论文大众tsi发动机技术

1、山东胜利职业学院毕业论文 毕 业 论 文论 文 题 目：大众TSI发动机技术 姓 名： 刘海宁 班 级： 09 汽车检测与维修技术 学 号： 16 指 导 教 师： 刘青云 二O一二 年 五 月 目录摘 要引 言第一章 大众TSI系统的基本结构和原理1.1 废气涡轮增压器1.1.1 结构简介1.1.2 基本工作原理1.2 机械增压器1.2.1  结构简介1.2.2基本工作原理1.2.3机械增压和涡轮增压的工作方式1.3 中间冷却器1.3.1结构简介1.3.2进气中冷的原因1.4 燃油分层燃烧（FSI）1.4.1FSI的基本组成1.4.2FSI汽油机的燃烧模式第二章 传统汽油机电喷系统

2、2.1传统电喷系统的组成和工作原理2.2TSI与传统电喷系统的比较第三章 国产TSI与国外TSI同级、同类车型的对比3.1 国产TSI与国外TSI发动机对比3.2 与大众GDI比较3.3 与 丰田GDI系统对比3.4 与奔驰CGI系统对比第四章 大众TSI发动机故障简析结 论参考文献致 谢 大众TSI发动机技术 摘 要 本论文共分为四章，从大众TSI系统的基本结构和原理、传统汽油机电喷系统、国产大众TSI与国外对比、TSI系统常见故障检修及保养等方面进行了比较详细的阐述，并结合相关的图像加以说明，注重理论分析性，突出了大众TSI燃料供给系统的优缺点，为汽车发动机TSI新技术的认识、理解和分析提

3、供了参考。在论文末尾引入了具体的案例分析，注重理论性和实践操作性相结合。关键词：TSI,TFSI，FSI,基本结构，原理，优缺点。引 言随着汽车行业技术的不断更新，传统的燃料供给系的结构及参数已不能满足人们对汽车经济性、动力性、排放性等的要求。发动机进气管结构的改进，燃烧室与喷油技术的精确配合，增压技术的应用，极大的提高了发动机的功率，降低了油耗，减少了有害气体的排放，但新的技术必然伴随着新问题出现，高精度的控制对各大部件的材料、控制及维护也带了新的挑战。我们在新技术出现的欣喜之余也要善于分析问题，了解它的优缺点，为我们对一辆“高配置”的汽车的综合认识提供参考，不盲从，不人云亦云，用理论支撑我

4、们的观点，用事实说话。本论文的写作结合了个人实习经历的总结、网上相关大众TSI技术资料的的整理和大量的资料文献的参考，力图比较清晰的分析、认识TSI技术的基本结构、工作原理及其优缺点。在论文的写作过程中，得到了刘青云老师的大力支持和无私帮助，在此谨表谢意。由于时间仓促，加上水平有限，文中难免会有疏漏和不足之处，恳请各位读者和业内专家批评指正。 第一章 大众TSI系统的基本结构和原理TSI(twin charger fuel stratified injection)发动机是大众公司，开发的一台双增压技术发动机，是当今汽车工业发动机技术中最为成熟、最先进的燃油直喷技术，并引领了汽油发动机的发展趋

5、势。顾名思义，这台发动机是由涡轮增压与机械增压相结合而生，T代表涡轮增压和和机械增压，S代表燃油分层燃烧，I代表缸内直喷。从技术上讲TSI与FSI是同一家族，缸内直喷的工作原理相同，由于加入了增压技术，TSI比FSI更先进，属于大功率、低转速大扭矩的发动机。加入增压器后与普通直喷技术相比，TSI发动机拥有更小的体积和更出色的动力表现和节油优势。 那么为什么要同时采用机械增压和涡轮增压来向发动机提供高压进气呢？在性能上究竟有哪些过人之处呢？下面将做详细分析。1.1 废气涡轮增压器 大众TSI系统采用径流式涡轮增压器，该增压器是由离心式压气机、径流式涡轮机两个主要部分以及支承装置、密封装置、冷却系

6、统和润滑系统所组成。1.1.1 结构简介（一）离心式压气机的基本结构及气体流动 离心式压气机，一般有进气装置、工作轮、扩压器、出气涡壳组成，（如图）。 空气沿着进气装置进入，使气流均匀地流进工作轮，进气装置多采用收敛形轴向进气，气流速度略有增加，压能和温度略有下降。气流从工作轮中央流入叶片组成的通道，由于工作轮转动，气流在通道中受到离心力压缩并被甩到工作轮外缘，空气从旋转地工作轮得到能量，只是空气的流动速度、压力和温度都有所增加，尤其是流动速度增加较多。气流速度提高以后进入扩压器，扩压器是一个断面渐扩的通道，气流进入后速度降低，压力和温度都升高，气流将在工作轮中得到的动能在扩压器中转变为压力能

7、。 出气涡壳收集从扩压器流出的空气，并继续将动能转变为压力能。出气涡壳分为等截面和变截面两种结构形式，变截面的气流损失小，但制造困难。等截面的流动损失较大，但制造容易。 进气装置主要有两种形式，一种是轴向进气装置，宁一种是径向进气装置。轴向进气装置气流损失较小，多用于小型增压器。径向进气装置由于气流流向转变，流动损失较大，多用于大型增压器。 工作轮有一篇和轮盘组成，它有封闭式、半开式和星形式三种结构形式。按工作轮叶片形状分为径向叶片、后弯叶片、前弯叶片等几种，其中途锐采用的是径向叶片。 扩压器分为无叶扩压器和有叶扩压器两种。无叶扩压器结构简单，但扩压度小，气流损失大，常用于小型增压器。有叶扩压

8、器扩压效果好，流动损失小。（二）径流式涡轮机涡轮机主要有进气涡壳、喷嘴环、工作轮及出气道等组成，（如图）。一个喷嘴环和一个工作轮组成涡轮的一个级，废气涡轮增压器中常采用一个级的涡轮成为单级涡轮。 喷嘴环，其上装有许多导向叶片，构成渐缩形通道。废气从这里被引入工作轮。其材质采用耐高温、抗腐蚀的合金钢，可用铸、锻件机械加工或板材冲压成型。喷嘴环可以有整体式和装配式两种结构形式。 工作轮，它是把从喷嘴环出口喷出的高速废气的动能和压力能转变为机械功的场所。工作轮的叶片与轮盘做成一体，多采用精密铸造成型。叶片的叶型大都采用抛物线。其形式有半开式和星形两种。 涡轮进气壳，其作用是把发动机与增压器连接起来，

9、将废气经过整理引导到喷嘴环的方向，并按喷嘴环进口形状均匀地进入喷嘴环，以减少流动损失，充分利用废气能量。涡轮进气壳的流通截面按一定规律变化，表面要光洁。其结构可分为轴向、切向、径向三种进气形式，进口可为一个或多个。 涡轮出气道，涡轮出气道是将做了功德废气引出增压器，他还起支架的作用，流道要求光洁、平滑，有的带有冷却水套。 涡轮轴，涡轮轴是将涡轮工作轮和压气机工作轮连接起来，起传递转矩的作用，工作轮与轴的连接方式有整体式和装配式两种。（三）支承装置涡轮叶轮、压气机叶轮、锁紧螺母及密封套等零件装在一根轴上，构成涡轮增压器的转子。涡轮叶轮和压气机叶轮广泛采用背对背轴承内置结构，这种结构不影响压气机进

10、口和涡轮出口的流道，气流通畅。涡轮的高温对压气机影响小，平衡性好。涡轮叶轮加工后，用氩弧焊、摩擦焊、电子束焊等方法与轴焊接成一体，再最后加工、动平衡。转子的动平衡精度和轴承的结构是车用小型高速度涡轮增压器可靠性的关键。 小型增压器转子转速每分钟高达二十万转，故现代车用涡轮增压器都采用浮动轴承。浮动轴承实际上是套在轴上的浮动环，环与轴，以及环与轴承座之间都有间隙，形成两层油膜。工作时，轴承本身也转动，内、外层油膜不但起减振和阻尼作用，而且可降低轴与轴承的相对速度，有利于减小油膜的漩涡和油层间的切线速度。 浮动轴承分整体式和分开式两种。整体式浮动轴承是增压器的转子间只用一个轴承，其结构简单，零件少

11、，止推轴承大为简化。但工艺要求高，旋转惯性大。分开式浮动轴承是在转子内侧的两边各放一个轴承，其尺寸小，旋转惯性小，加工简单，在小型增压器上应用较多。（四）密封装置 为阻止机油窜入涡轮和压气机的气体流通部分以及高压空气和高温燃气窜入润滑油岛内，在中间体内设有既能封油，又能封气的活塞环密封装置。活塞环分别装在涡轮和压气机端的密封环槽中。这样可防止高温燃气窜入轴承后，使其工作温度上升，引起机油结焦或烧毁轴承，导致降低涡轮增压器效率；同时也避免了机油的窜入导致的堵塞与污染压气机及通往内燃机的进气管和附件。（五）冷却、润滑系统 来自发动机润滑系统主油道的机油，经增压器中间体上的机油进口进入增压器，润滑和

12、冷却增压器轴和轴承。然后，机油经中间体上的机油出口返回发动机油底壳，在增压器轴上装有油封，用来防止机油窜入压气机或涡轮机蜗壳内。如果油封损坏，将导致机油消耗量增加和排气冒蓝烟。 由于汽油机增压器的热负荷大，因此在增压器中间体的涡轮机侧设置冷却水套，并用软管与发动机的冷却系统相通，以增强冷却效果。冷却液自中间体上的冷却液进口流入中间体内的冷却水套，从冷却液出口流回发动机冷却系统。冷却液在中间体的冷却水套中不断循环，使增压器轴和轴承得到冷却。1.1.2 基本工作原理 涡轮增压器是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入

13、气缸。我们知道发动机的排气是高温高压的，这就意味着排气中仍然含有巨大的能量。涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，将废气涡轮装在排气管之中则能利用排气能量来驱动涡轮高速旋转，从而能够带动进气涡轮随之高速旋转，以获得压缩进气的能量，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸，通过压缩空气来增加进气量，所以涡轮增压器是不需要额外的消耗发动机能量的。而且发动机转速越高，废气排放速度、压力、温度越高，涡轮的转速也越高，这样进气涡轮压缩空气的能力也越强，空气的压力和密度增大，可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。 

14、途锐TSI的涡轮增压系统采用脉冲式增压系统，该系统的涡轮机靠近气缸，排气管短而细，这样就尽可能的将气缸中的废气直接而迅速的送到涡轮机中去。为了减少各缸排气相互干涉，用几根排气支管将相邻发火的气缸排气隔开。如图涡轮增压有两个难题：在发动机转速很高时，涡轮转速也很高，压缩空气量超出需要，如果涡轮增压器的增压压力不加限制，那么过高的进气管压力及过高的燃烧压力可能使发动机零件损坏；发动机转速低时，涡轮又达不到所要求的转速，空气压缩不足，发动机功率也就达不到要求（增压滞后）。折中方法是在涡轮增压器上加一旁通支路，（如图）。从压力箱膜盒到涡轮机壳体上的放气阀用连动杆连接，膜片弹簧压住放气阀使其关闭，进气管

15、内的增压压力作用到放气膜片上。当进气管内的增压压力达到最大安全极限时，增压压力推压放气膜片并打开放气阀，使部分废气不经过涡轮机叶轮，从而限制了涡轮增压器轴的转速及增压压力。作用在放气膜片上的增压压力由电脑操纵，通过ECU使电磁线圈通电或断电来控制增压压力。有些电脑按预编程序，在突然加速时，允许短时间产生较高的增压压力，以改进发动机的加速性。发动机转速较高时，部分废气走旁通支路而不通过增压器，从而保证不超过最佳压缩比，进而达到所要求的发动机功率。但该旁通支路在发动机转速低时不起作用。旁通支路的开闭由压力箱控制。但是采用此种结构当旁通支路打开时，部分废气排到大气中没有被利用，因此经济性不佳。在大众

16、TSI轿车上采用的涡轮增压器是用可调式叶片取代旁通支路。可调式叶片控制作用在涡轮上的废气流量。可调式叶片由低压箱控制（如图）。由于充气压力达到最佳状态，从而在整个转速范围内提高了燃烧效率，结构可调式涡轮增压器与装有旁通支路的涡轮增压器不同，前者不仅在高转速时起作用，并在任何低转速下均可产生所需压缩力。发动机转速低时需要高充气压力，叶片减小了作用于涡轮的废气流通截面。由于废气流过截面减小的通道，其流速加快，涡轮转速也随之加快。这样，在发动机转速很低时，涡轮转速仍很高，仍能产生足够的充气压力。发动机转速高时，涡轮增压器截面适应废气流量要求。与旁通支路不同，使用可调式叶片，所有的废气均作用于涡轮。为

17、保证不超过要求的充气压力，叶片增大进气截面，废气背压降低。将叶片连同轴一同安装到支承圈上，叶片轴支承圈后有一个导销，该销卡在调整圈内。通过调整圈，所有叶片以相同的速度同时转动。（如图）。通过控制杆系导向销，低压箱驱动调整圈。围在发动机低速和满负荷工作时迅速产生足够的充气压力，叶片转动使进气口变小。进气口变小后，废气流速增大，从而提高了涡轮转速。如果要减小充气压力，可转动叶片，增大废气流量，进气口增大，从而保证涡轮转速及充气压力恒定不变。最大叶片角度（也就是进气口截面最大）同时也是紧急情况时的叶片角度。废气涡轮增压的控制属于闭环控制。ECU根据发动机的加速、爆震、冷却水温度、进气量等信号，确定增

18、压压力的目标值，并通过进气管压力传感器来反馈发动机的实际增压压力值。ECU根据其差值控制脉冲信号的占空比，进而分别控制电磁阀的相对开启时间，以此调节涡轮增压器低压箱的真空度，改变可调叶片的角度，从而控制涡轮的转速，以此产生发动机所需要的目标增压压力。如上所述，叶片的调整是由电磁阀和低压箱控制的。叶片平置时的真空度控制：发动机控制单元操纵电磁阀产生真空。真空达到最大，并作用到低压箱上。叶片调至某个小角度时，可迅速产生最大充气压力，（如图）。叶片竖置时的真空度控制：电磁阀不通电流，大气压力直接作用到低压箱上。叶片调至某个大角度时，叶片的位置也是紧急情况时的位置，（如图）。叶片中间状态的真空度控制：

19、为适应轿车行驶条件，发动机输出功率必然时大时小，因此，涡轮增压器必须能随时产生最佳充气压力。发动机控制单元应能迅速连续地响应变化中的行驶状况，因而不断改变叶片角度，适应所需充气压力要求。发动机控制单元通过驱动电磁阀，将低压箱内的真空度调整到大气压力和最大可能真空度之间。这是所产生的真空度根据速度及负荷将叶片角度调整到最佳状态，（如图）。1.2 机械增压器1.2.1 结构简介所谓机械增压，就是利用发动机的动力带动一个罗兹压气机，通过发动机本身的动力来压缩空气，并且燃烧压缩空气的一种增压方式。 机械增压所用的压气机除离心式压气机外，还常用罗茨式、螺杆式和转子活塞式等多种容积式压气机。罗茨式压气机的

20、主要工作部件是装在两极平行轴上的两个转子，（如图）它们彼此不接触，与外体也有间隙（0.25-0.5mm）。两个转子由一对齿轮驱动同步转动。工作时，转子凹面与外体见得空气由进气口移向出气口。转子有两叶和三叶的，其中又分直线型和螺旋型。两叶转子每旋转一周产生四次供气，三叶转子每旋转一周产生六次供气，罗茨式压气机结构简单、工作可靠、寿命长。在小进气量时增压空气压力不下降，没有不稳定工作区。供气量与转速呈线性关系。压力增加比可达1.8。机械增压结构紧凑，和内燃机容易匹配，内燃机的加速性好，但传动复杂，油耗高。1.2.2 基本工作原理机械增压器的原理（如图）与发动机机油泵有些类似，也是与发动机动力相连，

21、只不过压缩的是空气。 在压气机前端装有电磁离合器及电磁离合器带轮，发动机曲轴带轮经传动带、电磁离合器带轮和电磁离合器驱动其中的一个转子，而另一个转子则由传动齿轮带动与第一个转子同步旋转（如图）。它与涡轮增压器在性能上最大的区别就是对压气机的转速没有限制。也就是说只要罗兹压气机在转，就可以压缩空气。而涡轮增压器由于是靠高速旋转产生的空气离心力来压缩空气，所以需要非常高的转速（通常TURBO的转速能接近10万转/分钟）。所以即便发动机怠速或者处于1000转左右的低转速，也能连接机械增压器压缩进气。不过处于经济型考虑，怠速工况时电磁离合器是断开的，也就是说怠速时压缩比并没有与发动机动力相连，不过只要

22、踩下油门电磁离合器可以迅速连接发动机动力。所以机械增压能够给汽车带来很好的低转扭矩，让起步时冲进十足。虽然克服了涡轮增压器迟滞的缺陷，单机械增压也并非完美。由于它需要消耗发动力动力，而且增压器中的两个转子相互摩擦会损耗大量的能量。在低转速时，由于转速低损耗也就小，但如果处于高转速工况，那么这样能量损耗是非常大的。不仅经济性差，高转动力性也要受到影响。  所以涡轮增压和机械增压都有着各自的先天缺陷，而这两种增压方式的优缺点又是相互互补的。大众TSI就是利用了这两种增压性能优缺点的互补性开发出了TSI双增压系统。它是涡轮增压与机械增压两套增压系统的结合体，一套靠涡轮压缩进气，另一套靠罗兹

23、压气机压缩进气。当然，它们什么时候起作用是由电脑控制。电脑即能够控制进排气旁通阀的开闭，也能控制机械增压器与发动机相连接的电磁离合器的开闭。1.2.3 机械增压和涡轮增压的工作方式机械增压器和涡轮增压器在进气道中是被串联在一起的，如图（）。空气从空气过滤器进入到进气管以后，首先要经过机械增压器，然后通过进气管的引导再经过涡轮增压器，最后进入到进气歧管当中去。虽然机械增压器和涡轮增压器是相互串联在一起的，但两者并不都是同时工作。当发动机处于怠速工况时（通过节气阀开度传感器可以测得），机械增压器的电磁离合器是分离的，此时发动机与机械增压器之间动力是断开的（这就意味着增压器没有消耗发动机功率），而且

24、对于机械增压器，附近的进气旁通阀打开，空气并没有流经机械增压器，而是从旁通阀直接吸入；到了涡轮增压器的位置，涡轮增压的进气旁通阀也是打开的，这就相当于进气绕过了涡轮，直接被吸入气缸。也就是说在怠速工况时，涡轮增压器和机械增压器都是不工作的，这相当于一台自然吸气发动机。当发动机在部分负荷工况下低转速运转时（通过节气阀传感器检测到又少许油门开度，而且通过发动机转速传感器检测到转速处于低速运转），电脑会接通机械增压器的电磁离分离，并且关闭机械增压旁通阀，让机械增压器开始工作，此时的增压值为1.2bar.我们知道机械增压器有增强低速扭矩的特点，而且在低转速时对发动机功率的消耗并不大。所以既能够获得良好

25、的油门相应，又能够增大发动机扭矩输出。当发动机超过1500转时，涡轮开始介入，此时的增压值提高到2.5bar。当发动机转速达到3500转/分以上的高转速时，机械增压器开始停止增压，此时完全依靠涡轮增压来进行增压，增压值从2.5bar降到1.3bar。因为我们知道一旦转速上升，机械增压器会消耗大量发动机能量，而中高转速是涡轮增压的强项，这样不仅避免了涡轮迟滞，让涡轮有足够的加速时间，还在很大程度上增加了低转扭矩，降低高转速时机械增压器产生的噪音。这样彻底解决了两种增压方式的缺陷，达到了一种完美增压的效果。1.3 中间冷却器中冷器一般由铝合金材料制成。按照冷却介质的不同，常见的中冷器可以分为风冷式

26、和水冷式2种。1.3.1 结构简介中冷器是TSI增压系统的配套件， 对于增压发动机来说，中冷器是增压系统的重要组成部件。无论是机械增压发动机还是涡轮增压发动机，都需要在增压器与发动机进气歧管之间安装中冷器。 TSI发动机为何会比普通发动机拥有更大的动力，其中原因之一就是其换气的效率比一般发动机的自然进气更高。当空气进入涡轮增压后其温度会大幅升高，密度也相应变小，而中冷器正是起到冷却空气的作用，（如图，高温空气经过中冷器的冷却，再进入发动机中。1.3.2 进气中冷的原因中冷器的作用是降低发动机的进气温度（可以将气体温度从150降到50左右）。由于发动机排出的废气的温度非常高，通过增压器的热传导会

27、提高进气的温度；而且，空气在经过涡轮增压器增压被压缩的过程中密度会升高，这必然也会导致空气温度的升高，从而影响发动机的充气效率。如果想要进一步提高充气效率，就要降低进气温度。有数据表明，在相同的空燃比条件下，增压空气的温度每下降10，发动机功率就能提高35。 如果未经冷却的增压空气进入燃烧室，除了会影响发动机的充气效率外，还很容易导致发动机燃烧温度过高，造成爆震等故障，而且在高温高压的条件下还会会增加发动机废气中的NOx的含量，造成空气污染。在某些情况下还可能因为空气温度过高导致发动机润滑不良而损坏。 1.4 燃油分层燃烧FSI，它所代表的单词直译为燃油分层喷射，它是大众汽车直喷发动机的标志代

28、码。与那些把汽油喷入进气歧管的发动机相比，具备FSI技术的发动机的主要优势有：动态响应好、功率和扭矩可以同时提升、燃油消耗降低。1.4.1 FSI的基本组成 特殊燃烧室 为了提高燃油经济性，实现分层燃烧是必要的。大众3.0TSI发动机采用结构紧凑的碗形燃烧室，该燃烧室配以顶部呈浅碗形（或形）并削成不规则形状的活塞（如图），活塞顶部呈凹状，这个部分是汽油直接喷射的位置，因此在这里容易形成可燃混合气。凹状的深度、形状不同，导致进气歧管形状以及火花塞的位置也不同。火花塞安装在浅碗凹坑内，这样设计的活塞使燃油喷雾形成一股紧凑的逆向纵涡流，并直接将这一逆向纵涡流集中到火花塞下面，保证率火花塞出的空气和燃

29、油能进行充分的混合，即使空燃比非常低，混合气体也能够燃烧得非常干净，火焰传播距离短，挤气面积大，紊流强，实现了快速燃烧，并提高了燃烧效率。这种燃烧室再与两条垂直进气道（传统的汽油发动机采用的是水平式吸口），一条为直线孔道，一条为螺旋孔道。直线孔道中设有涡流控制阀，低负荷时关闭，空气经螺旋孔道进入汽缸，可想成强烈涡流，显著改进了稀燃极限，如果燃用研究法辛烷值为99的汽油时，压缩比可提高到13，空燃比使用范围为16-40.由于压缩比提高和挤流增加，使滞燃期缩短，火焰传播速度提高，故点火提前角可减小，使爆燃倾向降低，并利于混合气着火。HC、NOx、CO的排量均降低。高压喷油器向汽缸内直接喷射燃料时，

30、要是燃料良好的燃烧，通常需要喷射微粒化燃料，才能保证燃料短时间内和空气很好地混合，因此需要精巧的高压涡流喷油器，（如图）。高压涡流喷油器装在气缸盖上，配合高压燃油泵，将汽油直接喷入汽缸中，喷油压力达5MPa,从而控制燃油喷雾的气化、分散和有合适的贯穿距离。在高燃烧压力下瞬时工作，必须根据各运动部件情况（燃烧状态）选择最合适的喷射时机。另外，为了形成分层混合气，喷油嘴必须要和活塞顶部形状、进气口角度相适应。高压喷油器向气缸内直接喷射燃料，燃料和空气混合的时间极短。为改善燃烧必须促进燃料的雾化，故将燃料以强涡流形式扇状喷射，这样有利于清除喷油口及附近积炭的效果，可改善喷油器的耐久性；同时要让喷油嘴

31、的喷孔尽可能小以实现微粒化，但必须要防止杂质堵塞喷油孔。ECU通过控制电磁线圈来控制喷油器的开闭，高压燃油泵在压缩行程中喷油需要高的喷射压力，因此必须要有高压汽油泵。（如图）所示为柱塞式汽油泵，是用曲轴驱动的，可将燃料加压到15-30MPa。当燃料压力达到一定数值时可顶开单向阀，汽油进入燃油分配管。在燃油分配管中设置油压调节器的作用是通过ECU控制燃油分配管和进气压力之差，即喷油压力差保持一致。高压汽油泵的工作原理（如图）1.4.2FSI汽油机的燃烧模式理论上，FSI发动机有三种燃烧模式：分层燃烧、均质燃烧、均质稀燃烧模式。从FSI所代表的Fuel Stratified Injection含义

32、上看，分层燃烧应该是FSI发动机的精髓与特点。 分层燃烧（如图分层燃烧的特点是在进气过程中，进气歧管翻板封住下进气道，使空气运动加速，在进气道中已经产生可变涡流，使进气气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。在城市道路运行条件下，吸入空气后活塞上行，在压缩行程末期喷入汽油。通过活塞顶部后形成翻转流或涡流，并在火花塞附近形成较浓混合气，空燃比一般在24-44之间，其周围形成超稀混合气，其空燃比可以达到50。如果稀燃技术的空燃比达到22以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于

33、点火的浓混合气，空燃比达到12左右，外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。分层燃烧模式在进气过程中节气门开度相对较大，减少了一部分节流损失。进气过程中的关键是进气歧管中安置一个翻板，翻版向上开启（原理性质，实际机型可能有所不同）封住下进气歧管，让进气加速通过，与形活塞顶配合，形成进气涡旋。分层燃烧时喷油时间在上止点前60°至上止点前45°，喷射时刻对混合气的形成有很大影响，燃油被喷射在活塞顶的凹坑内，喷出的燃油与涡旋进气结合形成混合气。混合气形成发生在曲轴转角40°至50°范围内，如果小于这个范围，混合气无法点燃，若大于这个范围，就变成均质状态

34、了。点火时，只有火花塞周围混合状态较好的气体被点燃，这时周围的新鲜空气以及来自废气再循环的气体形成了很好的隔热保护，减少了缸壁散热，提升了热效率，点火时刻的控制也很重要，它只在压缩过程终了的一个很窄的范围内。分层燃烧的好处在于热效率高、节流损失少、有限的燃料尽可能多地转化成工作能量。分层燃烧模式下节气门不完全打开，保证进气管内有一定真空度（可以控制废气再循环和炭罐等装置）。由于有过量的空气进入气缸，发动机的扭矩、功率大小取决于喷油量，与进气量和点火提前角关系不大。 均质稀燃烧（如图）均质稀燃模式混合气形成时间长，燃烧均匀，通过精确控制喷油，可以达到较低的混合气浓度。均质稀燃的点火时间选择范围宽

35、泛，有很好的燃油经济性。均质稀燃在进气行程进气歧管翻板封住下进气道，使空气运动加速，且呈旋转状进入气缸（与分层燃烧的进气过程相同），油气混合时间加长，形成均质混合气。燃烧发生在整个燃烧室内，对点火时间的要求没分层燃烧那么严格。均质稀燃烧的空燃比大于23。 均质燃烧则能充分发挥动态响应好，扭矩和功率高的特点。均质燃烧进气过程中节气门位置由油门踏板决定，进气歧管中的翻版位置视不同情况而定。当中等负荷时，翻版依然是关闭的，有利于形成强烈的进气旋流，利于混合气的形成与雾化。当高速大负荷时，翻版打开，增大进气量，让更多的空气参与燃烧。均质燃烧的喷油、混合气形成与燃烧和均质稀燃烧模式基本一样。如上所述，根

36、据发动机运转状态，在分层稀薄燃烧到均质理论空燃比燃烧过程中，空燃比连续变化。因此，三效催化转化器不能够净化排放气体中的NOx。这是因为三效催化转化器要利用排气中的HC或CO进行NOx还原反应的缘故。在稀薄燃烧中，在排放气体中残留很多氧气，不能进行NOx还原反应。为了使NOx吸储型催化剂获得高效功能，其温度必须保持在250-500范围内。当超过这一温度范围发动机会自动转换到均质理论空燃比燃烧，并通过三效催化转化器进行废气处理。然而这又与燃油经济性下降相关，为此，必须增加废气冷却装置。利用这种冷却装置，排放气体通过NOx吸储型催化转化而被冷却，由于稀薄燃烧的范围宽，催化转化器的寿命也延长。然而，N

37、Ox吸储型催化转化器会受到硫侵蚀而中毒，所以必须把汽油中的含硫量尽量降低到最少。但是，如前所述，含硫低的汽油不是到处能供应的。大众汽车公司采取的措施是，把催化剂反应温度提高到650以上，从而把附着在催化剂上的硫通过燃烧而加以消除。 均质燃烧（如图）均匀混合气的空燃比为小于或等于14.7。节气门开度按照油门踏板的位置来控制，在发动机负荷较大且转速较高时，进气歧管翻板就会完全打开，于是吸入的空气就经过上、下进气道进入气缸。燃油喷射并不是像分层充气模式那样在压缩行程时发生，而是发生在进气行程中，这样燃油和空气就有了更充足的时间来混合，并且可以利用空气的流动旋转的涡流来击碎燃油颗粒，使之混合更加充分。

38、均质模式的优点在于燃油是直接喷入燃烧室内，而吸入的空气可抽走一部分燃油汽化时所产生的热量。这种内部冷却可以降低爆震趋势，因此可以提高发动机的压缩比和热效率。在高负荷中所进行的均质理论空燃比燃烧中，燃油则是在进气冲程中喷射。理论空燃比的均质混合气易于燃烧，不必借助涡流作用，因此，由于进气阻力减少，开关阀打开。而在全负荷以外，进行废气再循环，限制泵吸损失，采用直喷化可使压缩比提高到12:1，即使在均质理论空燃烧比混合气燃烧中，仍能降低燃油耗。燃油分层燃烧使得TSI发动机具有两大优点：省油和高输出功率。1、省油缸内汽油直接喷射发动机利用层状气体分布，便于实现分层燃烧，从而降低油耗，提高了燃油经济性，

39、省油即可减少CO2的排放量，再配合新型结构设计，缸内汽油直接喷射发动机还能大幅降低CO、HC和NOx的排放，达到了欧标准。主要表现如下： （1）超稀薄空燃比燃烧。小负荷时，利用层状气体分布，压缩行程末期喷射的燃料被进气涡流及活塞顶部的球形曲面保持在火花塞附近，形成易于点燃的最佳混合气，而周围则为空气层，整个燃烧室内形成的40:1的超稀薄空燃比混合气仍能稳定燃烧，达到了省油的效果（途锐3.0TSI，6.7升/百公里）。 （2）怠速转速低。怠速转速可设定在较低值，从而减少怠速时的油耗。 （3）冷却损失少。小负荷时，由于空燃比超稀薄化，故进、排气的泵气损失少，即气体的交换损失少；且因燃料吸热冷却效果

40、，冷却损失少。2、输出功率高缸内汽油直接喷射发动机具有高的输出功率和转矩，主要原因是： （1）混合气均匀混合。进气行程是时就开始喷射燃料，整个燃烧室为均匀混合的理论空燃比气体，混合气燃烧完全。 （2）容积效率高。进气行程就开始喷油，燃油气化的吸热冷却效果使气缸内空气密度增加，可提高容积效率。 （3）压缩比高。直接喷入汽缸中燃油的气化作用，降低了空气温度，发动机不易爆震，故压缩比可提高（压缩比可达13）增加了发动机的扭矩和功率（途锐3.0TSI，最大功率（kw/rpm）:213/4850-6500;最大扭矩（nm/rpm）:420/2500-5000）。 总之，缸内直接喷射,燃油分层燃烧的发动机

41、相对于进气口汽油喷射发动机可使汽车节油达20%左右；同时，提高了高负荷时的容积效率，使输出扭矩提高10%左右第二章 传统汽油机电喷系统2.1 传统电喷系统的组成和工作原理 传统的电控汽油喷射系统一般由进气系统、燃料供给系统和电子控制系统三部分组成。为了进一步阐明大众TSI燃料供给系统的工作特点及优势，以下仅以其子系统的部分元件，传感器的结构、原理为代表作简略说明，着重强调两个不同燃料供给系统在经济性、动力性、排放性方面的表现。 以L型电控燃油喷射系统为例，（如图）。 L型电控燃油喷射系统也可称之为质量流量控制型，它是根据空气流量计直接测量进气歧管的空气量，并和发动机转速计算出需要喷射的燃料量，

42、控制喷油器工作的。空气供给系统 空气经过空气滤清器过滤后，由空气流量传感器计量，通过节气门体进入进气总管，再分配到各进气歧管。在进气歧管内，从喷油器喷出的燃油与空气混合后本吸入气缸内燃烧。在冷却水温较低时，为加快发动机暖机过程，设置了快怠速装置，由空气阀来控制快怠速所需要的空气量。可以通过怠速调整螺钉调节怠速转速，用空气阀控制快怠速转速，也可由ECU操纵怠速控制阀（ISC）控制怠速与快怠速。燃油供给系统 燃油供给系统的作用是向发动机精确地提供所需要的燃油。燃油供给系统一般由油箱、电动燃油泵、燃油滤清器、燃油脉动阻尼器（有的汽车没有这个阻尼器）、燃油压力调节器、冷启动喷油器（有的汽车没有该喷油器

43、）及供油总管等组成。 燃油由燃油泵从油箱中泵出，经过过滤器，除去杂质及水分后，再送至燃油脉动阻尼器（有的汽车装在回油管上），以减少其脉动。这样具有一定压力的燃油流至供油总管，再经各供油歧管送至各缸喷油器。喷油器根据ECU的喷油指令，开启喷油阀，将适量的燃油喷于进气门前，待进气冲程时，再将燃油混合气吸入汽缸中。装在供油总管上的燃油压力调节器用于调节系统油压，目的在于保持油路内的油压略高于进气管负压0.3MPa左右。此外，为了改善发动机的低温启动性能，有些车辆在进气歧管上安装了一个冷启动喷油器。电子控制系统 电子控制系统的作用是根据发动机运转状况和车辆运行状况确定燃油的最佳喷射量。电子控制系统由传

44、感器、执行器和电子控制单元三部分组成。通过传感器检测发动机进气量、发动机转速及曲轴转角等信号，由电子控制单元根据发动机运行工况，计算出每循环的基本供油量；同时通过节气门位置、冷却水温、空气温度和氧含量等发动机运行工况，对供油量进行修正；实现对喷油器的喷油量的控制，从而使发动机始终具有一个最佳的空燃比。 传感器是信号转换装置，安装在发动机的各个部位，起作用是检测发动机运行状态的物理参数和化学参数等，并将这些参数转换成计算机能够识别的电信号输入ECU。用于检测发动机的工况的传感器有：空气流量传感器、进气压力传感器、水温传感器、进气温度传感器、曲轴位置传感器、节气门位置传感器、车速传感器、氧传感器、

45、爆震传感器等。ECU是发动机控制系统的核心部件。在ECU的存储器中存放了发动机各种工况的最佳喷油持续时间，在接收了各种传感器传来的信号后，经过计算确定满足发动机运转状态的燃油喷射量和喷油时间。ECU还可以对多种那个信息进行处理，实现EFI系统以外其他诸多方面的控制，如点火控制、自诊断、故障备用程序启动、仪器显示等。2.2 TSI与传统电喷系统的比较经济性 传统的电喷系统在接近气缸的进气歧管喷油，由于各进气歧管和气缸还有一段距离，在气门、进气歧管上难免会黏附一些雾化后的燃油，即使ECU控制喷油器和空气流量计得到理想经济的混合气，但实际进入燃烧室参与燃烧而做功的混合气必然会减少；其次，发动机在低温

46、时，燃油雾化不良，滞留在进气歧管的燃油会增多，发动机在高温时，由于燃油的气化，都会导致实际燃烧油量不足，从而影响发动机的功率输出和燃油经济性。而TSI系统在进气行程中吸入汽缸的是空气，高压汽油在进气行程或压缩行程中直接喷射到汽缸内形成混合汽（像柴油机一样往缸内直接喷油），然后经火花塞点火燃烧做功。这样不仅提高了发动机的充气量，也提高了参与燃烧的燃油的控制精度，降低了油耗； 传统的电喷系统中，采用双气门气缸，与TSI的四气门结构相比，充气效率和充气量都不高，使得汽油燃烧不完全，发动机大负荷时无力，从而加大了油耗，在结构上不利于燃油经济性； 传统的电喷系统中，由于结构和技术条件的限制（如气缸、活塞

47、环、气门、气门座、汽缸垫等技术状况），发动机的泵气损失、热损失比较大。而TSI系统由于可以实现气体层状分布和分层燃烧，故进、排气的泵气损失少，即气体交换损失少、且因燃料吸热冷却效果好，冷却损失少，使发动机得到较高的经济性。 传统的电喷系统中，混合气在进气歧管内形成并混合好，它向气缸直接提供均匀的混合气，无法实现缸内燃料分层。而TSI系统通过缸内汽油直喷，燃油分层，整个燃烧室为均匀的理论空燃比气体，混合气燃烧完全，在低速时为超稀薄燃烧，燃油消耗大大减少，比传统电喷发动机节约大概20%的燃油。动力性 传统的电喷系统中， 随着发动机工作温度温度上升，以及火花塞位置安放的局限，还有燃油质量的影响，气缸

48、内的终燃混合气容易在火焰前锋到达之前形成火焰中心，发生爆震，这就使得传统的发动机的压缩比普遍较低（一般为6-9），从而动力性不强。TSI系统中，由于直接喷入汽缸中燃油的气化作用，降低了空气温度，发动机不易爆震，故压缩比可提高（压缩比可达13），高压缩比使压缩终了是爆发出的能量就越高，也就意味着发动机有较大动力的输出。 传统的电喷系统中，没有进气增压系统的辅助，进入发动机的混合气密度不高，而且发动机的负荷控制大多由节气门来完成，单位气缸容积发出的功率不理想。TSI系统采用机械增压器在低、中速时提供较大的充气量，在高速时，机械增压器和废弃涡轮增压器一起工作，提高了空气密度，增加了进气量，从而增加了

49、发动机的功率输出。 传统的电喷系统中，进气道采用水平式吸口，难以形成进气涡流，燃油泵泵油压力，喷油器喷油压力都比较低，发动机的工作比较温和，动力输出不高。TSI系统采用垂直的进气管，且进气管中设有可变进气涡流产生装置，它使更多的空气顺利的进入汽缸，同时直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术，通过一个高压油泵提供所需的200bar以上的压力，将汽油提供给位于汽缸内的电磁燃油喷嘴。然后通过电脑控制喷射器将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室（喷油压力达5MPa），通过对燃烧室内部形状的设计，让混合气能产生较强的涡流使空气和汽油充分混合，从而产生更强劲的动力输出。排放性 传统的电喷系统中，由于充

50、气效率、燃油雾化、废气处理不良等影响，HC、NOx、CO等的排放较多。而TSI系统，在增压系统，高压供油系统，以及废气再循环，稀薄燃烧催化转换器的应用等一系列措施的改进下，混合气的燃烧更完全，有害排放物得到减少，可以达到欧的标准，排放性比较好。第三章 国产TSI与国外TSI同级、同类车型的比较3.1国产TSI与国外的TSI发动机对比.1最近大众不少新车上市，途观、全新PASSAT都是市场上炙手可热的产品。而这两款车上搭配的TSI发动机当仁不让的成为众人关注的焦点。但是有些网友反映，国内和国外的TSI发动机在技术参数上差异较大。究竟这里面隐藏着怎样的玄机？下面让我们以客观的角度分析一下国内外的T

51、SI发动机的区别所在。正文：     国产1.4TSI发动机    进口1.4TSI发动机最大功率96kw 5000rpm125kw 6000rpm最大扭矩220Nm 17503500rpm240Nm 17504500rpm制表：   （国内外1.4TSI发动机参数对比）从参数上我们可以看出，同为1.4TSI发动机，但是在技术性能上差异甚大。国外的1.4TSI发动机在最大功率、最大扭矩、动力输出曲线都明显优于国内的1.4TSI发动机。    之所以出现这么大的差异，是因为国内

52、生产的TSI发动机是国外TSI发动机的简化版本。    大众现在生产的涡轮增压发动机有两个版本。一种是机械增压、涡轮增压加燃油分层喷注的TSI（Twincharger Fuel Stratified Injection）；另外一种是涡轮增压加燃油分层喷注的TFSI（Turbo Fuel Stratified Injection）。    国内生产的“TSI”发动机采用的是TFSI技术。也就是说，国内生产的“TSI”发动机是一款涡轮增压加缸内直喷的发动机产品。而国外的TSI发动机则是真正意义上的双增压加燃油分层喷注的TSI发动机

53、0;   由于国内生产的“TSI”发动机只采用了废气涡轮增压技术，对比起国外采用的双增压、燃油分层喷注发动机来说，在动力性方面没有任何优势。但是在价格上，国内搭载“TSI”发动机的车型的确在性价比方面较为突出，因此得到不少人的关注。也因为国产“TSI”发动机关注度太高，而大众对国产TFSI发动机的独特命名方式导致用户的混淆。     国产1.4TSI发动机    进口1.4TSI发动机废气涡轮增压有有机械增压器无有缸内直喷有有分层喷注无有制表：    （TSI TFSI发动机

54、技术简单对比） 3.2 与大众TDI比较 TDI柴油发动机采用压燃形式，压缩比非常高，所以发动机动力非常强劲尤其是扭矩十分惊人，转速在4000-4400rpm时，功率最大为176kw，最大扭矩为550Nm，同排量TSI发动机的转速在4850-6500rpm时，功率最大为213kw，最大扭矩为420 Nm。此外，由于没有点火系统，柴油发动机的结构更加简单，减少了故障发生概率，可靠性较汽油机相比更高，其平均使用寿命较高。 TDI的高压缩比使得缸内柴油燃烧效率很高，同排量TSI汽油发动机的燃烧效率仅为30%左右，而TDI直喷柴油机燃烧效率可以高于40%，如此高效率的发动机所表现出的燃油经济性是非常出

55、色的，综合百公里油耗为8.5L这是不同燃料特质所决定的，不能说谁好谁劣，但就节省燃料降低排放污染来说，柴油机表现更好。柴油机燃料本身燃点较高，也不容易挥发，火花塞无法将其点燃，其次柴油机一般是通过喷油泵和喷油嘴将柴油直接喷入发动机汽缸，和在气缸内经压缩后的空气均匀混合，在高温、高压下自燃。燃油喷射压力是柴油发动机的重要指标，因为它联系这发动机的动力、油耗、排放等，高的喷射压力可以在低转速工况下获得良好的燃烧特性。 TDI采用的柴油共轨系统能够在发动机的所有转速范围内获得非常高的燃油压力，最高喷油压力可达2000bar，远远高于同排量TSI发动机120Mpa的喷油压力，提高了柴油的雾化效果，使压

56、缩行程末期柴油和空气混合更均匀。灵活的电子控制系统对正时和喷射压力的控制在发动机各种工况下都能够获得低排放和高效率。低压油泵将柴油从邮箱中吸出，经过过滤提供给高压油泵，在低压油泵内有一电磁阀控制燃油到达高压泵室，燃油进入管形蓄压器燃油轨道。在共轨上有压力传感器时时检测燃油压力，并将这一信号传递给ECU，通过对流量的调节控制共轨内的燃油压力达到希望值。 TDI柴油发动机由于采用柴油作燃料，因此较TSI汽油发动机采用的汽油的抗爆性好很多，所以采用涡轮增压技术更容易、效率也更高。在汽油机上，经过涡轮增压被压缩进入汽缸的空气，最担心的就是因为温度过高而引起提前爆燃，所以需要设计足够大的中冷器来给压缩空气降温，而在柴油发动机上，因为柴油的抗爆性更好，可以承受更高的压缩空气温度，所以压缩比相比汽油机高很多，而且高温的压缩空气可以使柴油能更好的引燃。不过为了提高压缩空气的密度，TDI发动机上还是设计了中冷器，只是技术要求没有TSI汽油机那么苛刻。 TDI柴油发动机的压缩比较高，相对TSI汽油发动机13的压缩比，它的压缩比可以达到16，所以该柴油发动机的内部的活塞、连杆、曲轴相比汽油发动机都要粗大和笨重，运动时所受的惯性和离心力均大于汽油发动机，所以达不到汽油机的高转速。此外，由于柴油机的压缩比较高，柴油的燃烧效率较汽油机好，所以其CO2、HC、CO的排放较低，只是颗粒物和NOx的处理比汽油机