增压直喷发动机新技术应用-svw张继军

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1、1 AUTOTEC 2014中国汽车高新技术发展国际论坛 2015 第二届汽车直喷涡轮增压技术论坛 汽车节能减排与发动机新技术应用 上 海 大 众 汽 车 有 限 公 司张 继 军增 压 直 喷 发 动 机 新 技 术 应 用2 AUTOTEC 2014中国汽车高新技术发展国际论坛 2015 第二届汽车直喷涡轮增压技术论坛 目录目录 增压直喷发动机新技术应用 上 海 大 众 新 一 代 增 压 直 喷 发 动 机 气 道 喷 射 与 缸 内 直 喷 双 喷 射 系 统 可 变 气 门 升 程 等 小 型 化 技 术 米 勒 循 环 热 管 理 降 摩 擦 与 轻 量 化 3 6 9 1 1 1

2、 3 1 6 3 AUTOTEC 2014中国汽车高新技术发展国际论坛 2015 第二届汽车直喷涡轮增压技术论坛 上海上海大众大众新一代增压直喷发动机新一代增压直喷发动机 1.8l 3.0l 1.4l 1.6l 1.2l 排量 额定功率 90 kW 115kW 66 kW 85kW 118 kW 220kW 4 AUTOTEC 2014中国汽车高新技术发展国际论坛 2015 第二届汽车直喷涡轮增压技术论坛 新技术应用新技术应用 双喷射系统 小型化 米勒循环 热管理 降摩擦与轻量化 模块化 双喷射系统（气道喷 射和缸内直喷）：为 减少颗粒物排放以及 机油被燃油稀释的程 度、减轻爆震倾向， 对喷射

3、次数和喷射方 式进行热力学优化； 为避免长时间气道喷 射后高压喷嘴上燃油 积炭，激活短时直 喷，对高压喷嘴进行 冲洗。 超高压喷射 电控双流道涡轮增压： 响应速度快精度高； 无须通过当前的增压 压力进行控制；锁止 力大，可保证低速大 扭矩；部分负荷工况 下废气旁通阀主动泄 压，降低基本增压压 力，从而减少MVEG循 环中CO2排放；三元 催化预热时废气旁通 阀主动泄压，可提高 三元催化前的排温， 从而降低冷起动排放； 电控泄压速度快，负 荷变小（倒拖）时可 快速降压，从而达到 改善涡轮增压器噪声 的效果。 可变气门升程 可变气门正时 米勒循环：提高几何 压缩比（9.611.7） 的同时使用可变

4、进气 门升程AVS系统，在 部分负荷工况下启用 “小”进气凸轮，进 气门在下止点前很早 就关闭，进气量少， 实际压缩比小，这样 既避免了高压缩比带 来的爆震甚至早燃的 风险，又能降低油耗, 而在作功行程，正常 的排气凸轮保持正常 的大的几何膨胀比， 动力大;高负荷时仍然 切换回正常的进气凸 轮工作，由于基本压 缩比较高，因此需要 通过减少进气量/喷油 量限制最大功率以保 护发动机。 双循环冷却（缸体缸 盖分开冷却） 电机控制的旋转滑阀 （取代节温器）：可 使暖机的速度更快， 发动机的水温控制更 精确更迅速，从而达 到发动机冷却适度同 时降低摩擦减少燃油 消耗的效果。 缸盖和排气歧管集成 化：高

5、负荷工况下可 以采用更稀的空燃比， 从而改善燃油经济性； 在热管理系统中承担 着很重要的功能，可 以加快暖机和暖风速 度，同时减少散热损 失，从而缩短氧传感 器、三元催化和涡轮 增压器达到最佳工作 温度的时间。 降摩擦：减小主轴颈； 滚动轴承取代滑动轴 承（应用于平衡轴、 凸轮轴等）；变排量 机油泵，活塞冷却开 关：机油泵的排量根 据不同的发动机工况 可调，以及活塞冷却 喷嘴开关控制，可减 少摩擦功，从而达到 省油的效果；减少附 机组张紧力；低粘度 机油。 轻量化设计：铝合金 缸体、铝合金螺栓、 塑料油底壳、减少曲 轴平衡重数量。 产品简化：结构模块 化，标配和高配通用； 发动机安装位置统一

6、化。 总布置优化：发动机 可横置、纵置、后置； 缩短车头长度，实现 有竞争力的造型。 2015年下半年SOP 2015年下半年SOP 2017年上半年SOP 2015年下半年SOP 2014年下半年SOP 2014年上半年SOP 示意图 涉及的部件及 主要技术特点 开发应用计划 5 AUTOTEC 2014中国汽车高新技术发展国际论坛 2015 第二届汽车直喷涡轮增压技术论坛 新技术应用的节能减排量新技术应用的节能减排量 EA211 1.2l TSI 81kW 和EA211 1.6L MPI相比， 可降油耗约0.6L/100km (NEFZ排放循环) 0.6L/100km EA888 Gen3

7、 2.0l TSI 162kW 和EA888 2.0T EVO2 相比， 可降油耗约0.4L/100km (NEFZ排放循环) 0.4L/100km 6 AUTOTEC 2014中国汽车高新技术发展国际论坛 2015 第二届汽车直喷涡轮增压技术论坛 气气道喷射和缸内直喷双喷射系统道喷射和缸内直喷双喷射系统 转 速 r p m M P I 一 次 气 道 喷 射 F S I 一 次 缸 内 直 喷 （ 进 气 行 程 中 均 质 直 喷 ） F S I 两 次 缸 内 直 喷 （ 分 别 在 进 气 行 程 和 压 缩 行 程 中 进 行 一 次 均 质 直 喷 ） 扭 矩 N m 为减少颗粒物

8、排放以及机油被燃油稀释的程度、减轻爆震倾向，对喷射次数和喷射方式进行热力学优化 为避免长时间气道喷射后高压喷嘴上燃油积炭，激活短时直喷，对高压喷嘴进行冲洗 主要技术特点 燃 油 滤 清 器 高 压 油 泵 低 压 燃 油 分 配 管 低 压 燃 油 喷 嘴 高 压 燃 油 分 配 管 高 压 燃 油 喷 嘴 燃 油 高 压 传 感 器 燃 油 低 压 传 感 器 高 压 油 泵 控 制 阀 燃 油 泵 控 制 器 燃 油 泵 接 地 蓄 电 池 正 极 接 E C U 7 AUTOTEC 2014中国汽车高新技术发展国际论坛 2015 第二届汽车直喷涡轮增压技术论坛 气气道喷射和缸内直喷双喷射

9、道喷射和缸内直喷双喷射系统工作模式系统工作模式 起动时缸内直喷 起动后怠速时在压缩行程中三次缸内直喷 起动模式 暖机时在进气行程和压缩行程中各一次缸内直喷，同时推迟点火提前角，关闭进气翻板 暖机模式 暖机后（水温大于45 C）部分负荷时气道喷射（进气翻板仍关闭），油气混合较直喷更充分，以达到快速高效燃烧的目的，同时可以避免直喷方式高压油泵的功率损耗 高负荷时在进气行程和压缩行程中各一次缸内直喷 部分负荷与高负荷模式 一旦其中的一套喷射系统失效，另一套喷射系统接管，确保车辆运行 应急预案 8 AUTOTEC 2014中国汽车高新技术发展国际论坛 2015 第二届汽车直喷涡轮增压技术论坛 喷射策略

10、优化后 电控单元ECU监控记录显示无异常燃烧 喷射策略优化前的异常燃烧情况喷射策略优化前的异常燃烧情况 50100150200250300100015002000250030003500400045005000最大燃烧压力Max.Zylinderdruck bar 转速Motordrehzahl U/min 全负荷加速 与着火延迟期相关：汽油辛烷值过低；汽油中混有柴油 与结构因素相关：压缩比过大；燃烧室过于狭窄不紧凑 与运行因素相关：增压压力和温度过高；点火过早；燃烧室沉积物；的影响 爆震 热的活塞顶、缸盖燃烧室、气门和火花塞上的表面沉积物（长时间的市区工况、活塞环/气门导管问题引起机油耗高导

11、致燃烧室内积油） 热的排气门（气门漏气、气门间隙过小引起） 过热的火花塞电极（火花塞热值不当导致） 炽热 点火 全负荷匀速 Triggerbedingungen: PMAX 125 bar, Klopfpeak 15 bar 喷射策略优化前 93h 台架试验 最大燃烧压力-转速 图 9 AUTOTEC 2014中国汽车高新技术发展国际论坛 2015 第二届汽车直喷涡轮增压技术论坛 可变排气门可变排气门升程升程 “小”凸轮 低速工况 “大”（正常）凸轮 高速工况 低速工况下启用“小”凸轮，排气门开启晚、开度小，可以改善排气气流的脉冲特性，从而有效防止气门重叠时废气倒流，确保燃烧室内的新鲜充气量，

12、提升低速扭矩。 主要技术特点 转 速 r p m 扭 矩 N m B S F C M A P 图 可变 （排）气门升程 10 AUTOTEC 2014中国汽车高新技术发展国际论坛 2015 第二届汽车直喷涡轮增压技术论坛 奥迪可变气门升程系统奥迪可变气门升程系统AVSAVS视频视频 11 AUTOTEC 2014中国汽车高新技术发展国际论坛 2015 第二届汽车直喷涡轮增压技术论坛 米勒循环米勒循环 传统发动机的压缩行程压缩比与作功行程膨胀比(的倒数)相同 提高膨胀比可以提高发动机效率，但同时压缩比会相应提高 高增压发动机爆震倾向已经很明显，高压缩比会加剧爆震，甚至造成早燃 提高几何压缩比（9

13、.611.7）的同时使用可变进气门升程AVS系统，在部分负荷工况下启用 “小”进气凸轮，进气门在下止点前很早就关闭，进气量少，实际压缩比小，这样既避免了高 压缩比带来的爆震甚至早燃的风险，又能降低油耗。而在作功行程，正常的排气凸轮保持正常 的大的几何膨胀比，动力大。 高负荷时仍然切换回正常的进气凸轮工作，由于基本压缩比较高，因此需要通过减少进气量/喷 油量限制最大功率以保护发动机。 技术特点 原理图 “小”进气凸轮 部分负荷工况 “大”（正常）进气凸轮 高负荷工况 背景 12 AUTOTEC 2014中国汽车高新技术发展国际论坛 2015 第二届汽车直喷涡轮增压技术论坛 BSFC MAPBSF

14、C MAP对比图对比图 米勒循环技术应用后 米勒循环技术应用前 13 AUTOTEC 2014中国汽车高新技术发展国际论坛 2015 第二届汽车直喷涡轮增压技术论坛 热热管理管理：电机控制的旋转：电机控制的旋转滑阀取代节温滑阀取代节温器器 电机控制的旋转滑阀取代节温器，可使暖机的速度更快，发动机的水温控制更精确更迅速，从而达到发动机冷却适度同时降低摩擦减少燃油消耗的效果 主要技术特点 图 标 ： 转 速 r p m 扭 矩 N m 环 境 温 度 2 0 C 状 况 下 发 动 机 水 温 ： 旋 转 滑 阀 1 旋 转 滑 阀 2 膨 胀 壶 机 油 冷 却 器 散 热 水 箱 涡 轮 增

15、压 器 对 集 成 在 缸 盖 上 的 排 气 歧 管 进 行 冷 却 的 水 套 变 速 箱 油 冷 却 器 接 头 冷 却 再 循 环 泵 暖 风 装 置 接 头 14 AUTOTEC 2014中国汽车高新技术发展国际论坛 2015 第二届汽车直喷涡轮增压技术论坛 电机控制的旋转滑阀结构图与控制策略电机控制的旋转滑阀结构图与控制策略 暖机策略（发动机水温至90 C） 暖风策略（空调） 小流量冷却策略（防止缸盖/涡轮增压器过热） 机油冷却策略 变速箱油加热策略 主冷却策略（部分负荷水温至107 C，全负荷可降至85 C） 发动机熄火后冷却再循环策略 从 机 油 冷 却 器 来 的 进 水 旋 转 滑 阀 1 旋 转 滑 阀 2 ( 滚 销 齿 传 动 , 与 旋 转 滑 阀 1 联 动 ) 水 泵 皮 带 驱 动 从 暖 风 装 置 、 涡 轮 增 压 器 、 变 速 箱 油 冷 却 器 来 的 进 水 从 散 热 器 来 的 进 水 发 动 机 进 水 发 动 机 出 水 伺 服 电 机 涡 轮 蜗 杆 传 动 装 置 通 往 散 热 器 的 出 水 部 分 负 荷 全 负 荷 15 AUTOTEC 2014中国汽车高新技术发展国际论坛 2015 第二届汽车直喷涡轮增压技术论坛 缸盖缸盖与排