汽车发动机电控系统原理与检修一体化教程：第五章汽油机燃油缸内直喷技术课件

1、项目五 汽油机燃油缸内直喷技术1项目概述2燃油缸内直喷系统拆装与检测常见工具使用方法及工作单燃油缸内直喷基本原理单选题/多选题/判断题/问答题任务2任务1实验实训思考练习任务一 燃油缸内直喷基本原理3（一）缸内直喷的基本原理1缸内燃油直喷发动机概述缸内直喷汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术，通过一个高压泵提供所需的100bar以上的压力，将汽油提供给位于汽缸内的高压喷油器，然后由电脑控制高压喷油器将燃料在最恰当的时间直接喷入燃烧室，其控制的精确度接近毫秒。缸内直喷汽油发动机采用紧凑型燃烧室，使压缩比提高至13左右。缸内直喷汽油发动机相对于进气歧管喷射的发动机有很多优点，可以实现超稀薄混合

2、气，发动机的绝热指数增加和传热损失较少，降低了泵吸损失，燃油蒸发引起缸内温度降低，提高了汽油机可工作的压缩比，提高了进气行程充气效率，使燃油经济性可以提高25% 左右，动力输出也增加了将近10%左右。4进气歧管喷射的发动机，混合气在进气歧管内形成，然后被负压吸入发动机，直喷发动机是用高压喷油嘴将燃油喷入汽缸，由于气缸内压力已经很大，因此需要喷油系统具备更大的压力。因此，与进气歧管喷射的发动机相比，直喷发动机在燃油系统、进排气系统以及机械方面有很大不同。大众缸内直喷汽油发动机燃油及进排气系统组成，如图5-1所示。5（1）活塞为了保证直喷发动机的高效性，活塞顶部设计成凹坑状，这种特殊形状使缸内气流

3、和油束相互作用，如图5-2所示。6按照可燃混合气的控制与燃烧方式，缸内直喷方式又可分为油束控制燃烧、壁面控制燃烧和气流控制燃烧三类，如图5-3所示。（a）油束控制燃烧 （b）壁面控制燃烧 （c） 气流控制燃烧图5- 3 直喷发动机混合气控制与燃烧方式7（2）进气歧管翻板进气歧管就是根据发动机气缸数量，由进气总管分成的N个支路，作用是为满足每一个气缸单独进气的功能。目前，发动机为了提高进气量，多种技术应用于发动机进气方面，如涡轮增压、可变进气管等。在发动机不同工况时，使进气歧管截面积不同，可以提高发动机各个工况的进气量，进气歧管翻板位置的执行元件有电动机或电磁阀。电动机控制的进气歧管翻板结构如图

4、5-4所示。8图5-5 不同工况下的进气翻板位置高速时转换阀打开低速时转换阀关闭 92混合气形成及燃烧模式 大众汽车的FSI混合气模式分层充气模式、均质稀混合气模式、均质混合气模式等三种工作模式分层充气模式10（2）均质稀混合气模式 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，有很好的燃油经济性。 均质稀燃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有分层燃烧那么严格。均质稀燃模式时的过量空气系数大于1。进气过程与分层充气模式的相同，节气门大开，进气歧管翻板关闭；燃油

5、是在点火上止点前300时喷入（进气行程）。过量空气系数约为1.55。混合气形成过程时间较长；燃烧发生在整个燃烧室内，点火时刻可自由选择。 11（3）均质模式 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，进气歧管中的翻板位置视不同情况而定。当中等负荷时，翻板依然是关闭的，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，翻板打开，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模式基本一样。均质燃烧情况下过量空气系数小于或等于1。 进气过程中，节气门按照油门踏板的位置来打开。进气歧管翻板根据工作点来打

6、开或关闭，在中等负荷和转速范围时是关闭的，而当高速大负荷时，翻板打开，增大进气量。喷油、混合气形成和燃烧过程，与均质稀混合气模式是一样的。12 3. 汽油机缸内直喷技术的优点由于分层充气模式的燃烧只发生在火花塞附近，所以缸壁上的热损耗是很少，热效率提高了。强制分层充气可使废气再循环率高达35% 吸入的空气直接进入燃烧室，降低了气缸温度，进而降低了爆震的可能性，可提高压缩比，进而提高了压缩终了压力和热效率。采用电控缸内直接喷射方法，在火花塞附近供给浓混合气，以利着火；在其它区域供给稀混合气，进行分段喷油。达到分层燃烧的目的。据报导空燃比为30时，仍可燃烧。此种方法可节约燃料三分之一以上。为了减少

7、稀燃时的NOx,在排气系统中安装了两只温度传感器、两只氧传感器和两级催化转化器。 14（二）燃油供给系统 直喷发动机燃油供给系统基本组成如图5-7所示。燃油供给系统分为低压系统和高压系统。 低压系统是一种按需要来调节的系统，主要包括电动燃油泵、燃油滤清器、低压油管等。发动机起动前（电动燃油泵预运行）；当点火开关接通或司机车门接触开关接通；在发动机起动过程中以及发动机起动后的5秒之内；在热起动以及热机运行时，时间取决于温度（t5秒），为了防止产生气泡，预供油压力必须提高2bar。15高压喷油系统主要由发动机控制单元（ECU）、高压油轨、高压油泵和高压喷油器等部件组成，如图5-8所示，ECU主要采

8、集发动机数据，按照预定程序控制喷油时机和喷油量，从而实现最高燃烧效率；而高压油泵将燃油的加压，通过高压油轨输送到高压喷油器。161. 高压油泵高压油泵可以将汽油加压到10兆帕以上的压力（是普通汽油泵压力的3040倍），并将其送入油轨。直喷发动机的高压油泵通常是由凸轮轴上的凸轮带动，通过柱塞对燃油进行加压。按照泵柱塞数目不同，一般分单柱塞泵和多柱塞泵，如图5-9所示；按驱动凸轮数目不同，有双凸轮、三凸轮或四凸轮泵，如图5-10所示。17目前最常用的结构是限压阀集成在高压油泵中，省去了燃油分配管至燃油泵的回油管。2010年起国内的大众、通用等缸内直喷汽油车多采用单柱塞高压泵，由排气凸轮轴上的凸轮驱

9、动的，其结构如图5-11所示。18（2）工作原理大众FSI2.0L发动机燃油系统采用单活塞高压油泵，1.6L发动机采用三活塞高压油泵，虽然在结构上有区别，但其工作原理基本相同。以单活塞高压泵为例介绍其工作过程，主要包括进油过程和压油过程过程。2）压油过程泵活塞向上运动，燃油被压缩，油压升高并克服单向阀弹簧力，高压燃油就被输送到燃油分配管内。此过程为压油过程，如图5-12b所示。1）进油过程泵活塞向下运动，进油阀打开，燃油以较低压力经进油阀进入泵腔，此过程为进油过程，如图5-12a所示。192高压喷油器高压喷油器的任务就是在精确的时刻将精确的燃油量喷入燃烧室。一方面是计量燃油，另一方面是通过自身

10、的功能，使燃油和空气在一定空间的燃烧室范围内能均匀混合，根据工况要求使燃油集中在火花塞周围，或在整个燃烧室中均匀雾化。高压喷油器常见结构为电磁阀式和压电式两种，根据安装位置不同，分为高压喷油器侧置安装和高压喷油器中置安装，如图5-13所示。20（1）电磁阀式喷油器 电磁阀式高压喷油器主要由喷嘴体、阀针、电磁线圈、阀座等零件组成，如图5-14所示。 当线圈通电后会产生磁场，针阀克服弹簧力离开阀座，使喷孔打开，同时燃油在系统压力下喷入燃烧室；当电流切断时，阀座在弹簧力作用下又被压紧在阀座上，于是切断喷油。喷油量多少取决于针阀开启的持续时间和喷油压力，而喷嘴的几何形状和尺寸是保证燃油雾化良好的重要条

11、件。21 （2）压电式喷油器压电式喷油器主要由针阀组件、压电元件、补偿元件等组成，如图5-15所示。压电元件由一种陶瓷材料制成，可将电能直接转化为机械能，给压电式执行机构施加电压时，会使晶体膨胀，晶体的膨胀则产生偏移量，将驱动喷嘴针移动。压电晶体的偏移程度取决于所施加的电压，电压越高行程越大。由于压电式喷油器能精确计量燃油，并能实现极好的油束雾化，所以广泛应用于缸内直喷汽油机上。压电喷油器主要由三个总成组成。压电元件通电后膨胀使喷嘴针向外伸出阀座。为了能够承受相应阀门开启升程的不同运行温度，喷油器装有一个热补偿元件。压电式喷油器结构如图5-14所示。223高压油轨高压油轨也称燃油分配管，也称共

12、轨，高压油轨基本组成如图5-16所示。其任务是存储和分配实时运行工况点所需的燃油量。它的储存量取决于容积和燃油的可压缩性，并且要与发动机实时工况需求量和压力范围相匹配。此外，高压油轨还用于补偿高压范围内的压力波动以及用于喷油器、压力传感器等喷油系统的附件的安装。234燃油压力调节电磁阀燃油压力调节电磁阀通常安装在高压油泵上。控制油轨内的燃油压力。燃油压力传感器检测油轨内的燃油压力，并将该信号输送给发动机控制单元，当控制单元收到燃油压力过高信号时，则给电磁阀输出电信号，控制燃油压力调节电磁阀打开，燃油则进入低压侧，使泵腔内的油压卸掉，即进行油压调节过程如图5-17所示。24（三）排放控制系统大众

13、汽油缸内直喷发动机排放控制系统组成25（四）电脑控制系统大众FSI缸内直喷发动机电控系统基本组成任务二 燃油缸内直喷系统拆装与检测26内容 不同车型汽油直喷发动机，其燃油系统的组成不同，所以拆装顺序及要求也不同，拆装检测时应参照其相应车型的维修手册。下面以大众迈腾车燃油系统拆装为例，介绍汽油直喷发动机燃油系统的拆装及检测，大众迈腾车燃油系统组成如图5-20所示。27（一）燃油系统的拆装1燃油系统高压卸除燃油系统的喷射装置由一个高压部件（最大约120bar）和一个低压部件（约6bar）构成。在打开高压区前，例如拆卸燃油压力传感器 G247前，必须先将高压区内的燃油压力降至约6bar的剩余压力。（

14、1）连接车辆诊断测试仪并执行引导型功能“卸除燃油高压”。（2）关闭点火开关。（3）将干净的抹布置于连接处周围。接通废气抽吸装置，并将吸油软管置于燃油箱装配口附近。如果没有废气抽吸装置，也可使用输送量超过 15 m3/h 的径流式风扇。（4）切断燃油泵的电流，方法是：取下燃油泵控制单元 J538的保险丝或拔出燃油泵控制单元 J538上的插头。（5）小心地将软管打开，以便降至约 6 bar 的剩余压力，同时要收集流出的燃油。（6）查询发动机控制单元故障存储器，并删除所有故障记录。282.高压油泵的拆卸和安装（1）拆下发动机盖罩。（2）将插头连接从燃油压力调节阀N276上拔下，如图5-21所示。（3

15、）依箭头方向松开卡箍，拔下供油软管，再拆下燃油管的锁紧螺母。（4）拉出高压油泵。293.高压喷油器的拆卸和安装（1）将须拆卸的喷油器上的插头连接拔下。（2）将高压喷油器的限位支撑环拆下。（3）连接起拔器。先将起拔器的内筒接到喷油器的切口中，再将外筒套在内筒上，并用螺栓固定，如图5-23所示。（4）用扳手沿箭头方向轻轻旋转螺栓，直至拉出喷油器。30（二）主要组成元件的检测1燃油压力传感器大众FSI发动机燃油压力传感器（G247）安装在高压油轨上，属于高压传感器，其结构原理与其它压力传感器类似。将高压油轨（燃油分配器）上燃油压力信号发送发动机控制单元（J623），J623控制着燃油压力调节阀（N2

16、76）接通或断开,实物外形及控制电路如图5-24所示。31 大众FSI发动机燃油压力传感器（G247）检测方法和步骤：（1）按维修手册要求，将燃油压力传感器从燃油分配器上拆下（图5-25中A位置）。（2）将燃油压力传感器测试仪拧入燃油分配器上。（3）将燃油压力传感器连接接到油压测试仪上（图5-25中B位置）。（4）按要求开启油压测试仪。（5）将车辆诊断测试仪连接到诊断接口上。（6）打开点火开关，操作车辆诊断测试仪。（7）分别读取油压测试仪和车辆诊断测试仪上燃油压力值。322.进气歧管翻板转换装置检查大众FSI发动机进气歧管翻板转换装置主要有翻板、翻板转换阀（N316）、翻板电位计（G336）等

17、组成。大众FSI发动机进气歧管翻板转换装置组成如图5-26所示。33（1）翻板转换装置漏气检查 将进气歧管翻板转换阀端的真空软管拔下，并与真空泵连接，如图5-27所示。反复操纵手动真空泵，如果真空执行元件不运动，则更换真空执行元件。34（2）翻板电磁阀检测翻板电磁阀结构如图5-28所示，检测内容包括线圈电阻测试及蓄电池供电驱动测试。1）拔下翻板电磁阀插头，用万用表测量电磁阀触点之间的电阻，标准值为2030(不同车型略有不同，请参照车辆维修手册)。若测量值未达到标准值时，应更换进气歧管翻板电磁阀。2）用蓄电池给电磁阀供电，将手动气泵连接管接头一端，按压气泵时能通气，否则，应更换进气歧管翻板电磁阀

18、。35（3）翻板电位计检测翻板电位计G336控制电路如图5-29所示，J623为发动机控制模块，N316为进气翻板气流控制阀，G336有三个端子，1#端子为5V电源，2#端子为进气翻板的开度信号，3#号端子为搭铁。首先检查1#端子为5V电压是否正常，3#号端子搭铁是否正常，最后驱动翻板检查2#端子进气翻板的开度信号电压是否连续变化。否则更换翻板电位计G336。363. 油泵控制电路检测迈腾发动机电控燃油喷射系统采用缸内直喷技术，其油泵控制电路如图5-30所示。油泵控制模块J538采集发动机控制模块J623的脉宽调制信号，控制燃油泵工作，使燃油压力保持在50500KPa。发动机启动时低压燃油压力

19、保持在600KPa左右，保证发动机顺利启动。油泵控制模块J538与车载电网控制单元J519相连，打开车门时对燃油泵进行短时间预油压控制。G为燃油量传感器，G6为电动燃油泵，油泵控制模块J538与仪表控制模块相连，实现燃油量的显示。37（1）通过执行元件诊断检测燃油泵 1）连接车辆诊断测试仪。2）将诊断线的插头插到驾驶员脚部空间内的诊断接口上。3）打开点火开关。4）依次按下显示屏上的车辆自诊断 、发动机电子装置和执行元件诊断按钮。5）观察燃油泵运转情况。燃油泵应工作，且慢慢加速，并能达到最高转速。（2）燃油泵不运转时故障诊断1）拔下燃油泵控制单元J538的插头连接，如图5-31所示。2）用万用表

20、检测触点1和6之间的电压，标准为蓄电池电压。3）如果供电电压不正常，则检查SC36保险的相应线路及接地点相应线路。4）如果供电电压正常，检查插头与带有燃油滤清器的法兰连接是否牢固，如果确定未断路，更换燃油泵输送单元。38（3）燃油泵控制单元J538端子T10P的检测1）拔下燃油泵控制单元J538的插头连接，打开点火开关到ON档。2）用万用表检测触点T10P/3和搭铁之间的电压，标准为蓄电池电压。3）用万用表检测触点T10P/2和搭铁之间的电压，瞬间为6V左右然后逐渐变小。4）首先连接好万用表检测触点T10P/7和搭铁之间，等待发动机控制模块休眠，打开车门瞬间为蓄电池电压。提供开车门时的燃油泵预

21、置油压驱动。5）启动发动机，用万用表检测触点T10P/2和搭铁之间的电压，发动机加速，T10P/2脚的控制电压从6V左右然后逐渐变大。实现油泵的转速控制。 实验实训391实训准备（1）准备好试验用直喷发动机、万用表、示波器、常用工具、诊断仪等。（2）掌握本次实训课所用仪器及设备的使用方法。（3）强调实训中的安全注意事项。2实训流程（1）根据维修手册提供信息查找直喷发动机相关元件安装位置。（2）利用诊断仪的部件驱动功能诊断相关元件，并记录诊断结果。（3）利用万用表测量相关元件的控制电路。思考练习401单选题（1）缸内直喷油束控制燃烧系统，是通过ECU调节高压油泵（ B ），改变油束贯穿深度，以满

22、足发动机低负荷的分层燃烧，实现良好的燃油经济性。A流量 B压力 C角度 D间隙（2）可变进气管进气系统是在发动机不同工况时，使进气歧管（ C ）不同，进而提高发动机各个工况的进气量A角度 B形状 C截面积 D间隙（3）为了提高空气运动速度，增加充气量，燃油直喷发动机在低速运转时采用（ A ）。A分层充气模式 B均质稀混合气模式 C均质混合气模式 D以上都有（4）压电式喷油器喷嘴针的移动是由压电晶体的膨胀偏移量驱动的，压电晶体的偏移程度取决于所施加的电压，当电压越高时，则（B ）。A行程越大 B行程越小 C行程不变 D以上都有可能（5）大众汽油缸内直喷发动机排放控制系统不仅设有宽频氧传感器等后期废气处理系统，还增设了（ D ）。A CO2催化净化器 BCO催化净化器 CCH 催化净化器DNOX 催化净化器412多选题（1）按照可燃混合气的控制方式，缸内直喷方式分为（ ABC ）三类。 A油束控制燃烧 B壁面控制