进行调节 ，传感器的测量误差小于 2,该传感器的核心就是一个钢膜，在钢膜上镀有应变电阻 一旦要测的压力经压力接口作用到钢膜的一侧时，由于钢膜弯曲，就引起应变电阻的电阻值发生变化。 传感器内有一套电子分析机构,发动机管理系统,G247燃油压力传感器的特性曲线,发动机控制单元给传感器供电，供电电压 5 V 压力升高时电阻降低， 于是信号电压升高,输出电压,发动机管理系统,8、高压喷油阀,,预磁化,电流,喷油针升程m,喷油时间,升压阶段,保持阶段,,,发动机管理系统,高压喷油阀波形,喷油阀电流,预励磁阶段,升压阶段,拾波阶段,保持阶段,发动机管理系统,高压喷油阀拆装注意事项,必须更换四氟乙烯密封圈 四氟乙烯密封圈在推到喷油阀上时涨大了 密封圈在推到喷油阀后必须收缩 第一道密封圈整形需使用专用工具 T 10133/7 第二道密封圈整形需使用专用工具 T 10133/8,发动机管理系统,发动机管理系统,打开高压系统,拔下活性炭罐插头 拔下燃油泵保险丝 起动发动机 注意显示区1的 01/08/106下的燃油压力 怠速 50 bar 当燃油压力在 6 - 8 bar时关闭发动机 否则会损害催化净化器 并打开高压系统 完成修理后要清除故障存储器,发动机管理系统,四、点火系统,J220,G70/G42,G28,G62,J338,G61,G79/G185,G39,独立点火线圈N70/N127/N291/N292,发动机管理系统,---废气涡轮增压器和歧管模块,五、排气系统,曲轴箱通风口,至散热器伙自辅助水泵的冷却液,活性碳罐接口,机油供给管路,涡轮增压器循环空气阀N249,自发动机缸体的冷却液管路,机油回流管路,,,,,,,,发动机管理系统,1、带有新型法兰固定 件的废气涡轮增压器,废气涡轮增压模块仅用五个螺栓固定在气缸盖上，易于安装。拆卸和安装时不必松开夹紧板。,夹紧板,分离凸缘,发动机管理系统,2、增压空气导管和增压压力调节,系统根据增压压力和进气压力通过节拍式工作的增压压力限压电磁阀N75产生控制压力。所产生的控制压力作用在通过连杆操纵废气风门的压力盒上。废气风门将一个旁通通道打开，以便使部分废气从涡轮旁进入排气装置内,涡轮增压器循环空气阀N249,,,,,,废气风门,增压压力限压电磁阀N75,压力盒,增压空气冷却器,发动机管理系统,滑行模式,负荷模式,进气自空气滤清器,滑行循环空气阀开启,滑行循环空气阀关闭,3、滑行循环空气电动控制（以前为气动）,为确保涡轮增压器在滑行模式下以及在换档过程之间不迅速减速，在此使用了一个电动涡轮增压器循环空气阀N249,,,,,发动机管理系统,4、氧传感器,计算信号由传感器电压和泵电流组成 电流强度根据混合气的成分按接近线形变化来升高 值的输出是通过跳跃式升高的电压曲线来实现的 测量范围为 1,宽频氧传感器,浓混合气,稀混合气,电流强度,跳跃式氧传感器,浓混合气,稀混合气,电压,发动机管理系统,1 、跳跃式氧传感器,核心件是一个陶瓷体 ，陶瓷体的两面都由涂层 能斯脱电偶 涂层起电极作用 涂层的一面于大气接触，另一面与尾气接触 由于氧含量的不同，在大气和尾气之间就会产生一个传感器电压,大气,传感器电压,废气,电极,发动机控制单元,,发动机管理系统,2 、宽频氧传感器,电压的产生与跳跃式 氧传感器式一样的 但电压值保持为恒定值 450mV 由泵单元（微型泵）来保证这个恒定值，该泵给电极靠近废气一侧供氧，以便达到这个电压恒定值 泵功率越大，泵电流也就越大。,废气,泵单元,泵电流,扩散通道,传感器电压,大气,测量范围,,发动机管理系统,宽频氧传感器的调节 泵单元的工作纯粹是一个物理过程 无机械元件 由于泵单元上加了正电压，所以负的氧离子就经过透氧的陶瓷被吸收过来了,宽频氧传感器,发动机管理系统,六、冷却系统,发动机管理系统,发动机运行,,,,,,,,,,,辅助水泵运行,散热器出口,发动机缸体接口,辅助水泵运行,接口 废气涡轮增压器,发动机运行,辅助水泵,散热器入口,带有冷却液继续运行泵的冷却系统,发动机管理系统,基于 自然进气2,0l FSI 发动机 灰铸铁缸体 钢制曲轴 新的平衡轴驱动方式 采用特殊形式的皮带轮 每缸四阀横流缸盖 新的曲轴箱通风系统 废气涡轮增压,,发动机机械部分,活塞 高耐热材料 活塞顶部已根据均匀燃烧 模式进行改进,1、曲柄连杆机构,灰铸缸体 缸筒采用喷液衍磨工艺加工,,曲轴 加大了主轴承和轴颈上的止推凸肩,连杆 连杆大头采用拉断工艺,发动机机械部分,2、平衡轴箱,驱动链轮,,非刚性连接的驱动链轮 将齿轮与用于提高平衡质量的 平衡质量块分开 机油泵齿轮宽度加大 机油压力调解阀，供油测控制 集成在壳体内 压铸壳体强度经过优化 平衡轴轴承位于壳体内,机油泵,吸油管路,平衡轴,平衡轴壳体,平衡轮,驱动齿轮,,,,,,,,,发动机机械部分,分体式驱动链轮,止推盘,轮毂,滑动轴承,弧形弹簧2件,链轮,摩擦盘,碟型弹簧,盖盘,,,,,,,,,发动机机械部分,链轮受力,发动机机械部分,1000,0,2000,3000,4000,7000,0,0,5,1,0,1,5,2,0,2,5,6000,发动机转速1/min,有分体轮,,,最大值,中等值,最小值,Kettenkraft kN,,,链轮受力,发动机机械部分,3、齿形带 驱动,发动机机械部分,CTC 齿形皮带轮 ---- 曲轴扭转消除,涡轮增压特有的高气门弹簧力 涡轮增压特有的配气相位以及连续式进气凸轮轴的调节范围42度曲轴转角 高压泵通过凸轮轴上凸轮驱动,发动机机械部分,,0,0,5,1,0,1,5,2,0,2,5,rpm,Schwingwinkel 2. Ordnung ,3,0,,曲轴,CTC,圆形,,CTC,圆形,,凸轮轴,,,,差距 CTC,2000,1000,3000,4000,5000,6000,7000,通过 CTC减小的旋转振动,发动机机械部分,,,无 CTC,0,0,5,1,0,1,5,2,0,2,5,最小,最大,Riemenkraft im Zugmoment kN,3,0,最小,最大,CTC,,,,,差距CTC,2000,1000,3000,4000,5000,6000,7000,,通过 CTC在皮带轮上减小的力,发动机机械部分,4、气缸盖,采用四气门技术，气门由辊子摇臂来操纵 通过齿形皮带 进气道由涡旋板分成上进气道和下进气道,梯形框架,排气凸轮轴,进气凸轮轴,涡旋板,发动机机械部分,F316_100,Antriebsaggregate,发动机机械部分,复合凸轮轴,凸轮是推到空心轴上并固定的 通过液压来加粗空心轴，于是凸轮就固定住了 优点 抗弯刚度提高了一倍， 但重量减轻1.4 kg,凸轮,间隙,空心轴,发动机机械部分,凸轮轴正时调节,进气凸轮轴的前端装有霍尔传感器靶轮，而后端装有高压泵驱动装置,双凸轮,发动机机械部分,,,,,,,,,,,,,,,,凸轮轴调节阀,输入信号计算调整的角度,,J220,G70/G42,G28,G62,G40,N205,发动机机械部分,凸轮轴正时调节,内转子 与凸轮轴刚性联在一起 外转子 与链轮刚性联在一起。 差动销 用于机械锁止,,,,内转子,外转子,压力腔,差动销,发动机机械部分,,滞后调节,单向阀,油道（B）,发动机机械部分,提前调节,单向阀,油道（A）,发动机机械部分,霍尔传感器 G40,Antriebsaggregate,发动机机械部分,Antriebsaggregate,发动机机械部分,Antriebsaggregate,5、气门和气门弹簧,2.0L 4V FSI,2.0L T 4V FSI,发动机机械部分,6、真空泵,Antriebsaggregate,发动机机械部分,7、曲轴箱通风,曲轴箱和气缸盖通过一个独立的通风装置确保曲轴箱内不断产生真空。,发动机机械部分,曲轴箱通风,发动机机械部分,Pause,
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