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1、 编号 淮安信息职业技术学院毕业论文题 目缸内直喷电控汽油机技术分析、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
2、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：电控汽油机；缸内直喷；TSI；故障诊断；检修目 录目 录摘 要I目 录II第一章 缸内直喷电控汽油机概述11.1汽油直接喷射技术的应用与发展11.2缸内直喷电控发动机优缺点21.2.1缸内直喷发动机的优点21.2.2缸内直喷发动机的缺点4第二章 汽油缸内直喷发动机技术解析62.1缸内直喷发动机技术简介62.2汽油直接喷射（GDI）发动机的结构62.3 汽油缸内直喷发动机工作原理72.4发动机燃油喷射控制模式9第三章 大众1.8TSI发动机163.1概述163.2大众
3、TSI发动机结构特点183.3大众TSI发动机燃油供给系统的结构特点213.4大众TSI发动机电控系统的工作模式223.5大众1.8TSI发动机电控系统的组成22第四章 典型故障案例分析244.1宝马缸内直喷发动机启动困难244.2别克新君威加速不良、怠速抖动274.3蒙迪欧新致胜怠速抖动急速迟缓284.4一汽大众迈腾1.8TSI轿车发动机怠速抖动30第五章 总结与展望325.1总结325.2展望32致 谢34参考文献351第一章 缸内直喷电控汽油机概述第一章 缸内直喷电控汽油机概述1.1汽油直接喷射技术的应用与发展目前，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
4、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2.4L4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。
5、美国和欧洲的汽车厂家也都在积极研究缸内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TFSI、TS
6、IFSI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
7、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
8、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Turbocharger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，
9、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
10、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缸内直喷电控发动机优缺点1.2.1缸内直喷发动机的优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
11、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
12、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%-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
13、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
14、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
15、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缸内直喷发动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，但在排放、燃烧稳定性等方面的问题限制其普遍应用，目前，汽油缸内直喷技术完全替代PFI技术仍然存在一些技术挑战。1.排放控制分层混合气非均质分布，存在较浓的混合气，在这些区域中局部燃烧温度仍然较高，导致N排放量较多，然而总体混合气较稀不能利用三元催化转化器；分层混合气外边界较稀的部分易发生火焰熄灭现象，同时缸内喷油湿壁现象会使活塞顶部和汽缸壁混合气过浓的区域燃烧不好，使得小负荷时HC排放相对较高；分层燃烧工况由于混合气浓度分布不均匀，汽油缸内直喷发动机增加了微粒排放。2.稳定燃烧控制汽油缸内直喷发动机分层充气稀薄燃烧区域的稳定燃烧控制难度较大，部分部分负荷分层燃烧和大负荷均质燃烧模式转变时的控制也非常复杂；为了降
