汽车发动机管理系统课件第2章 燃油直喷汽油发动机管理系统

FSI技术燃油直喷汽油发动机管理系统●发动机工况---即发动机工作状况。一般用它的功率与转速来表示，也可以用转速和节气门开度表示。节气门全开时功率就达到这一转速下的最大值。●发动机的工况有多个，但根据汽车运行特点可将其分为：起动；怠速；中等负荷；全负荷和加速等五种基本工况。●发动机各工况对混合汽浓度的要求(化油器式和大部分进气道喷射汽油机)：2.1燃油直喷汽油发动机概述●起动：λ=0.2～0.6(非常浓的混合气)(A/F=2.9～8.8)●怠速：λ=0.6～0.8(较浓的混合气)(A/F=8.8～11.8)●中等负荷：λ=0.9～1.11（经济混合气）(A/F=13.2～16.3)●全负荷：λ=0.8～0.9（功率混合气）(A/F=11.8～13.2)●加速：额外供给一部分油。●燃烧上限：λ=0.4(A/F=5.9)●燃烧下限：λ=1.4(A/F=20.6)●传统的汽油机（包括化油器式和大部分进气道喷射汽油机），一般在空燃比A/F=12.6～17(λ=0.86～1.16)范围内工作,其混合气是均质的。●所谓稀薄燃烧汽油机是一个范围内很广的概念，只要A/F>17（λ>1.16)就可以称为稀薄燃烧汽油机。缸内直喷式汽油机，可在A/F=25～50（λ=1.7～3.4）范围内稳定工作。为什么采用汽油直喷技术？●在稀薄燃烧时，通过进一步打开节气门，减少进气截流损失；●在稀薄燃烧和均质稀薄燃烧时,混合气消耗少；从而减少燃料消耗,直喷发动机节省燃料15%左右。●在稀薄燃烧时，热效率高,因为燃烧只发生在火花塞附近。●燃油喷射在压缩冲程快结束时出现.发动机在尽量低的稳定转速下运行,最低的四缸可达到400R/min。●低的废气排放，能够满足高的排放标准。直喷发动机的三种工作模式：分层充气模式均质稀混合气模式均质混合气模式2.2燃油直喷汽油发动机进气系统2.0lFSI发动机分层充气模式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50－100bar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，同时，燃油喷入降低进气的温度，降低了爆震的可能性，可以提高压缩比。注：★只有混合好的气雾被点火燃烧。★混合好的气雾周围的气体起隔离作用。其结果是：缸壁热损耗小热效率提高了★点火时刻范围窄混合形成区分层充气模式混合气形成：混合气形成只发生在活塞到达上止点的40～50°曲轴角之间。如果曲轴角小于这个范围无法点燃混合气如果曲轴角大于这个范围混合气就变成均质充气了。空气/燃油比=1.6～3(A/F=23.5～44).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℃NOX存储式催化净化器温度必须在250℃

～500℃之间进气翻板关闭节气门不能全部打开，由于活性炭罐，必须保持较低的背压发动机产生的扭矩只通过喷油量来调节，这里进气量和点火角度对于扭矩只有较小的影响进气和分层充气模式一样节气门打开进气翻板关闭均匀稀薄模式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°曲轴转角。空燃比大约为=1,55---(A/F=22.8).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均匀稀薄模式燃烧在整个气缸内均匀燃烧点火正时可以自由确定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均质混合气模式均质混合气模式喷油、混合气形成和燃烧过程与均匀稀薄模式一样。空燃比=1

“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3750转／分或发动机负荷低于40%

时，进气歧管翻板是关闭的（由特性曲线决定）。下部进气道被封闭，于是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行程。２．进气歧管翻板打开时的均匀燃烧：在发动机转速高于3750转／分或发动机负荷高于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。同时这个过程双级进气管切换到功率工况（短进气管），燃油喷射发生在进气行程中。FSI工作模式综述（大众技术）工作模式分层充气均匀稀薄均匀功率、转速范围中等较高满载λ值1.6-3大约1.51进气翻板关闭下通道关闭下通道最高转速和载荷时打开中等转速和载荷时关闭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被点燃，外层空气作为绝热层减少热量损失，提高热效率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FSI工作模式综述（奥迪技术）工作模式分层充气均匀稀薄均匀功率、转速范围怠速、中速较高满载λ值1.6-3大约1.51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被点燃，外层空气作为绝热层减少热量损失，提高热效率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

2.0lFSI简图新式的燃油直喷汽油发动机由一个可按需要调节的燃油泵来供油。开发这种按需要来调节的装置就是为了降低燃油泵所消耗的电能，从而可节省燃油。燃油泵只供应发动机所需要的燃油量，这个燃油量是根据规定的系统压力得出的。这个过程由发动机控制单元（ECU）和一个电子功率控制装置来完成，这个电子功率控制装置通过脉冲宽度调制来调节燃油泵的转速。2.3燃油直喷汽油发动机燃油供给系统燃油供给功率电子带有压力限制阀的汽油滤清器

G410高压泵喷油嘴G247

带传感器的汽油泵油轨50-110bar

0,25-6barN276在低压系统内，燃油借助于电子燃油泵以大约6bar的压力输入至高压泵中在高压系统中，燃油以40-110bar的压力流动（与发动机功率和转速相关）在2.0lFSI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120bar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2.0lFSI功能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6bar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油量调节阀N290压力衰减器凸轮燃油泵驱动凸轮单活塞高压泵泵活塞向下行程燃油以1至6bar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。进流电磁阀止回阀泵活塞建立压力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止回电磁阀压力调节燃油量调节阀泵空间高压接口燃油输送高压活塞压力衰减器线圈电磁针阀转子燃油量调节电磁阀N290燃油量调节电磁阀出于安全考虑，不通电时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燃油量调节阀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燃油压力传感器壳体插头传感器元件（阻尼元件）ASIC压力接口隔离块导板接触刷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发动机控制单元为传感器提供工作电压：5Volt压力升高，电阻值下降，信号电压升高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140bar和压力相关的信号电压任务：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/min20msFSI分层充气模式 6000U/min5ms

电磁阀的调节基于压差，燃油直接喷射进入燃烧室高压喷射电磁阀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高压喷射电磁阀3,2lFSI发动机燃油系统蓄电池燃油滤清器燃油箱高压泵2.1压力限制阀回流管压力限制阀车辆发动机发动机控制单元车门接触(司机侧)燃油低压传感器G410舒适控制单元保险丝屏蔽的分配管喷油阀供油单元燃油压力传感器G247分配管车门控制单元驻车加热CAN电缆30燃油泵控制单元J538压力限制阀:低压:高压活塞密封高压泵EngineM供油泵燃油箱G247高压喷油阀N290压力缓冲器G410燃油系统

低压入口喷油阀高压泵驱动机构G410高压燃油泵压力限制阀高压传感器G247N290燃油系统—高压管路ONOFF去往油轨来自燃油箱燃油压力低压传感器G410压力缓冲器燃油计量阀N290(不通电时是打开的)低压进油阀高压阀燃油系统—高压泵燃油计量阀N290调节燃油系统中高压部分的燃油压力，出于安全考虑，该阀在不通电时是打开的。给线圈加电后会产生一个磁场，于是阀针就被拉回。油轨内达到要求的燃油量和燃油压力时(G247),这个激励过程后就停止了。磁场消失，阀针压到阀上，多余的燃油被引回到低压回路中。燃油计量阀N290吸油行程凸轮的形状和活塞弹簧力使得泵活塞向下运动。由于泵内容积增大以及预工作压力的作用，燃油就跟着流入。这时低压阀被保持在打开状态。N290未通电。高压阀来自油箱

N290通向油轨的高压接口低压进油阀燃油系统—高压泵工作行程凸轮将泵活塞向上推。这时还不能建立起压力，因为N290未通电。这可防止低压阀关闭。燃油就被送回到低压系统内和高压泵的压力缓冲腔内。

燃油系统—高压泵压缩行程发动机控制单元给N290通电。衔铁被拉紧。泵内压力将低压进油阀压入其座内。如果泵内压力超过油轨内压力，那么止回阀被冲开，油轨开始得到燃油供应。燃油系统—高压泵燃油系统--燃油压力传感器

G247压力接头传感器元件(应变电阻)印刷电路板壳体间隔块集成的开关电路接触刷作用有压力球阀弹簧过滤器预供油压力(低压)油轨压力(高压)燃油系统--压力限制阀衔铁自由行程燃油系统--喷油阀2.0lFSI的排气系统简图分层充气模式Lambda探针三元催化反应器发动机控制单元CAN总线Lambda探针温度传感器NOx传感器NOx存储催化转化器NOx控制单元2.4燃油直喷汽油发动机排放控制系统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Lambda传感器－跳变电压的产生如同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Lambda传感器－带宽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℃尾气温度传感器隔离层承载材料铂薄涂层连接衬垫Al2O3底层吸附壳体尾气温度传感器的其他任务：前催化器的热诊断尾气系统元件的保护尾气温度传感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，将启动再生模式氮氧化物存储催化转化器NOx传感器NOx存储催化转化器温度传感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