82107023陆野-缸内直喷电控汽油机技术分析、故障诊断与检修

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1、 编号 淮安信息淮安信息职业职业技技术术学院学院 毕毕业业论论文文 题 目 缸内直喷电控汽油机技术缸内直喷电控汽油机技术 分析、故障诊断与检修分析、故障诊断与检修 学生姓名陆野 学 号82107023 系 部汽车工程系 专 业汽车检测与维修技术 班 级821070 指导教师汪东明 副教授 顾问教师钱锋 二一二年十一月 摘 要 I 摘 要 随着石油资源越来越紧缺，人们对汽车的燃油经济性要求越来越高，为此， 一种新型的汽油燃烧方式应运而生，即发动机稀薄燃烧技术，而实现稀薄燃烧 的理想方式是缸内直喷分层喷注，即汽油缸内直喷。缸内直喷发动机具有节省 燃油、减少废气排放、提升动力性能、减少发动机振动、喷

2、射精度的提高、发 动机更耐用等优点。本文简单概述了现代汽车缸内直喷发动机的发展及应用， 重点介绍了缸内直喷发动机的结构原理，详细分析了大众 1.8TSI 发动机结构原 理，最后结合具体的故障实例分析了宝马、别克、迈腾、蒙迪欧故障诊断方法 与检修工艺。 关键词：关键词：电控汽油机；缸内直喷；TSI；故障诊断；检修 目 录 II 目 录 摘摘 要要I 第一章第一章 缸内直喷电控汽油机概述缸内直喷电控汽油机概述.1 1.1 汽油直接喷射技术的应用与发展1 1.2 缸内直喷电控发动机优缺点2 1.2.1 缸内直喷发动机的优点.2 1.2.2 缸内直喷发动机的缺点.4 第二章第二章 汽油缸内直喷发动机技

3、术解析汽油缸内直喷发动机技术解析.6 2.1 缸内直喷发动机技术简介6 2.2 汽油直接喷射（GDI）发动机的结构 6 2.3 汽油缸内直喷发动机工作原理.7 2.4 发动机燃油喷射控制模式9 第三章第三章 大众大众 1.8TSI 发动机发动机16 3.1 概述16 3.2 大众 TSI 发动机结构特点18 3.3 大众 TSI 发动机燃油供给系统的结构特点21 3.4 大众 TSI 发动机电控系统的工作模式22 3.5 大众 1.8TSI 发动机电控系统的组成.22 第四章第四章 典型故障案例分析典型故障案例分析.24 4.1 宝马缸内直喷发动机启动困难24 4.2 别克新君威加速不良、怠速

4、抖动27 4.3 蒙迪欧新致胜怠速抖动急速迟缓28 4.4 一汽大众迈腾 1.8TSI 轿车发动机怠速抖动.30 第五章第五章 总结与展望总结与展望.32 5.1 总结32 5.2 展望32 致致 谢谢.34 参考文献参考文献.35 第一章 缸内直喷电控汽油机概述 1 第一章 缸内直喷电控汽油机概述 1.1 汽油直接汽油直接喷喷射技射技术术的的应应用与用与发发展展 目前，各国的汽车公司都在大力开发和采用这种技术先进、性能优异的产 品。日本三菱汽车公司一直处于领先地位。自 1996 年 8 月率先向市场投放第一 台 GDI 发动机以来，三菱公司先后又开发出了多种不同类型的 GDI 发动机，即 2

5、.4L4 缸发动机、3.0L 6 缸发动机和 3.5L 6 缸发动机机，它们已分别装配于 4 种中、大型轿车并投放市场。丰田公司研制出一种 G4 型 2.0L 的 GDI 发动机， 并已批量装车使用。随后，又开发出 1.6L、1.8L 和 2.0L 的 GDI 发动机。其 D4 型 GDI 发动机可降低油耗 30左右，提高功率约 10。 日本其他厂家也有多种缸内直喷发动机上市，如日产 3.0L 和 2.5L 的 V6 型 发动机、富士重工 2.5L 的卧式对置 4 缸发动机、马自达 2.0L 的直列 4 缸发动 机和本田 1.0L 的直列 3 缸发动机。 美国和欧洲的汽车厂家也都在积极研究缸内

6、直喷技术和开发缸内直喷产品， 并使缸内直喷发动机在热效率、功率及排放上有进一步提高。 研究表明，缸内直喷发动机可降低燃耗 8%-15%。因而，在全球节约能源的 浪潮中，各汽车厂家都在积极深入研究 GDI 发动机技术，纷纷在自己的车上装 配 GDI 发动机。除日本和美国以外，大多数欧洲汽车生产厂家也都开始装用 GDI 发动机(1.4-2.0L)：奥迪公司的 A3 装备了新型 FSI 发动机，宝马公司为其 12 缸发动机引用了 HPI 技术，大众公司也有许多车型采用了 TSI 发动机。纵观世 界汽车产品技术的发展态势，缸内直喷发动机正以其优异的性能得到日益广泛 的重视和应用。 FSI 技术的发展T

7、FSI、TSI FSI 是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。TFSI 是在 FSI 基础上加入 了涡轮增压技术；而 TSI 技术与 FSI 并没有什么相关性。FSI 是给发动机的喷射 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。TFSI 是在 FSI 基础上加入了涡轮增压技术；而 TSI 技术与 FSI 并没有什么相关性。 TFSI（涡轮增压燃油分层喷射发动机） ，这个比 FSI 多出来的 T 字代表的则 是涡轮增压（Turbocharger） ，而发动机本身

8、也的确是在 FSI 发动机的基础上增 加了一个涡轮增压器。涡轮增压是利用排气的高温高压推动废气涡轮高速转动， 在带动进气涡轮压缩进气，提高空气密度，同时电脑控制增大喷油量，配合高 密度的进气，因此可以在排量不变的条件下提高发动机工作效率。由于涡轮增 压器是靠排气推动的，因此在发动机转速低时涡轮并不工作。但在这个时候涡 轮还是转动的，只是排气压力不够，达不到增大进气压力的效果。随着转速的 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 2 上升（约 1500r/min 或以上） ，排气压力逐渐加大涡轮就进入了正常的工作状态， 达到增压的目的和效果。但是，当转速接近额定的时候（约 r/min 或以上） ，发 动

9、机本身的内压超过了排气压力，这时的涡轮同样是不工作的。实际上发动机 的一般工作区间正在 15005000r/min 内，所以涡轮增压以它优越的经济性和 动力性得到了众多用户的认可。不过怎么说还是有点缺陷，这两个区间的动力 缺失如何解决呢，高转速我们可以换个大点的涡轮，可是低转速的动力空挡也 会同时加大。很自然的一款无可挑剔的发动机应运而生，TSI 把所有问题解决的 更巧妙更能打动人心。 TSI（涡轮机械增压燃油分层喷射发动机）的设计非常巧妙，它实际上是把 一个涡轮增压器(Turbocharger)和机械增压器(Supercharger)一起装到一台发 动机里面。TSI 中的 T 不是指 Tur

10、bocharger 而是 Twincharger（双增压）的意 思。上文我们讲到涡轮增压发动机在较低和较高转速时都有一个动力的空挡， 为了进一步提高发动机的效率，增加一个机械增压装置，并让它在低转速时加 大进气压力。而涡轮增压器的尺寸可以再大一些，去弥补高转速时的动力空挡， 从而达到一个从低到高转速的全段优异动力表现。另外，涡轮增压器由于废气 涡轮的惯性，会有发动机相应的迟滞现象。而机械增压器则是由发动机转轴直 接带动，能够随着发动机转速变化而迅速且线性地改变转速。2005 年，大众 1.4 升直喷汽油发动机首先搭载了这套系统，它的最大功率达到了惊人的 170 马 力。 （国产 1.8T 发动

11、机的最大功率也才 150 马力） 。需要注意的是，一汽-大众 和上海大众对他们的 1.4TFSI 和 1.8TFSI 发动机的称呼，二者都称为 1.4TSI 和 1.8TSI，这个称呼是极不负责的。同时，厂商为了避免大家对 TFSI 简称 TSI 产 生异议，他们对此解释为：“因为一贯体系中我们一般采用 3 个字作为发动机 特有技术的称呼，所以这次我们把 TFSI 简称为 TSI，其中 T 代表涡轮增压，SI 代表直喷技术” 。国产迈腾、速腾等车型最新的 TSI 发动机实际上跟前面说到的 TSI 并不是一回事。迈腾 1.8TSI 和即将搭载在速腾身上的 1.4TSI 发动机实际上 阉割了机械增

12、压和燃油分层技术。当然，这也是国产化之后处于油品和成本问 题的考虑。 1.2 缸内直缸内直喷电喷电控控发动发动机机优优缺点缺点 1.2.1 缸内直缸内直喷发动喷发动机的机的优优点点 由于燃烧被精确的喷射于气缸燃烧室内，因此具有节省燃油、减少废气排 放、提升动力性能、减少发动机振动、喷油精准度提升、发动机更耐用等优点。 1.节省燃油 现代发动机的趋势之一就是节省燃油，二缸内直喷技术可以大大提升燃油 与空气雾化程度与混合的效率，带来燃油的节约。采用缸内直喷技术的车型油 第一章 缸内直喷电控汽油机概述 3 耗水平可以下降 3%以上。速度允许采用较迟的点火时间，进而可进一步推迟喷 油时间，有利于油气在

13、高温下的快速蒸发和分层。晚喷方式喷油定时的设计原 则是使喷油结束到点火之间的时间间隔尽可能地短，以避免燃油蒸汽的国度扩 散，维持分层的稳定性。但时间过短不能较好地雾化蒸发，导致发动机不能可 靠的雾化蒸发，导致发动机不能可靠地点火。因此，喷油时间和喷油正时要随 着工况改变而进行优化。在某些国度工况进行两段喷射被试验证明是保证平稳 过渡的有效方法，如丰田第一代 D-4GDI 机型，在从中负荷向大负荷的过渡时采 用了两段喷射技术，把燃油分两次分别在进气和压缩行程中喷入气缸，第一次 喷入的燃油蒸发可以提高发动机的充气系数，第二次蒸发的燃烧可以降低压缩 终了的气体温度，抑制了爆震的发生，可增加功率 2%

14、-3%。三菱公司开发的 4G15 缸内直喷发动在冷启动时采用在做功行程后期补充喷油的方法，可以使催 化器快速起燃，降低 HC 和 NOX.排放。 其主要原因是： （1）部分负荷下采用稀薄分层混合气，比热容比 k 值增大（有 1.3 向 1.4 趋近） ，使发动机循环热效率提高，从而降低了油耗。 （2）缸内燃油蒸发导致压缩终点混合气温度降低，加之是稀混合气，爆燃 倾向减小，从而使压缩比提高，也是循环热效率提高，从而降低了油耗。 （3）由于中小负荷工况采用稀薄燃烧和均值调节方式，泵气损失大大减少 （降低 15%左右） ，使发动机机械效率提高，从而降低油耗。 （4）中小负荷时燃烧室周边基本是空气，散

15、热损失减少，使发动机热效率 提高，从而降低了油耗。 2.减少废气排放 人类对环境的重视也造就了环保发动机的不断诞生。缸内直喷发动机的高 压燃油泵能提供高达 1000kPa 的压力，确保燃料充分燃烧，最大限度的减少废 气中的有害杂物。冷启动时的 UBHC 降低，温室效应气体二氧化碳的减少，稀薄 燃烧使发动机排出的 NOx 降低，并且允许采用更高的废气再循环率来降低 NOx 排放。 3.提升动力性能 由于燃料的混合更充分燃烧更彻底，也带来了燃料转化为动力性能的提升， 直接推动了发动机动力性能的增加，同排量下，最大功率可提高 15%。 4.减少发动机振动 由于缸内直喷技术允许更高的压缩比，缸内爆震情

16、况大大减少，对降低发 动机低速情况下的震动也有明显效果。 5.喷油的准确度提升 缸内直喷技术的关键就是电子控制系统的精确控制。由于电子控制系统会 感知发动机缸内的实际工作情况，并会瞬间完成对喷油量、喷油时间和压力的 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 4 微调，保证发动机始终处于精确的喷油状态。 6.发动机更耐用 新技术不但提升效率，减少排放，更对发动机寿命延长起到积极作用。燃 油直接喷射于气缸内并迅速转化为能量，大大降低传统发动机燃油依附于进气 歧管带来的损害。 7.各缸工作不均匀性改善 由于燃油直接喷入气缸，可以对各缸的空燃比进行精确并相对独立的控制。 8.良好的瞬态响应 GDI 方式没有 PFI 方式所形成的壁面油膜，燃油计量精确，加速响应快，减 速断油及时，冷启动迅速，冷启动加浓要求低。 9.系统优化潜力大 GDI 发动机在喷油方面有着更大的灵活性。 1.2.2 缸内直缸内直喷发动喷发动机的缺点机的缺点 汽油缸内直喷发动机具有柴油机的经济性并保持了汽油机的特点，相对于 技术的成熟的 PFI 发动机具有显著优点