缸內(nèi)直噴FSI課件

1、2022-4-3012022-4-302。1977年，瑞典的薩博公司生產(chǎn)出第一款薩博93，是第一家將渦輪增壓運用到汽車發(fā)動機(jī)上的廠商。不過當(dāng)時的增壓發(fā)動機(jī)不但造價昂貴，而且還有不少使用上的問題，因此難以大規(guī)模推廣。首先由于發(fā)動機(jī)燃燒壓力增大，排氣溫度高，對缸體結(jié)構(gòu)和耐熱材料要求更高。2022-4-303以薩博9-5為例，這款2.3t引擎馬力高達(dá)260匹，升功率超過100，與3.5l自然吸氣引擎相當(dāng)，但它的潛力一旦發(fā)揮出來，甚至可以與4.2升v8轎車相抗衡。薩博被認(rèn)為“渦輪專家”，從這臺引擎上可以找到原因。 2022-4-304汽油機(jī)對油門的控制是通過“節(jié)氣門”控制進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣量，從而控制發(fā)

2、動機(jī)功率輸出的。由于這個“節(jié)氣門”增加了進(jìn)氣阻力而且產(chǎn)生了負(fù)壓，讓發(fā)動機(jī)始終不能吸飽氧氣，同時還因為吸氣阻力而消耗了一部分功率。增壓首先的好處就是解決了自然吸氣發(fā)動機(jī)本身固有的缺陷永遠(yuǎn)吃不飽。因此，在相同的排量下，增壓發(fā)動機(jī)能夠發(fā)出更大的功率，滿足更多的需要。這是從功率輸出的角度上說的。反過來說，就是可以用更小排量，更輕的發(fā)動機(jī)代替以往更大排量發(fā)動機(jī)才能做到的工作，由于更小的發(fā)動機(jī)各種摩擦面積小，重量輕，本身運轉(zhuǎn)起來消耗的能量自然就少，效率也就提高了，完全順應(yīng)了當(dāng)下節(jié)能環(huán)保的潮流。 2022-4-3052022-4-3062022-4-307機(jī)械增壓最大的缺點就是會消耗發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的功率。目前大

3、多數(shù)機(jī)械增壓會消耗掉發(fā)動機(jī)輸出功率的7%，并且隨著轉(zhuǎn)速的上升急劇增加。而提升發(fā)動機(jī)的功率大概在30%-50%之間，因此，機(jī)械增壓發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速往往不能過高，需要平衡增壓器帶來的負(fù)面影響。 2022-4-308相關(guān)知識 關(guān)于增壓值在描述機(jī)械增壓的時候，網(wǎng)友經(jīng)常能看到增壓值這個指標(biāo)。這是衡量一個增壓器作用最重要的指標(biāo)，一般用bar來表示。我們沒有必要太精確地了解這個單位，只需知道1bar大致等同于1個大氣壓，也就是說如果增壓器的增壓值是1bar，也就是給空氣額外增加了一倍的壓力。值得注意的是，這個1bar并不是一個絕對數(shù)，而是相對的。如果去到高海拔地區(qū)，增壓的效果肯定就沒有1bar了。改裝車上一般都

4、會加上這個壓力表 2022-4-309TSI渦輪增壓發(fā)動機(jī) TSI是Turbo-charging（渦輪增壓）、Super-charging（機(jī)械增壓）和Injection（燃油直噴）三個關(guān)鍵特色的首字母縮寫。 渦輪增壓的特性是利用排放的廢氣，裝置本身基本不消耗發(fā)動機(jī)動力，增加進(jìn)氣效率提高動力。缺點是通常要發(fā)動機(jī)超過2000轉(zhuǎn)后才介入，起步加速時增壓效應(yīng)不會及時顯現(xiàn)。渦輪的慣性讓加速還有一個響應(yīng)時間的延遲。 機(jī)械增壓優(yōu)點是發(fā)動起啟動運轉(zhuǎn)就開始介入，起步加速有力，沒有渦輪的工作延遲，即時響應(yīng)。缺點是通過發(fā)動機(jī)的動力輸出來讓增壓器工作，消耗部分發(fā)動機(jī)動力。兩者的結(jié)合，改善了起步加速，也具有充足的后勁

5、，相對來說動力損耗減低到最小。 TSI發(fā)動機(jī)是目前最為先進(jìn)的發(fā)動機(jī)技術(shù)。它在不增加油耗的前提下，將動力輸出提高到最大。與DSG配合，動力輸出均勻、順暢、強(qiáng)勁。 2022-4-30102022-4-3011 TSI渦輪增壓直噴汽油發(fā)動機(jī)是一款技術(shù)領(lǐng)先、性能優(yōu)越、節(jié)能環(huán)保的發(fā)動機(jī)，是大眾汽車緊湊概 念發(fā)動機(jī)系列產(chǎn)品的成功延續(xù)。它采用先進(jìn)的渦輪增壓和缸內(nèi)直噴技術(shù)，顯著地提高了發(fā)動機(jī)效率， 不僅為車輛提供出眾的動力性能，還為使用者帶來更佳的燃油經(jīng)濟(jì)性。與傳統(tǒng)汽油發(fā)動機(jī)相比，它體 積更小、質(zhì)量更輕，卻擁有更出色的動力輸出及更為清潔的排放。2022-4-3012 FSI 燃油分層噴射發(fā)動機(jī)燃油分層噴射發(fā)動

6、機(jī) TFSI 渦輪增壓燃油分層噴射發(fā)動機(jī)渦輪增壓燃油分層噴射發(fā)動機(jī) TSI渦輪機(jī)械增壓發(fā)動機(jī)渦輪機(jī)械增壓發(fā)動機(jī) TDI 柴油渦輪直噴發(fā)動機(jī)柴油渦輪直噴發(fā)動機(jī) 2022-4-30132022-4-30142022-4-30152022-4-30161 凸輪軸2 靜音鏈條3 進(jìn)氣門4 噴油器 5 活塞6 燃燒室7 連桿8 曲軸9 氣缸體2022-4-30172022-4-30182022-4-30192022-4-30202022-4-30212022-4-30222022-4-3023高壓燃油泵是燃油加壓的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，1.4TSI同時配備高壓燃油系統(tǒng)和低壓燃油系統(tǒng)，低壓為4bar，在低壓油泵將燃油

7、送到高壓油泵之后，高壓油泵可以將汽油加壓到100bar的壓力（這是普通汽油泵壓力的數(shù)十倍），并將其送入油軌。TSI的高壓燃油泵是一個結(jié)構(gòu)簡單的單柱塞泵，用螺栓傾斜的安裝在凸輪軸蓋上，靠進(jìn)氣凸輪軸上的四方凸輪來驅(qū)動。 2022-4-3024將燃料直接噴入燃燒室，噴嘴工作控制精度為0.01毫秒，噴油壓力最高達(dá)100 bar，而進(jìn)氣歧管噴射方式的噴射壓力一般只有3bar。六孔燃油噴嘴進(jìn)過優(yōu)化之后具有更合理的三維噴霧分布，有效改善噴油效果，提高燃燒效率。2022-4-3025首先，發(fā)動機(jī)在吸氣行程活塞到達(dá)下止點時，ECU控制噴油嘴先進(jìn)行一次小量的噴油，使氣缸內(nèi)形成稀薄混合氣，而在活塞壓縮到上止點時再進(jìn)

8、行第二次噴油，利用活塞頂?shù)奶厥饨Y(jié)構(gòu)讓火花塞附近出現(xiàn)混合氣相對濃度較高的區(qū)域，然后利用這部分較濃的混合氣引燃汽缸內(nèi)的稀薄混合氣，從而實現(xiàn)氣缸內(nèi)的稀薄燃燒，這就可以用更少的燃油達(dá)到同樣的燃燒效果，使得發(fā)動機(jī)的油耗更低。 第一次噴射先充分混合 第二次噴射形成混合氣較濃的區(qū)域 2022-4-3026發(fā)動機(jī)的渦輪葉片和葉輪葉片采用了小尺寸設(shè)計，其直徑分別僅有37mm和41mm，這樣渦輪的轉(zhuǎn)動慣量很小，廢氣更容易帶動渦輪做高速旋轉(zhuǎn)，因此其在最佳工作狀態(tài)時需要的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速也就更低，有效的達(dá)到緩解渦輪遲滯的效果。 2022-4-3027通過上面對扭矩輸出“平臺效應(yīng)”的原理介紹我們能想到，其實主要是因為泄壓閥壓

9、力單元有一個固定的壓力值限制，才會將原本山峰形狀的輸出曲線“削”出了一個平頂。要說其更大的潛力確實存在，因為大眾在海外采用類似缸體結(jié)構(gòu)的雙增壓發(fā)動機(jī)還有100kw以上功率的版本。不過這個壓力值限制是廠家經(jīng)過縝密的計算和平衡后給出的最佳值，它考慮到了渦輪、汽缸等零件的壽命 旁通閥（左，即泄壓閥）和控制其開合的增壓壓力限制閥（右）2022-4-30282022-4-30292022-4-30302022-4-30312022-4-30322022-4-3033（實線為增壓空氣，虛線為冷卻液；紅色代表較高溫度，藍(lán)色代表較低溫度） 2022-4-30342022-4-3035這套冷卻液循環(huán)泵會在不同發(fā)

10、動機(jī)工況下，由行車電腦控制進(jìn)行智能的工作，它在下面幾種情況下會被開啟：1、每次發(fā)動機(jī)啟動后的短時間內(nèi)2、輸出扭矩持續(xù)在100Nm以上的時候3、進(jìn)氣歧管內(nèi)增壓空氣溫度持續(xù)超過50C4、兩個增壓空氣溫度傳感器（分別位于進(jìn)氣歧管的冷卻器前后）之間的溫差小于 8C5、發(fā)動機(jī)每工作120s，其工作10s，避免渦輪增壓器產(chǎn)生熱量積聚6、關(guān)閉發(fā)動機(jī)后，根據(jù)邁普圖*決定從0至480s之間的工作時間，避免渦輪增壓器過熱而產(chǎn)生故障（*邁普圖存于電腦程序中，是根據(jù)發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣溫度、壓力和其他工況來確定循環(huán)泵工作延時的一個三維函數(shù)）2022-4-30362022-4-3037在這款發(fā)動機(jī)上，空氣在通過渦輪增壓器的增壓

11、后，將會經(jīng)過兩套傳感器的檢測才能進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)，他們分別是位于冷卻器前的增壓壓力傳感器/進(jìn)氣溫度傳感器，和位于冷卻器后的進(jìn)氣壓力傳感器/進(jìn)氣溫度傳感器。這兩套傳感器能夠精確的感知增壓空氣在冷卻前后的狀態(tài)，進(jìn)而通過行車電腦分析來調(diào)節(jié)位于渦輪增壓器上的閥體開度，精確的控制所需要的進(jìn)氣量。2022-4-30381 凸輪軸 Camshaft2 靜音正時鏈條 Low Noise Timing Chain3 機(jī)油泵鏈條 Chain Of Oil Pump2022-4-3039可變氣門升程技術(shù)可以在發(fā)動機(jī)不同轉(zhuǎn)速下匹配合適的氣門升程，使得低轉(zhuǎn)速下扭矩充沛，而高轉(zhuǎn)速時馬力強(qiáng)勁。低轉(zhuǎn)速時系統(tǒng)使用較小的氣門升程

12、，這樣有利于增加缸內(nèi)紊流提高燃燒速度，增加發(fā)動機(jī)低速輸出扭矩，而高轉(zhuǎn)速時使用較大的氣門升程則可以顯著提高進(jìn)氣量，進(jìn)而提升高轉(zhuǎn)速時的功率輸出。 2022-4-3040寶馬的寶馬的Valvetronic技術(shù)同樣是依靠改變搖臂結(jié)構(gòu)來控制氣門升程的，同樣可以實現(xiàn)氣門升程無級可調(diào)，只是連桿搖臂的設(shè)計思路截然不同。技術(shù)同樣是依靠改變搖臂結(jié)構(gòu)來控制氣門升程的，同樣可以實現(xiàn)氣門升程無級可調(diào)，只是連桿搖臂的設(shè)計思路截然不同。 2022-4-30412022-4-30422022-4-30432022-4-30441.4TSI“VVT系統(tǒng)系統(tǒng)”的核心元件：的核心元件： 1.4TSI可變氣門正時系統(tǒng)主要由ECU（電

13、子控制單元）、葉片槽式調(diào)節(jié)器、凸輪軸調(diào)整電磁閥以及傳感器等部分組成。 凸輪軸調(diào)整電磁閥 凸輪軸位置傳感器負(fù)責(zé)傳輸凸輪軸相位信號2022-4-3045通過雙油道機(jī)油壓力差值驅(qū)動葉片，帶動凸輪軸旋轉(zhuǎn)改變進(jìn)氣相位，是1.4TSI正時可變核心所在 電磁閥則根據(jù)ECU的指令，通過改變機(jī)油液壓實現(xiàn)對于內(nèi)部機(jī)油槽閥位置的控制，把提前、滯后、保持不變等壓力信號指令，轉(zhuǎn)化為輸送至葉片槽式調(diào)節(jié)器中不同油道上的機(jī)油壓力，通過雙油道機(jī)油壓力差值驅(qū)動調(diào)節(jié)器中的葉片，帶動凸輪軸旋轉(zhuǎn)改變進(jìn)氣相位實現(xiàn)氣門正時的“提前”或者“滯后”，從而實現(xiàn)氣門正時的連續(xù)可變。而1.4TSI的正時相位調(diào)節(jié)范圍可達(dá)20凸輪軸角或40曲軸角，為大

14、眾該款核心動力在減少排放和燃油消耗，以及改善動力性能表現(xiàn)上提供了積極的“可變”保障。2022-4-3046 14TSI具有的VVT葉片槽式調(diào)節(jié)器由外殼體、內(nèi)部葉片轉(zhuǎn)子以及位于葉片轉(zhuǎn)子內(nèi)部的鎖銷組成。其中，外殼體與外部的正時齒輪固定，實現(xiàn)曲軸通過鏈條傳動驅(qū)動進(jìn)氣凸輪軸的功用；而位于殼體內(nèi)部的葉片則直接與進(jìn)氣門凸輪軸固定，并與之一同旋轉(zhuǎn)，通過帶動凸輪軸與殼體產(chǎn)生相對的轉(zhuǎn)動位移，來實現(xiàn)凸輪軸的進(jìn)氣相位改變；而鎖銷的主要功用，則用于外殼與葉片的連接，實現(xiàn)進(jìn)氣相位的固定，防止凸輪軸復(fù)位。 2022-4-30472022-4-30482022-4-30492022-4-3050 我們再來了解一下TSI發(fā)動

15、機(jī)的分層燃燒技術(shù)具體工作原理。首先，發(fā)動機(jī)在吸氣行程活塞到達(dá)下止點時，ECU控制噴油嘴先進(jìn)行一次小量的噴油，使氣缸內(nèi)形成稀薄混合氣，而在活塞壓縮到上止點時再進(jìn)行第二次噴油，利用活塞頂?shù)奶厥饨Y(jié)構(gòu)讓火花塞附近出現(xiàn)混合氣相對濃度較高的區(qū)域，然后利用這部分較濃的混合氣引燃汽缸內(nèi)的稀薄混合氣，從而實現(xiàn)氣缸內(nèi)的稀薄燃燒，這就可以用更少的燃油達(dá)到同樣的燃燒效果，使得發(fā)動機(jī)的油耗更低。 第一次噴射先充分混合；第二次噴射形成混合氣較濃的區(qū)域2022-4-3051進(jìn)排進(jìn)排氣門氣門驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置“滾子搖臂滾子搖臂” 2022-4-3052裝配式裝配式凸輪軸凸輪軸制造工藝制造工藝將1.4TSI凸輪軸的凸輪與主軸頸實現(xiàn)了分離加工，其中，加工完成的凸輪內(nèi)壁具有攻絲后的螺紋，而鋼管外壁則具有花鍵預(yù)裝，裝配時，采用“外凸輪加熱，內(nèi)主軸頸冷卻”的熱套法完成，恢復(fù)常溫后，依靠匹配的螺