缸內(nèi)直噴FSI課件

2/2/20231。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(yùn)用到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的廠商。不過(guò)當(dāng)時(shí)的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)不但造價(jià)昂貴，而且還有不少使用上的問(wèn)題，因此難以大規(guī)模推廣。首先由于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒壓力增大，排氣溫度高，對(duì)缸體結(jié)構(gòu)和耐熱材料要求更高。2/2/20232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(guò)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(lái)，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(tái)引擎上可以找到原因。2/2/20233汽油機(jī)對(duì)油門的控制是通過(guò)“節(jié)氣門”控制進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量，從而控制發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出的。由于這個(gè)“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(dòng)機(jī)始終不能吸飽氧氣，同時(shí)還因?yàn)槲鼩庾枇Χ牧艘徊糠止β?。增壓首先的好處就是解決了自然吸氣發(fā)動(dòng)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(dòng)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(shuō)的。反過(guò)來(lái)說(shuō)，就是可以用更小排量，更輕的發(fā)動(dòng)機(jī)代替以往更大排量發(fā)動(dòng)機(jī)才能做到的工作，由于更小的發(fā)動(dòng)機(jī)各種摩擦面積小，重量輕，本身運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)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。2/2/202342/2/202352/2/20236機(jī)械增壓最大的缺點(diǎn)就是會(huì)消耗發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的功率。目前大多數(shù)機(jī)械增壓會(huì)消耗掉發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)的功率大概在30%-50%之間，因此，機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速往往不能過(guò)高，需要平衡增壓器帶來(lái)的負(fù)面影響。2/2/20237相關(guān)知識(shí)關(guān)于增壓值在描述機(jī)械增壓的時(shí)候，網(wǎng)友經(jīng)常能看到增壓值這個(gè)指標(biāo)。這是衡量一個(gè)增壓器作用最重要的指標(biāo)，一般用bar來(lái)表示。我們沒(méi)有必要太精確地了解這個(gè)單位，只需知道1bar大致等同于1個(gè)大氣壓，也就是說(shuō)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(gè)1bar并不是一個(gè)絕對(duì)數(shù)，而是相對(duì)的。如果去到高海拔地區(qū)，增壓的效果肯定就沒(méi)有1bar了。改裝車上一般都會(huì)加上這個(gè)壓力表

2/2/20238TSI渦輪增壓發(fā)動(dòng)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(gè)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(dòng)機(jī)動(dòng)力，增加進(jìn)氣效率提高動(dòng)力。缺點(diǎn)是通常要發(fā)動(dòng)機(jī)超過(guò)2000轉(zhuǎn)后才介入，起步加速時(shí)增壓效應(yīng)不會(huì)及時(shí)顯現(xiàn)。渦輪的慣性讓加速還有一個(gè)響應(yīng)時(shí)間的延遲。

機(jī)械增壓優(yōu)點(diǎn)是發(fā)動(dòng)起啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)就開始介入，起步加速有力，沒(méi)有渦輪的工作延遲，即時(shí)響應(yīng)。缺點(diǎn)是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出來(lái)讓增壓器工作，消耗部分發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力。兩者的結(jié)合，改善了起步加速，也具有充足的后勁，相對(duì)來(lái)說(shuō)動(dòng)力損耗減低到最小。

TSI發(fā)動(dòng)機(jī)是目前最為先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。它在不增加油耗的前提下，將動(dòng)力輸出提高到最大。與DSG配合，動(dòng)力輸出均勻、順暢、強(qiáng)勁。2/2/202392/2/202310TSI渦輪增壓直噴汽油發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)，是大眾汽車緊湊概念發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)效率，不僅為車輛提供出眾的動(dòng)力性能，還為使用者帶來(lái)更佳的燃油經(jīng)濟(jì)性。與傳統(tǒng)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，它體積更小、質(zhì)量更輕，卻擁有更出色的動(dòng)力輸出及更為清潔的排放。2/2/202311FSI燃油分層噴射發(fā)動(dòng)機(jī)

TFSI渦輪增壓燃油分層噴射發(fā)動(dòng)機(jī)

TSI渦輪機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)

TDI柴油渦輪直噴發(fā)動(dòng)機(jī)

2/2/2023122/2/2023132/2/2023142/2/2023151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2/2/2023162/2/202317‘2/2/2023182/2/2023192/2/2023202/2/2023212/2/202322高壓燃油泵是燃油加壓的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，1.4TSI同時(shí)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(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(lái)驅(qū)動(dòng)。2/2/202323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)100bar，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(guò)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。2/2/202324首先，發(fā)動(dòng)機(jī)在吸氣行程活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，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(diǎn)時(shí)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(duì)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(shí)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(dòng)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2/2/202325發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片和葉輪葉片采用了小尺寸設(shè)計(jì)，其直徑分別僅有37mm和41mm，這樣渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，廢氣更容易帶動(dòng)渦輪做高速旋轉(zhuǎn)，因此其在最佳工作狀態(tài)時(shí)需要的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也就更低，有效的達(dá)到緩解渦輪遲滯的效果。2/2/202326通過(guò)上面對(duì)扭矩輸出“平臺(tái)效應(yīng)”的原理介紹我們能想到，其實(shí)主要是因?yàn)樾箟洪y壓力單元有一個(gè)固定的壓力值限制，才會(huì)將原本山峰形狀的輸出曲線“削”出了一個(gè)平頂。要說(shuō)其更大的潛力確實(shí)存在，因?yàn)榇蟊娫诤Ｍ獠捎妙愃聘左w結(jié)構(gòu)的雙增壓發(fā)動(dòng)機(jī)還有100kw以上功率的版本。不過(guò)這個(gè)壓力值限制是廠家經(jīng)過(guò)縝密的計(jì)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）2/2/2023272/2/2023282/2/2023292/2/2023302/2/2023312/2/202332（實(shí)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）2/2/2023332/2/202334這套冷卻液循環(huán)泵會(huì)在不同發(fā)動(dòng)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(huì)被開啟：1、每次發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后的短時(shí)間內(nèi)2、輸出扭矩持續(xù)在100Nm以上的時(shí)候3、進(jìn)氣歧管內(nèi)增壓空氣溫度持續(xù)超過(guò)50°C4、兩個(gè)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8°C5、發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)后，根據(jù)邁普?qǐng)D*決定從0至480s之間的工作時(shí)間，避免渦輪增壓器過(guò)熱而產(chǎn)生故障（*邁普?qǐng)D存于電腦程序中，是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣溫度、壓力和其他工況來(lái)確定循環(huán)泵工作延時(shí)的一個(gè)三維函數(shù)）2/2/2023352/2/202336在這款發(fā)動(dòng)機(jī)上，空氣在通過(guò)渦輪增壓器的增壓后，將會(huì)經(jīng)過(guò)兩套傳感器的檢測(cè)才能進(jìn)入發(fā)動(dòng)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(guò)行車電腦分析來(lái)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。2/2/2023371凸輪軸Camshaft2靜音正時(shí)鏈條LowNoiseTimingChain3機(jī)油泵鏈條ChainOfOilPump2/2/202338可變氣門升程技術(shù)可以在發(fā)動(dòng)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(shí)馬力強(qiáng)勁。低轉(zhuǎn)速時(shí)系統(tǒng)使用較小的氣門升程，這樣有利于增加缸內(nèi)紊流提高燃燒速度，增加發(fā)動(dòng)機(jī)低速輸出扭矩，而高轉(zhuǎn)速時(shí)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(shí)的功率輸出。2/2/202339寶馬的Valvetronic技術(shù)同樣是依靠改變搖臂結(jié)構(gòu)來(lái)控制氣門升程的，同樣可以實(shí)現(xiàn)氣門升程無(wú)級(jí)可調(diào)，只是連桿搖臂的設(shè)計(jì)思路截然不同。

2/2/2023402/2/2023412/2/2023422/2/2023431.4TSI“VVT系統(tǒng)”的核心元件：1.4TSI可變氣門正時(shí)系統(tǒng)主要由ECU（電子控制單元）、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(hào)2/2/202344通過(guò)雙油道機(jī)油壓力差值驅(qū)動(dòng)葉片，帶動(dòng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)改變進(jìn)氣相位，是1.4TSI正時(shí)可變核心所在

電磁閥則根據(jù)ECU的指令，通過(guò)改變機(jī)油液壓實(shí)現(xiàn)對(duì)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(hào)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(guò)雙油道機(jī)油壓力差值驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)器中的葉片，帶動(dòng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)改變進(jìn)氣相位實(shí)現(xiàn)氣門正時(shí)的“提前”或者“滯后”，從而實(shí)現(xiàn)氣門正時(shí)的連續(xù)可變。而1.4TSI的正時(shí)相位調(diào)節(jié)范圍可達(dá)20°凸輪軸角或40°曲軸角，為大眾該款核心動(dòng)力在減少排放和燃油消耗，以及改善動(dòng)力性能表現(xiàn)上提供了積極的“可變”保障。2/2/2023451．4TSI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(shí)齒輪固定，實(shí)現(xiàn)曲軸通過(guò)鏈條傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(guò)帶動(dòng)凸輪軸與殼體產(chǎn)生相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)位移，來(lái)實(shí)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(shí)現(xiàn)進(jìn)氣相位的固定，防止凸輪軸復(fù)位。2/2/2023462/2/2023472/2/2023482/2/202349我們?cè)賮?lái)了解一下TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的分層燃燒技術(shù)具體工作原理。首先，發(fā)動(dòng)機(jī)在吸氣行程活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，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(diǎn)時(shí)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(duì)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(shí)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(dòng)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2/2/202350進(jìn)排氣門驅(qū)動(dòng)裝置“滾子搖臂”

2/2/202351裝配式凸輪軸制造工藝將1.4TSI凸輪軸的凸輪與主軸頸實(shí)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(shí)，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