毕业论文-奥迪FSI发动机系统故障检修

1、PAGE PAGE 14毕业设计说明书课题名称： 奥迪FSI发动机系统故障检修 姓 名 学 号 二级学院（系） 专 业 班 级 指导教师 奥迪FSI发动机系统故障检修摘 要奥迪轿车在国内首先采用了FSI发动机技术，采用该项技术的发动机具有节能，高效低排放的优点，已成为车用汽油发动机一个十分重要的发展方向。本文首先介绍了FSI技术概念及其优缺点。在与进气道喷射发动机比较的基础上，研究了FSI 技术在充气系统、 燃油系统和排放系统中的工作原理，重点分析了FSI发动机分层充气、均质稀混合气、均质混合气三种模式。借鉴于柴油机的燃油喷射技术，奥迪FSI 发动机采用了分层注油和均匀注油两种模式，并分析了该

2、发动机对尾气的特殊净化技术。FSI技术有很大的发展潜力，将得到更大发展并将取代目前的进气道喷射技术。而本文还主要是对FSI发动机的工作原理进行了分析，并通过列举案例，对FSI发动机的常见故障进行分析、排查，提出解决方案。关键词： 常见故障；工作原理；FSI发动机目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc316742041 摘 要 PAGEREF _Toc316742041 h 1 HYPERLINK l _Toc316742042 第一章 绪论 PAGEREF _Toc316742042 h 3 HYPERLINK l _Toc316742043 第二章 奥迪FS

3、I发动机的基本工作原理 PAGEREF _Toc316742043 h 4 HYPERLINK l _Toc316742044 2.1充气系统 PAGEREF _Toc316742044 h 4 HYPERLINK l _Toc316742045 2.1.1分层充气模式 PAGEREF _Toc316742045 h 5 HYPERLINK l _Toc316742046 2.1.2均质稀混合气模式 PAGEREF _Toc316742046 h 5 HYPERLINK l _Toc316742047 2.1.3匀质混合气模式 PAGEREF _Toc316742047 h 6 HYPERLI

4、NK l _Toc316742048 2.2燃油系统 PAGEREF _Toc316742048 h 6 HYPERLINK l _Toc316742049 2.3排放系统 PAGEREF _Toc316742049 h 7 HYPERLINK l _Toc316742050 第三章 FSI发动机常见的故障检修 PAGEREF _Toc316742050 h 9 HYPERLINK l _Toc316742051 3.1奥迪A6 2.8 FSI 发动机怠速故障检修 PAGEREF _Toc316742051 h 9 HYPERLINK l _Toc316742052 3.2奥迪A6 2.8L的

5、发动机无高压火启动不着 PAGEREF _Toc316742052 h 9 HYPERLINK l _Toc316742053 3.3 奥迪 A6 28L 发动机起动困难案例 PAGEREF _Toc316742053 h 10 HYPERLINK l _Toc316742054 第四章 总结 PAGEREF _Toc316742054 h 12 HYPERLINK l _Toc316742055 参 考 文 献 PAGEREF _Toc316742055 h 13第一章 绪论传统的汽油发动机是通过电脑采集凸轮轴位置以及发动机各相关数据从而控制喷油嘴将汽油喷入进气歧管，汽油在歧管内开始混合，然

6、后再进入到汽缸中燃烧。空气与汽油的最佳混合比是14.7/1（也就是理论空燃比）。传统发动机由于汽油跟空气是在进气歧管内混合，那么他们只能均匀的混合在一起，所以必须达到理论空燃比才能获得较好的动力性和经济性，但由于喷油嘴离燃烧室有一定的距离，汽油同空气的混合情况受进气气流和气门开关的影响较大，并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上，这使得理论空燃比很难达到，因此传统发动机存在严重的排放问题和耗能问题。近年来，随着车用发动机排放造成的环境污染问题和能源危机问题日益突出，世界各大汽车厂商都制造了自己独特的发动机。如汽油缸内直喷、涡轮增压、自发点火、可变火花点火、可变压缩比、可变排量、全电子控制气门等。其中

7、奥迪的汽油机缸内直喷技术的优点还是很明显的，无论是节能或者是排放效果，都是十分显著。它的到来，已成为发动机一个十分重要的发展方向。FSI发动机是Fuel Stratified Injection，意思是燃油分层喷射，是基于GDI（缸内直喷式发动机）的一种技术。与常规的气道喷射点燃式发动机相比，FSI通过一个活塞泵提供所需的100bar以上的压力，将汽油提供给位于汽缸内的电磁喷射器，再将燃油直接喷入燃烧室，由于喷雾的气化冷却作用，它优化了充气效率，由于实现了汽油机的质调节，不再需要节气门，大大降低了进气损失，分层燃烧减少了发动机的传热损失，从而增大了满负荷的输出功率并降低了部分符合的燃油消耗。它

8、最大的优化了进气的混合效率，是高效节油和大功率输出不再矛盾。 XE 第一章 绪论 第二章 奥迪FSI发动机的基本工作原理FSI燃烧方式基本只限于均匀燃烧。由于以下原因，“分层充气”的运行工况是无法实现的。在发动机转速较低及发动机负荷较小时，体积较大的6缸发动机比小排量的4缸发动机的热负荷要小些，由于废气的温度较低催化净化器就无法达到处理NOX的工作温度（600以上）。 “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3750r/min或发动机负荷低于40时，进气歧管翻板是关闭的(由发动机特性曲线决定)。下部进气道被封闭，被吸入的空气就会通过上部进气道加速后呈紊

9、流状流入燃烧室，燃油喷射发生在进气冲程中。2、进气歧管翻板打开时的均匀燃烧10。在发动机转速高于3750r/min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。这个过程是通过个大容量的双级进气管来实现的，该进气管这时切换到功率工况(短进气管)，燃油喷射也是发生在进气冲程中。FSI发动机与传统的燃油喷射系统在工作原理上有一定的差异。主要表现在充气系统、燃油系统和排放系统三方面。图2-1 FSI发动机结构示意图2.1充气系统FSI发动机采用的是类似柴油机工作方式将高压汽油直接喷入气缸爆发燃烧以获得动力。相对于传统的汽油发动机而言，采用这种工作方

10、式后由于汽油直接喷入每一个气缸，结合稀薄燃烧技术，使汽油直喷发动机在部分负荷范围内采用专门的充气模式来工作成为了现实。现在的FSI发动机具有三种工作方式：分层充气模式、均质稀混合气模式、均质混合气模式。在不同的工况下采用不同的空燃比。FSI发动机按照发动机负荷工况，基本上可以自动选择在低负荷时为分层稀薄燃烧，在高负荷时则为均质理论空燃比（14.614.7）燃烧。在中间负荷状态时，采用均质稀混合气模式。在三种运行模式中，燃料的喷射时间有所不同，真空作用的开关阀进行开启/关闭来控制进气气流的形态。2.1.1分层充气模式在这种工作模式中空燃比为1.63。在分层充气模式下，空气经过接近全开的节气门（节

11、气门不能完全打开，因为总是得保持一定的真空用于活性炭罐装置和废气再循环装置）引入燃烧室。此时，进气歧管翻板会将下部进气道完全关闭，这样吸入的空气在上部进气道流动的速度就加快了，于是空气会呈旋涡状流入气缸内。活塞上的凹坑会增强这种涡旋流动效果，与此同时，节气门会进一步打开，以便尽量减小节流损失。在压缩行程上止点前约60时，高压燃油以50110bar的压力喷入到火花塞附近。燃油的喷射时刻对混合气的形成有很大的影响，混合气形成只发生在4050曲轴角之间，如果曲轴角小于这个范围就无法点燃混合气，如果曲轴角大于这个范围混合气就变成均质充气了，如此稀薄的均质混合气是无法点燃的。由于燃油喷射角非常小，所以燃

12、油雾气实际并不与活塞顶接触，所以称之为所谓的“空气引入”方式。并且只在火花塞附近聚集了具有良好点火性能的混合气，这些混合气在压缩行程中被点燃。另外在燃烧后，被点燃的混合气与气缸壁之间会出现一个隔离用的空气层，它的作用是降低通过发动机缸体散发掉的热量，提高了热效率。分层充气模式并不是在整个特性曲线范围内都能实现的。特性曲线范围受到限制，这是因为当负荷增大时，需要使用较浓的混合气，燃油消耗方面的优势也就随之下降了。另外当空燃比小于1.4时，燃烧稳定性就变差了，这是因为转速升高后，混合气准备时间就不足了，且空气的涡旋流动也对燃烧稳定性产生不利的影响。2.1.2均质稀混合气模式这种工作模式的空燃比为1

13、.55左右，在这种工作模式下也和分层充气一样是节气门开度大，进气歧管关闭。只不过是在点火上止点前300左右时喷入燃油，形成混合气的时间也就比较长，有利于形成均匀的稀混合气，此种工作模式称为均质稀混合气模式。均质稀混合气模式是一种特殊的工作模式，像分层充气模式一样也只能在一定的转速范围内正常工作，并且还需要满足以下条件：a.没有与排放系统有关的故障。b.冷却液温度必须超过50。c.氮氧化物催化转换器的温度为250500范围内。d.进气道翻板必须保持关闭状态。均质稀薄燃烧，在这种运行模式中，燃油在进气冲程喷射，并且由于产生加速稀薄混合气燃烧的纵涡流，开关阀被关闭。这时，阻碍燃烧的废气再循环（EGR

14、）暂不进行。与均质理论空燃比燃烧不同的是，吸入空气量超过燃油喷射量燃烧的需要，此时的过量空气系数大于1。2.1.3匀质混合气模式均质混合气模式的空燃比为1。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。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

15、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。2.2燃油系统FSI燃料分层喷射技术代表着传统汽油发动机的一个发展方向。传统的汽油发动机是通过电脑采集凸轮位置以及发动机各相关工况从而控制喷油嘴将汽油喷入进气歧管。但由于喷油嘴离燃烧室有一定的距离，汽油同空气的混合情况受进气气流和气门开关的影响较大，并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上。 HY

16、PERLINK /price/pb1/ t _blank 奥迪轿车FSI发动机利用一个高压泵，使汽油通过一个分流轨道（共轨）到达电磁喷油器，然后通过电脑控制喷射器将燃料在恰当的时间直接注入燃烧室，其控制的精确度接近毫秒。其特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。稀燃技术的混合比高达25:1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点火的浓混合气，混合比达到12:1左右，外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后，燃烧迅速扩散至外层。2.3排放系统缸内直喷技

17、术是伴随着稀燃技术的产生而产生的。由于环保的需要，及实现可持续发展的要求，要求除对于如NOX、CO、HC这些有害气体尽可能的减少外，尽量减少能形成温室效应的CO2和相应的减少能源的浪费已成为当今发动机发展的方向。据试验，在空燃比等于30的稀混合气模式下发动机依然可以工作，因此采用FSI技术其节油效果最高可达20%。稀薄燃烧技术的一个障碍是NOX的净化，这是因为在富氧环境中会产生大量的NOX，为了解决此问题，FSI发动机配置了NOX存储式催化净化反应器。FSI发动机的排气系统中可以看出，在靠近发动机一侧安装有常用的三元催化反应器，反应器的前后各有一个氧传感器来监控工作状态。在NOX存储式催化净化

18、反应器前部的排气温度传感器将测得的排气温度传给发动机控制单元，发动机控制单元用此温度计算NOX存储式催化净化反应器的温度。并将此信息用于下面两种情况： 1、在分层充气模式时混合气是比较稀的，并且NOX只有在250500之间才能存储在NOX存储式催化净化反应器内。因此发动机控制单元用此信息在监控分层充气模式时的排气温度，在温度达不到NOX存储式催化净化反应器正常工作要求时，通过发动机控制单元推迟点火时刻和工作模式等方法使之迅速达到催化的工作温度。 2、NOX存储式催化净化反应器的结构和三元催化净化器是一样的，反应器的涂层另外用氧化钡处理过，这就可使氮氧化物在温度为250500之间时通过形成硝酸盐

19、而存储起来。除了形成硝酸盐外，燃油中所含的硫也会存储起来。NOX存储式催化净化反应器的存储能力是有限的，其饱和度由NOX传感器来通知发动机控制单元，发动机控制单元会采取一定的措施来对NOX存储式催化净化反应器进行还原。还原过程分成两种。 a.氮氧化物的还原。当NOX存储式催化净化反应器内的氮氧化物的浓度超过发动机控制单元内的规定值时，就会发生氮氧化物的还原过程。发动机控制单元使得发动机从分层充气模式切换到均匀模式，混合气变浓，排放的尾气温度升高，NOX存储式催化净化器内的温度也就升高，此时所形成的硝酸盐变得不稳定，当环境条件符合还原时，硝酸盐就可以分解了。这时氮氧化物就转换成无害的氮气，存储的

20、硝酸盐清空后，该循环又重新开始。 b.硫的还原。这是个单独的过程，因为产生的硫的化学稳定性很高，这些硫在氮氧化物的还原过程中是不会分解的。硫也会占据存储空间，这会导致在较短的间隔内存储式催化净化器就会饱和。一旦超过了规定值，发动机管理系统就会采取从分层充气模式切换到均质模式工作或者是将点火时刻延迟等措施。这就将存储式催化净化器的工作温度提高到650左右，产生的硫就发生反应并形成二氧化硫。如果燃油中含硫较少，那么除去硫的时间间隔也长，但燃油含硫多，就会经常进行这种还原过程。在大负荷、高转速行车时会自动去硫。第三章 FSI发动机常见的故障检修 在奥迪4S店实习期间，接到几个奥迪车比较典型的故障实例

21、，现将故障现象、排除方法作以下介绍。3.1奥迪A6 2.8 FSI 发动机怠速故障检修 故障现象：发动机怠速低，有时熄火。但挂上R档、D档及其他进步档后，怠速就正常。 故障诊断与解除过程：试车，确实是怠速不良，有时转速特别低，若油节制欠好就熄火。但挂上档后，在停车的状态下怠速正常，没有熄火迹象。仔细分析，故障应该在怠速节制部门，即基础怠速节制不良，而当挂上进步档或者倒档时，发动机电控单元EDU对怠速进行修正，即提高怠速，发动机能正常运转。该车发动机怠速节制采用的是转动阀心式怠速旁通节制方式。它直接由发动机ECU节制开度大小，从而决议怠速。检查怠速稳定阀：（1）测量其电阻值在规定范围7-11，属

22、正常。（2）检查机械性能：将插头插到拆下的怠速稳定阀上，打开点火开关，使故障诊断仪 V.B.G1552进入执行元件诊断功效，操纵怠速稳定阀，转动阀心能从一个极限位置移动到另一个极限位置。（3）阀心没有磨损痕迹。经过检测均属正常。节制电压不用测量，因为发动机 EDU 在挂上档后能控制怠速稳定阀；应重点检查机械性能，拆下怠速稳定阀，看到阀内有一层厚厚的积炭，用化油器清洗剂清洗后，测试时没有发现存卡滞的地方，说明怠速稳定阀没有问题。拆下怠速稳定阀旁的节气门体，共进行了清洗。 更换一组火花塞。装好后试车，怠速恢复正常、挂上档后怠速也正常，故障 6排除 。3.2奥迪A6 2.8L的发动机无高压火启动不着

23、故障现象：该车在行驶途中突然熄火，再打起动机，无着火现象，发动机不能启动。 故障诊断与解除过程：该车在拖回修理厂之前，首先在现场进行了维修。先把发动机的上部的装饰板拆掉，进行火花塞高压线的跳火实验。在启动发动机时，高压线对缸体不跳火，打开油箱盖，用耳朵贴近油箱口，再打起动机，可以听到电动汽油泵清晰的泵油声。初步诊断，该车起动不着是无高压火导致的。 该车拖回修理厂后， 用金德 K8 汽车多功能检测仪读取电控单元内的故障码。在该车机舱左侧保险盒内找到故障诊断插座，然后把金德 K8 检测仪与故障诊断插座连接好，置点火开关与“ON”的位置，调出两个故障码：00515 和 00514。00515 表示霍

24、尔传感器没有信号，00514 表示点火正时传感器和曲轴位置传感器没有信号。 根据故障码显示内容，首先从 V 型发动机左侧缸体后部把霍尔传感器卸下，发现其塑料体已有裂纹。用万用表红表笔接霍尔传感器“+”端子，测量“+” “-”两端子之间的电阻值。测量结果显示为无穷大（正常值为 2.4K左右），将红、黑表笔颠倒测量，结果还是无穷大（正常值为 500左右），说明霍尔传感器已坏，需更换新件。 接着把点火正时传感器从发动机左侧下部拆卸下来，发现其触点上沾满污垢。把点火正时传感器和线束之间的连接器脱开，用万用表欧姆档测得端子1和2之间的电阻为1.1k，端子1和3之间的电阻为无穷大，表明点火正时传感器正常。

25、用化油器清洗剂把点火正时传感器触头上的污垢清洗掉，然后装好复原。置点火开关与“ON”位置，启动发动机，发动机顺利着火，故障完全排除。 故障分析：汽车行驶途中突然熄火，然后不嫩启动的原因多为电路问题。本例正是由于点火系出现故障，导致无高压火引起发动机无法启动。在进行该奥迪 A6 轿车维修时，要明确两点：一是拥有先进的汽车检测仪，才能快速的诊断出故障；二要对出现故障的点火系统结构、原理有清楚的认识。奥迪 A6 采用电脑控制的无分电器式点火系统。其特点是每两缸配置一个点火线圈，三个点火线圈为一个整体，安装在发动机前部。在启动发动机时，电脑接收到点火正时传感器和霍尔传感器的输入信号后，便发出指令控制点

26、火线圈放大极（N122）按点火顺序激发点火线圈并给各汽缸点火。 点火时由一个点火线圈控制的两个汽缸的火花塞同时跳火，但有 效跳火发生在压缩终了的汽缸内，而无效跳火则发生在排气终了的汽缸内 。 3.3 奥迪 A6 28L 发动机起动困难案例 故障现象：车 型：奥迪 A6 28L 轿车。冬季不易起动，有时甚至无法起动。但如果能起动，则全天不出现起动困 难，发动机运转正常。 诊断与排除：首先用故障诊断仪 VAG1551 对发动机电脑进行检测，无故障码出现。对电控系统进行诊断，也未发现问题。怀疑是燃油供给系统在冷车时供给的混合气达不到相应的浓度。检测冷车时供油系统的供油压力，怠速下燃油压力标准为 32

27、0380kPa，关闭发动机 10min 后，保持压力大于 220kPa。怠速时拆下真空软管，油压力为 380420kPa，测喷油器的喷油脉宽以及喷油量，发现喷油量虽然符合要求，但偏向规定值下限标准 85100m1，清洗喷油器及节气门体，装复后试车，起动效果有所好转但几天后故障重现，火花塞不跳火。从电路图得知， 发动机点火系统能否正常工作，在信号源上取决于发动机的转速传感器 G28，G28 是一个集点火基准信号和曲轴位置信号于一体的传感器。检查此传感器，发现传感器的接线有问题，线路接头已被截去，只剩下导线相互连接。剥开连接处，发现信号线与屏蔽线接在了一起。将信号线与屏蔽线恢复正常后，故障排除。

28、说明：该故障完全是人为造成的。冷车不易起动，是因为起动转速和起动电压 在冷车时都有所下降， 尤其是在冬季。而信号源脉冲信号的强弱完全取决于发动机转速的高低，再加上线路接错，使一部分信号被屏蔽，造成 ECU 无法感知 8发动机是否处于起动阶段，不发出点火信号 。第四章 总结这些日子的论文撰写与修改中让我感受到FSI给发动机的喷射方式带来了革命，它让一款普通发动机的各种性能都得到了提升，而FSI再往上发展就变得更加容易了FSI汽油直喷技术，可使气缸得到明显的冷却，并降低爆震现象的产生。动力更强、燃油效率更高，可有效降低油耗。 这对于走在节能环保一线的公商务人士来讲，无疑是很好的选择作为一名奥迪的员工