汽油发动机系统技术介绍_201603

1、1 汽油发动机系统技术介绍汽油发动机系统技术介绍 Kevin.AGKevin.AG 2016.32016.3 2016.32016.3 汽油发动机系统汽油发动机系统 2 大众EA888第三代发动机 集成式排气歧管（IAGK） 缸内直喷+歧管喷射 废气涡轮增压可变升程技术（AVS） 汽油发动机系统汽油发动机系统 3 燃油喷射系统燃油喷射系统 1燃油喷射系统 2空气供给与增压系统 3发动机集成化与轻量化 4起停系统 5混合动力系统 燃油喷射系统 4 n 缸内多点直喷系统框图缸内多点直喷系统框图 油箱 滤清器 高压油泵油轨 喷油器1 喷油器2 喷油器3 喷油器4 轨压传感器压力调节阀 输油泵控制单元

2、 ECU 电动输油泵 燃油喷射系统 5 大众2.0TSI 缸内多点直喷系统(机械部分） 四方凸轮 轨压传感器 高压燃油泵高压燃油泵 喷油器喷油器 油箱进油 燃油压力调节阀 凸轮轴 高压油轨 技术优势：更好的雾化和油气混合；缺点：温度高，易产生NOx和进气门积碳； 核心部件：集成压力调节阀和限压阀的高压燃油泵、喷孔精确设计的喷油器； 技术趋势：缸内多点直喷是主流，部分仍采用歧管喷射； n 汽油机缸内直喷系统汽油机缸内直喷系统 燃油喷射系统 6 大众EA888第三代发动机 高压燃油泵高压燃油泵 燃油计量阀 高压喷油器高压喷油器 低压喷油器低压喷油器 低压油轨 低压燃油压力传感器 高压油轨 节气门

3、进气温度传感器 高压系统 低压系统 技术优势：可以弥补缸内直喷的缺陷，减少排放； 核心部件：结构改进的进气歧管、高低压喷油器、高压燃油泵； 设计制造成本增加，该系统并未广泛应用。 n 缸内直喷缸内直喷+ +歧管喷射歧管喷射 燃油喷射系统 7 进油阀 燃油压力调节阀 限压阀 出油阀 泵柱塞 缓压器 技术要点：1、类似Mprop的燃油压力调节阀；2、精确性和一致性好的限压阀； 目前高压燃油泵大多集成了限压阀和压力调节阀，结构基本固定一致。 n 高压燃油泵高压燃油泵 燃油喷射系统 8 技术要求：孔隙的公差控制；偶件的公差配合；喷油器的一致性； 对结构设计和加工能力要求较高； 目前主流为电磁阀多孔结构

4、，压电式新型结构在部分高端机型上应用。 n 喷油器喷油器 燃油喷射系统 9 滤芯由多孔陶瓷和纸质两种，目前大多采用经过树脂处理的微孔滤纸； 滤芯需要经过打摺、修正、粘合等工艺，确保其性能； 1、6- 壳体；2-箍圈； 3-垫片； 4-滤纸； 5-弹簧； 7-支撑管 n 燃油滤清器燃油滤清器 燃油喷射系统 10 分类：滚柱式、齿轮式、叶片式；目前大多采用滚柱式和叶片式； 总成包括泵体、永磁电机、壳体，附加结构有单向阀和卸压阀； 通常内置在油箱内，起到散热和静音作用。 也有采用双级泵系统（叶片+滚柱） n 电动输油泵电动输油泵 汽油发动机系统汽油发动机系统 11 空气供给和增压系统空气供给和增压系

5、统 1燃油喷射系统 2空气供给与增压系统 3发动机集成化与轻量化 4起停系统 5混合动力系统 空气供给和增压系统 12 n 涡轮增压系统概览涡轮增压系统概览 新鲜空气 节气门 增压空气循环阀 中冷器 进气压力/温度传感器 进气压力/温度传感器 轨压传感器 缸体 排气歧管 旁通阀电磁阀 旁通阀 涡轮 增压压力限制阀 废气 压力单元 空气供给和增压系统 13 n 发动机空气进气系统发动机空气进气系统 奥迪TFSI纵置发动机 空气进气 废气涡轮增压器废气涡轮增压器 进气歧管进气歧管 空气滤清器空气滤清器 中冷器中冷器 节气门控制单元节气门控制单元 增压压力传感器 空气供给和增压系统 14 空气滤清器

6、 TSI 1.4T空气滤清器 TSI 1.8T 技术要求：过滤效率高、气阻低、兼备除湿和消声功能； 乘用车一般采用单级空气滤清器，经过（酚醛）树脂的浸渍处理； 其它过滤材料包括泡沫塑料和金属网，目前纸滤最多。 n 空气滤清器空气滤清器 空气供给和增压系统 15 高压燃油泵 进气歧管翻板 进气温度传感器 进气压力传感器 MPIMPI歧管喷油器歧管喷油器 FSIFSI缸内直喷喷油器缸内直喷喷油器 节气门控制单元 进气歧管翻板阀 进气歧管翻板 电位计 与发动机进行匹配设计，确定结构和布置； 材料目前采用尼龙工程塑料，如Nylon 66，铝合金已经很少。工艺用热熔芯法（第一 代）、焊接成型法（第二代）

7、、粘结剂粘合技术（第三代） 新的技术：可变气道长度、可变气道截面、可变谐振效应等。 n 塑料进气歧管塑料进气歧管 空气供给和增压系统 16 缸体 缸盖 一体式排气歧管涡轮外壳废气泄压阀 一体式脉动消声器 通向中冷器 来自空气滤清器 氧传感器 增压压力调节器 涡轮增压空气循环阀 核心部件：涡轮和压缩叶片、增压压力调节器、废气泄压阀、空气循环阀； 涡轮用银合金（或耐热结构陶瓷）制成，压缩器叶轮用铝合金制成； 重点技术在于涡轮结构和压力、温度控制；目前车用大多采用单涡轮结构； 改进技术：叶片重量及结构优化，可变几何涡轮（翼片、面积），双涡管、双涡轮 n 废气涡轮增压器废气涡轮增压器 空气供给和增压系

8、统 17 涡轮壳体 涡轮 废气泄压阀 （旁通阀） 一体式脉动消声器 压气机叶轮 氧传感器 增压压力调节器 涡轮增压空气循环阀 与缸盖连接的法兰 n 废气涡轮增压器废气涡轮增压器 空气供给和增压系统 18 空气滤清器空气滤清器 罗茨式机械增压器罗茨式机械增压器 增压空气冷却器增压空气冷却器 进气歧管翻板 n 罗茨机械增压器罗茨机械增压器 空气供给和增压系统 19 节气门控制单元节气门控制单元 隔音板 壳体 转子转子 皮带轮 驱动装置壳体 带有轴承的转动轴 去耦合元件（SSI） 增压空气冷却器增压空气冷却器 后部转子轴承 同步齿轮 调节翻板控制单元 轴承盖 前部转子轴承 n 罗茨机械增压器罗茨机械

9、增压器 空气供给和增压系统 20 皮带轮 扭转弹簧 带有轴承的传动轴 输入轴套 输出轴套 同步齿轮 转子转子 核心部件：转子、壳体；转子采用渐开线扭叶结构，表面涂有特殊材料（如石墨），用 滚齿工艺加工成型。目前大多采用四叶片160扭转结构。 壳体用镍、铬、硅合金材料制成。与转子之间需要高精度配合以满足增压性能需要。 空间结构设计需要考虑空气流道和声学优化。 壳体壳体 n 罗茨机械增压器罗茨机械增压器 空气供给和增压系统 21 双叶片式（早期）三叶片式（常见） 旋转活塞式结构，采用挤压原理，内部无压缩过程； 曲轴驱动转子沿相反方向转动，看似“相互啮合”； 转子与壳体间形成密封空间，叶片带动空气从

10、入口至出口，增压压力由回流产生。 空气入口 转子1 壳体 转子2 目前新一代采用四叶片式 n 罗茨机械增压器工作原理罗茨机械增压器工作原理 空气供给和增压系统对比 22 机械增压机械增压涡轮增压涡轮增压 结构结构 结构紧凑、但配合精度（转子-壳 体）要求较高，因此生产成本高 结构精度要求不高，但与发动机匹配要 求高，安装成本高。 增压能力增压能力 消耗部分发动机功率，提升约 46%的功率。 压缩机压缩空气，提升约40%的功率。 驱动方式驱动方式发动机曲轴直接驱动废气驱动涡轮运动 增压特性增压特性 全程线性持续增压，无增压迟滞， 起步特性好，但需要消耗部分发 动机功率，适合中低转速工况。 需在一

11、定转速条件下介入，有增压迟滞， 但增压效果明显，爆发力强，适合中高 转速工况。 可靠性可靠性寿命短，维护成本高 寿命较机械增压器长，但仍需较高的维 护成本。 其它其它 需要进行降噪音设计，增加设计 成本 需要改进涡轮迟滞现象，增加设计成本。 空气供给和增压系统 23 大众1.4L TSI双增压发动机 机械增压器机械增压器 涡轮增压器涡轮增压器 机械增压负责起动特性； 涡轮增压负责中高速特性。 一般仅高端机型采用。 n 机械增压机械增压+ +涡轮增压涡轮增压 空气供给和增压系统 24 压缩叶轮压缩叶轮涡轮涡轮 机械增压器机械增压器 进气口 空气滤清器 进气翻板 空气循环阀 节气门 废气出口 n

12、混合增压系统混合增压系统 空气供给和增压系统 25 大小两个涡轮并联使用，低速时驱动小涡轮工作，中高速时同时工作，是改善涡轮增压 迟滞的技术手段之一。 高端机型应用，家用车很少安装。 n 双涡轮增压双涡轮增压 空气供给和增压系统 26 叶片槽式调节器 大多采用液力驱动，利用凸轮轴角度的切换来改变气门正时。 电磁驱动式应用在高端机型上（如奥迪AVS）。 n 可变气门正时系统可变气门正时系统 空气供给和增压系统 27 凸轮轴型线设计：高低角度凸轮。 摇臂锁和分离系统控制。 n 可变气门升程系统可变气门升程系统 空气供给和增压系统 28 主要由旋转阀、电位计、减速齿轮、直流电动机组成 通过电位测量来

13、控制阀门开度，进而控制废气循环量 电位计包含测量膜片和滑片，通过闭环系统控制旋转阀开关。 n EGREGR废气循环系统废气循环系统 汽油发动机系统 29 发动机集成化与轻量化发动机集成化与轻量化 1燃油喷射系统 2空气供给与增压系统 3发动机集成化与轻量化 4起停系统 5混合动力系统 发动机集成化与轻量化 30 冷起动时冷却液由废气加热， 发动机更快达到运行温度； 催化器预热速度更快； 全负荷工作时冷却液强制润滑排气歧 管，扩大工作范围 大众1.4L TSI发动机（EA211） n 集成排气歧管集成排气歧管IAGKIAGK 发动机集成化与轻量化 31 大众1.4L TSI发动机（EA211）

14、铝合金材质。 镶铸铁钢套。 n 缸体材质轻量化缸体材质轻量化 发动机集成化与轻量化 32 对传统的8块配重结构进行优化设计，去掉了其中的4块配重。 大众1.4L TSI发动机（EA211） n 曲轴轻量化曲轴轻量化 发动机集成化与轻量化 33 将气门室盖和凸轮轴盖集成，与凸轮轴一起形成凸轮轴壳体总成，减轻整体重量。维护 时需要整体更换，成本较高。 大众1.4L TSI发动机（EA211） n 集成气门室盖集成气门室盖 汽油发动机系统 34 起停系统起停系统 1燃油喷射系统 2空气供给与增压系统 3发动机集成化与轻量化 4起停系统 5混合动力系统 起停系统 35 n 分离式启停系统分离式启停系统 起停系统 36 发电机起动机 起动机核心部件：直流电动机、传动机构、电磁开关 发电机核心部件：转子、定子、整流器、电压调节器等 n 加强型起动机与发电机加强型起动机与发电机 汽油发动机系统 37 混合动