汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)課件第2章 燃油直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)

FSI技術(shù)燃油直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)●發(fā)動(dòng)機(jī)工況---即發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況。一般用它的功率與轉(zhuǎn)速來(lái)表示，也可以用轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門(mén)開(kāi)度表示。節(jié)氣門(mén)全開(kāi)時(shí)功率就達(dá)到這一轉(zhuǎn)速下的最大值?！癜l(fā)動(dòng)機(jī)的工況有多個(gè)，但根據(jù)汽車(chē)運(yùn)行特點(diǎn)可將其分為：起動(dòng)；怠速；中等負(fù)荷；全負(fù)荷和加速等五種基本工況?！癜l(fā)動(dòng)機(jī)各工況對(duì)混合汽濃度的要求(化油器式和大部分進(jìn)氣道噴射汽油機(jī))：2.1燃油直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)概述●起動(dòng)：λ=0.2～0.6(非常濃的混合氣)(A/F=2.9～8.8)●怠速：λ=0.6～0.8(較濃的混合氣)(A/F=8.8～11.8)●中等負(fù)荷：λ=0.9～1.11（經(jīng)濟(jì)混合氣）(A/F=13.2～16.3)●全負(fù)荷：λ=0.8～0.9（功率混合氣）(A/F=11.8～13.2)●加速：額外供給一部分油?！袢紵舷蓿害?0.4(A/F=5.9)●燃燒下限：λ=1.4(A/F=20.6)●傳統(tǒng)的汽油機(jī)（包括化油器式和大部分進(jìn)氣道噴射汽油機(jī)），一般在空燃比A/F=12.6～17(λ=0.86～1.16)范圍內(nèi)工作,其混合氣是均質(zhì)的?！袼^稀薄燃燒汽油機(jī)是一個(gè)范圍內(nèi)很廣的概念，只要A/F>17（λ>1.16)就可以稱(chēng)為稀薄燃燒汽油機(jī)。缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)，可在A/F=25～50（λ=1.7～3.4）范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。為什么采用汽油直噴技術(shù)？●在稀薄燃燒時(shí)，通過(guò)進(jìn)一步打開(kāi)節(jié)氣門(mén)，減少進(jìn)氣截流損失；●在稀薄燃燒和均質(zhì)稀薄燃燒時(shí),混合氣消耗少；從而減少燃料消耗,直噴發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)省燃料15%左右?！裨谙”∪紵龝r(shí)，熱效率高,因?yàn)槿紵话l(fā)生在火花塞附近?！袢加蛧娚湓趬嚎s沖程快結(jié)束時(shí)出現(xiàn).發(fā)動(dòng)機(jī)在盡量低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行,最低的四缸可達(dá)到400R/min?！竦偷膹U氣排放，能夠滿(mǎn)足高的排放標(biāo)準(zhǔn)。直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的三種工作模式：分層充氣模式均質(zhì)稀混合氣模式均質(zhì)混合氣模式2.2燃油直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)2.0lFSI發(fā)動(dòng)機(jī)分層充氣模式分層充氣模式吸氣進(jìn)氣翻板完全關(guān)閉下部進(jìn)氣通道被吸進(jìn)來(lái)的空氣以渦流形式通過(guò)上部的進(jìn)氣通道加速進(jìn)入氣缸活塞的擾流槽加劇了紊流效應(yīng)同時(shí)節(jié)氣門(mén)張開(kāi)，盡量減少節(jié)流損失分層充氣模式壓縮在到達(dá)點(diǎn)火時(shí)間之前的很短時(shí)間里，以50－100bar的壓力向火花塞附近噴射燃油燃油噴射有一個(gè)平面角度，以避免油氣混合物與活塞底部接觸，以便能夠擴(kuò)大分層充氣模式的轉(zhuǎn)速和功率范圍（進(jìn)氣組織引導(dǎo)式燃燒方式）在火花塞附近形成可燃混合氣分層充氣模式做功在火花塞周?chē)c(diǎn)燃混合氣在燃燒的混合氣和缸壁之間形成一個(gè)氣體分層，這樣能夠改善缸體散熱損失，提高了熱效率，同時(shí)，燃油噴入降低進(jìn)氣的溫度，降低了爆震的可能性，可以提高壓縮比。注：★只有混合好的氣霧被點(diǎn)火燃燒。★混合好的氣霧周?chē)臍怏w起隔離作用。其結(jié)果是：缸壁熱損耗小熱效率提高了★點(diǎn)火時(shí)刻范圍窄混合形成區(qū)分層充氣模式混合氣形成：混合氣形成只發(fā)生在活塞到達(dá)上止點(diǎn)的40～50°曲軸角之間。如果曲軸角小于這個(gè)范圍無(wú)法點(diǎn)燃混合氣如果曲軸角大于這個(gè)范圍混合氣就變成均質(zhì)充氣了?？諝?燃油比=1.6～3(A/F=23.5～44).分層充氣模式分層工作模式的條件：發(fā)動(dòng)機(jī)處于相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和載荷范圍系統(tǒng)沒(méi)有存儲(chǔ)排放相關(guān)故障冷卻液溫度高于50℃NOX存儲(chǔ)式催化凈化器溫度必須在250℃

～500℃之間進(jìn)氣翻板關(guān)閉節(jié)氣門(mén)不能全部打開(kāi)，由于活性炭罐，必須保持較低的背壓發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的扭矩只通過(guò)噴油量來(lái)調(diào)節(jié)，這里進(jìn)氣量和點(diǎn)火角度對(duì)于扭矩只有較小的影響進(jìn)氣和分層充氣模式一樣節(jié)氣門(mén)打開(kāi)進(jìn)氣翻板關(guān)閉均勻稀薄模式燃油在進(jìn)氣沖程中就已經(jīng)噴入汽缸，噴油提前角大約上止點(diǎn)前300°曲軸轉(zhuǎn)角。空燃比大約為=1,55---(A/F=22.8).均勻稀薄模式混和氣形成有更多的時(shí)間可用于均勻混合物形成均勻稀薄模式燃燒在整個(gè)氣缸內(nèi)均勻燃燒點(diǎn)火正時(shí)可以自由確定進(jìn)氣節(jié)氣門(mén)在操縱油門(mén)踏板后打開(kāi)進(jìn)氣翻板在相應(yīng)的工作點(diǎn)后打開(kāi)或者關(guān)閉在部分載荷以及中等轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)關(guān)閉均質(zhì)混合氣模式均質(zhì)混合氣模式噴油、混合氣形成和燃燒過(guò)程與均勻稀薄模式一樣?？杖急?1

“均勻燃燒”工況可分為兩種狀態(tài)：１.進(jìn)氣歧管翻板關(guān)閉時(shí)的均勻燃燒：在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于3750轉(zhuǎn)／分或發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷低于40%

時(shí)，進(jìn)氣歧管翻板是關(guān)閉的（由特性曲線(xiàn)決定）。下部進(jìn)氣道被封閉，于是被吸入的空氣就會(huì)通過(guò)上部進(jìn)氣道加速后呈紊流狀流入燃燒室，燃油噴射發(fā)生在進(jìn)氣行程。２．進(jìn)氣歧管翻板打開(kāi)時(shí)的均勻燃燒：在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于3750轉(zhuǎn)／分或發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷高于40%時(shí)，進(jìn)氣歧管翻板是打開(kāi)的，這樣就可保證發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷時(shí)獲得更多的進(jìn)氣量。同時(shí)這個(gè)過(guò)程雙級(jí)進(jìn)氣管切換到功率工況（短進(jìn)氣管），燃油噴射發(fā)生在進(jìn)氣行程中。FSI工作模式綜述（大眾技術(shù)）工作模式分層充氣均勻稀薄均勻功率、轉(zhuǎn)速范圍中等較高滿(mǎn)載λ值1.6-3大約1.51進(jìn)氣翻板關(guān)閉下通道關(guān)閉下通道最高轉(zhuǎn)速和載荷時(shí)打開(kāi)中等轉(zhuǎn)速和載荷時(shí)關(guān)閉節(jié)氣門(mén)開(kāi)度最大開(kāi)度最大開(kāi)度根據(jù)載荷大小由駕駛員調(diào)節(jié)混合氣形成可燃混合氣聚集在火花塞周?chē)?，外層是新鮮空氣和倒流的尾氣均勻的混合氣分布在整個(gè)燃燒室內(nèi)均勻的混合氣分布在整個(gè)燃燒室內(nèi)燃燒可燃混合氣被點(diǎn)燃，外層空氣作為絕熱層減少熱量損失，提高熱效率可燃混合氣在整個(gè)燃燒室均勻燃燒可燃混合氣在整個(gè)燃燒室均勻燃燒FSI工作模式綜述（奧迪技術(shù)）工作模式分層充氣均勻稀薄均勻功率、轉(zhuǎn)速范圍怠速、中速較高滿(mǎn)載λ值1.6-3大約1.51進(jìn)氣翻板按照特性圖動(dòng)作按照特性圖動(dòng)作按照特性圖動(dòng)作節(jié)氣門(mén)開(kāi)度最大開(kāi)度最大開(kāi)度根據(jù)載荷大小由駕駛員調(diào)節(jié)混合氣形成可燃混合氣聚集在火花塞周?chē)?，外層是新鮮空氣和倒流的尾氣均勻的混合氣分布在整個(gè)燃燒室內(nèi)均勻的混合氣分布在整個(gè)燃燒室內(nèi)燃燒可燃混合氣被點(diǎn)燃，外層空氣作為絕熱層減少熱量損失，提高熱效率可燃混合氣在整個(gè)燃燒室均勻燃燒可燃混合氣在整個(gè)燃燒室均勻燃燒

2.0lFSI簡(jiǎn)圖新式的燃油直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)由一個(gè)可按需要調(diào)節(jié)的燃油泵來(lái)供油。開(kāi)發(fā)這種按需要來(lái)調(diào)節(jié)的裝置就是為了降低燃油泵所消耗的電能，從而可節(jié)省燃油。燃油泵只供應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的燃油量，這個(gè)燃油量是根據(jù)規(guī)定的系統(tǒng)壓力得出的。這個(gè)過(guò)程由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）和一個(gè)電子功率控制裝置來(lái)完成，這個(gè)電子功率控制裝置通過(guò)脈沖寬度調(diào)制來(lái)調(diào)節(jié)燃油泵的轉(zhuǎn)速。2.3燃油直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給系統(tǒng)燃油供給功率電子帶有壓力限制閥的汽油濾清器

G410高壓泵噴油嘴G247

帶傳感器的汽油泵油軌50-110bar

0,25-6barN276在低壓系統(tǒng)內(nèi)，燃油借助于電子燃油泵以大約6bar的壓力輸入至高壓泵中在高壓系統(tǒng)中，燃油以40-110bar的壓力流動(dòng)（與發(fā)動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)速相關(guān)）在2.0lFSI發(fā)動(dòng)機(jī)里，單活塞高壓泵通過(guò)燃油量調(diào)節(jié)電磁閥建立起燃油壓力，并且通過(guò)燃油分配管泵入四個(gè)高壓分配電磁閥泄壓閥防止高壓區(qū)壓力過(guò)高，當(dāng)高壓超過(guò)120bar時(shí)會(huì)打開(kāi)燃油泵只提供系統(tǒng)工作所需要的燃油量燃油量通過(guò)燃油量調(diào)節(jié)電磁閥來(lái)調(diào)節(jié)2.0lFSI功能單活塞高壓泵通過(guò)凸輪軸用機(jī)械方式驅(qū)動(dòng)電子燃油泵為高壓泵提供大約6bar的預(yù)壓力高壓泵在油軌內(nèi)產(chǎn)生系統(tǒng)所需的高壓壓力衰減器將高壓系統(tǒng)內(nèi)的壓力波動(dòng)進(jìn)行過(guò)濾油量調(diào)節(jié)閥N290壓力衰減器凸輪燃油泵驅(qū)動(dòng)凸輪單活塞高壓泵泵活塞向下行程燃油以1至6bar的預(yù)壓力通過(guò)入口閥流入泵室。此外，燃油也會(huì)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，燃油軌內(nèi)的壓力提升，燃油被壓入燃油分配管內(nèi)。進(jìn)流電磁閥止回閥泵活塞建立壓力油量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)燃油軌里的燃油壓力油量調(diào)節(jié)電磁閥在供油行程結(jié)束之前進(jìn)行調(diào)節(jié)，泵室內(nèi)的壓力下降燃油流向泵的吸入側(cè)止回閥阻止燃油分配管的油軌壓力下降燃油量調(diào)節(jié)電磁閥止回電磁閥壓力調(diào)節(jié)燃油量調(diào)節(jié)閥泵空間高壓接口燃油輸送高壓活塞壓力衰減器線(xiàn)圈電磁針閥轉(zhuǎn)子燃油量調(diào)節(jié)電磁閥N290燃油量調(diào)節(jié)電磁閥出于安全考慮，不通電時(shí)開(kāi)啟線(xiàn)圈通電建立磁場(chǎng)，噴油針閥被壓在其支座上一旦達(dá)到油軌壓力時(shí)，燃油的流動(dòng)中止磁場(chǎng)消退，噴油針閥提升，不需要的燃油量將導(dǎo)回低壓循環(huán)管路中燃油量調(diào)節(jié)閥三活塞高壓泵高壓燃油泵的驅(qū)動(dòng)輪由進(jìn)氣凸輪軸驅(qū)動(dòng)，在驅(qū)動(dòng)輪邊上是擴(kuò)展凸輪，擴(kuò)展凸輪安裝在活塞環(huán)上。驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，擴(kuò)展凸輪隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，形成泵活塞的前進(jìn)和后退沖程后退沖程中，燃油將從低壓燃油系統(tǒng)中吸入前進(jìn)沖程中，燃油將被泵入燃油分配管燃油壓力傳感器殼體插頭傳感器元件（阻尼元件）ASIC壓力接口隔離塊導(dǎo)板接觸刷燃油壓力傳感器測(cè)量油軌內(nèi)的燃油壓力精確保持油軌內(nèi)的燃油壓力對(duì)于有害排放物的排出、消除噪音以及發(fā)動(dòng)機(jī)的功率都有重要的影響燃油壓力在一個(gè)完整的調(diào)節(jié)循環(huán)內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，傳感器的測(cè)量誤差小于2%傳感器的核心由鋼膜構(gòu)成，鋼膜的振動(dòng)由可變電阻衰減一旦待測(cè)的壓力值通過(guò)壓力通道在膜片一側(cè)產(chǎn)生作用，可變電阻產(chǎn)生變形，同時(shí)電阻值也相應(yīng)發(fā)生變化在傳感器內(nèi)部有一個(gè)分析電子模塊發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元為傳感器提供工作電壓：5Volt壓力升高，電阻值下降，信號(hào)電壓升高燃油壓力傳感器特征曲線(xiàn)輸出電壓傳感器損壞最大壓力最小壓力傳感器損壞140bar和壓力相關(guān)的信號(hào)電壓任務(wù)：燃油精細(xì)霧化正確定量噴射噴入燃燒室內(nèi)正確的噴射范圍正確的噴射正時(shí)進(jìn)氣管?chē)娮?6000U/min20msFSI分層充氣模式 6000U/min5ms

電磁閥的調(diào)節(jié)基于壓差，燃油直接噴射進(jìn)入燃燒室高壓噴射電磁閥噴射電磁閥將燃油直接噴射進(jìn)入燃燒室它是一個(gè)單孔噴嘴，輻射角度為70°輻射傾斜角為20°這樣就可以在短時(shí)間內(nèi)噴射出大量的燃油高壓噴射電磁閥3,2lFSI發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)蓄電池燃油濾清器燃油箱高壓泵2.1壓力限制閥回流管壓力限制閥車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元車(chē)門(mén)接觸(司機(jī)側(cè))燃油低壓傳感器G410舒適控制單元保險(xiǎn)絲屏蔽的分配管?chē)娪烷y供油單元燃油壓力傳感器G247分配管車(chē)門(mén)控制單元駐車(chē)加熱CAN電纜30燃油泵控制單元J538壓力限制閥:低壓:高壓活塞密封高壓泵EngineM供油泵燃油箱G247高壓噴油閥N290壓力緩沖器G410燃油系統(tǒng)

低壓入口噴油閥高壓泵驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)G410高壓燃油泵壓力限制閥高壓傳感器G247N290燃油系統(tǒng)—高壓管路ONOFF去往油軌來(lái)自燃油箱燃油壓力低壓傳感器G410壓力緩沖器燃油計(jì)量閥N290(不通電時(shí)是打開(kāi)的)低壓進(jìn)油閥高壓閥燃油系統(tǒng)—高壓泵燃油計(jì)量閥N290調(diào)節(jié)燃油系統(tǒng)中高壓部分的燃油壓力，出于安全考慮，該閥在不通電時(shí)是打開(kāi)的。給線(xiàn)圈加電后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，于是閥針就被拉回。油軌內(nèi)達(dá)到要求的燃油量和燃油壓力時(shí)(G247),這個(gè)激勵(lì)過(guò)程后就停止了。磁場(chǎng)消失，閥針壓到閥上，多余的燃油被引回到低壓回路中。燃油計(jì)量閥N290吸油行程凸輪的形狀和活塞彈簧力使得泵活塞向下運(yùn)動(dòng)。由于泵內(nèi)容積增大以及預(yù)工作壓力的作用，燃油就跟著流入。這時(shí)低壓閥被保持在打開(kāi)狀態(tài)。N290未通電。高壓閥來(lái)自油箱

N290通向油軌的高壓接口低壓進(jìn)油閥燃油系統(tǒng)—高壓泵工作行程凸輪將泵活塞向上推。這時(shí)還不能建立起壓力，因?yàn)镹290未通電。這可防止低壓閥關(guān)閉。燃油就被送回到低壓系統(tǒng)內(nèi)和高壓泵的壓力緩沖腔內(nèi)。

燃油系統(tǒng)—高壓泵壓縮行程發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元給N290通電。銜鐵被拉緊。泵內(nèi)壓力將低壓進(jìn)油閥壓入其座內(nèi)。如果泵內(nèi)壓力超過(guò)油軌內(nèi)壓力，那么止回閥被沖開(kāi)，油軌開(kāi)始得到燃油供應(yīng)。燃油系統(tǒng)—高壓泵燃油系統(tǒng)--燃油壓力傳感器

G247壓力接頭傳感器元件(應(yīng)變電阻)印刷電路板殼體間隔塊集成的開(kāi)關(guān)電路接觸刷作用有壓力球閥彈簧過(guò)濾器預(yù)供油壓力(低壓)油軌壓力(高壓)燃油系統(tǒng)--壓力限制閥銜鐵自由行程燃油系統(tǒng)--噴油閥2.0lFSI的排氣系統(tǒng)簡(jiǎn)圖分層充氣模式Lambda探針三元催化反應(yīng)器發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元CAN總線(xiàn)Lambda探針溫度傳感器NOx傳感器NOx存儲(chǔ)催化轉(zhuǎn)化器NOx控制單元2.4燃油直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制系統(tǒng)核心部件是兩面密封的陶瓷體

（能斯托電池）密封層取代了電極的功能電極密封層與外部空氣和尾氣相接觸通過(guò)測(cè)量尾氣和外部空氣氧含量的不同，產(chǎn)生傳感器電壓Lambda傳感器－跳變電壓的產(chǎn)生如同傳感器跳變電壓保持為450mV通過(guò)泵室（微型泵），電極在與尾氣接觸的這一面與大量的氧氣接觸，生成電壓泵的功率越高，泵的電流也越高Lambda傳感器－帶寬Lambda調(diào)節(jié)帶寬-Lambda-Sonde

泵室的效應(yīng)是一個(gè)純物理反應(yīng)過(guò)程

沒(méi)有機(jī)械部件

通過(guò)泵室的正電壓，氧氣在通過(guò)陶瓷通道時(shí)，產(chǎn)生負(fù)氧離子Lambda傳感器－帶寬發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元需要此信息：在分層充氣模式下，接通催化轉(zhuǎn)化器的功能，因?yàn)榇鎯?chǔ)催化轉(zhuǎn)化器只有在250℃和500℃之間時(shí)，才能存儲(chǔ)氮氧化物要清除催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的沉積硫，必須使催化轉(zhuǎn)化器的溫度高于650℃尾氣溫度傳感器隔離層承載材料鉑薄涂層連接襯墊Al2O3底層吸附殼體尾氣溫度傳感器的其他任務(wù)：前催化器的熱診斷尾氣系統(tǒng)元件的保護(hù)尾氣溫度傳感器取代了傳統(tǒng)的三元催化反應(yīng)器在催化器內(nèi)還附裝了氧化鋇，在250℃和500℃之間時(shí)，氮氧化物通過(guò)硝酸鹽的方式存儲(chǔ)傳統(tǒng)的三元催化轉(zhuǎn)化器在分層充氣模式下，只能將少量的NO轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)夂脱鯕獯鎯?chǔ)器容量一旦充滿(mǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元將能識(shí)別出，將啟動(dòng)再生模式氮氧化物存儲(chǔ)催化轉(zhuǎn)化器NOx傳感器NOx存儲(chǔ)催化轉(zhuǎn)化器溫度傳感器氮氧化物在鉑涂層上被氧化為二氧化氮然后二氧化氮與氧化