毕业论文-大众缸内直喷发动机燃油系统故障检修

1、摘要浙江工业大学博士学位论文PAGE 1PAGE 14毕业论文说明书课题名称： 大众缸内直喷发动机燃油系统故障检修 学生姓名 学 号 二级学院（系） 专 业 班 级 指导教师 大众缸内直喷发动机燃油系统故障检修摘 要 本文主要介绍了大众FSI（Fuel Stratified Injection）缸内直喷技术的发展历史，以及该技术的特点、优点以及工作原理进行分析与传统进气歧管喷射发动机的优势，并以实际故障进行排查及诊断。关键词：汽油缸内直喷；油压调节器；燃油压力目录目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc377128192 摘 要 PAGEREF _Toc3771

2、28192 h I HYPERLINK l _Toc377128193 第一章 绪 论 PAGEREF _Toc377128193 h 1 HYPERLINK l _Toc377128194 第二章 大众FSI发动机燃油系统组成和工作原理 PAGEREF _Toc377128194 h 3 HYPERLINK l _Toc377128195 2.1大众缸内直喷技术（FSI）燃油系统组成 PAGEREF _Toc377128195 h 3 HYPERLINK l _Toc377128196 2.2 大众缸内直喷发动机的工作原理 PAGEREF _Toc377128196 h 5 HYPERLIN

3、K l _Toc377128197 2.3 燃油系统工作过程 PAGEREF _Toc377128197 h 7 HYPERLINK l _Toc377128198 第三章 大众FSI发动机燃油系统的故障检修 PAGEREF _Toc377128198 h 8 HYPERLINK l _Toc377128199 3.1 缸内直喷汽油机燃油系统故障分析 PAGEREF _Toc377128199 h 8 HYPERLINK l _Toc377128200 3.2 缸内直喷汽油机燃油系统故障诊断 PAGEREF _Toc377128200 h 8 HYPERLINK l _Toc377128201

4、 3.2.1 数据分析 PAGEREF _Toc377128201 h 8 HYPERLINK l _Toc377128202 3.2.2 主要元器件的检测 PAGEREF _Toc377128202 h 8 HYPERLINK l _Toc377128203 第四章 故障诊断案例 PAGEREF _Toc377128203 h 11 HYPERLINK l _Toc377128204 第五章 结论 PAGEREF _Toc377128204 h 12 HYPERLINK l _Toc377128205 参考文献 PAGEREF _Toc377128205 h 13 HYPERLINK l _

5、Toc377128206 致谢 PAGEREF _Toc377128206 h 14附录二第一章 绪 论 在石油价格日益高企的今天，缸内直喷技术作为汽车发动机技术的发展，能提升发动机功率，带来敏捷而精准的油门响应，并且燃油不会浪费在进气岐管中，有助于提高整车的燃油经济性和排放性，尤其在低负荷下的燃油消耗有显著的降低。因此以后会有越来越多的车型采用这一技术，由于他与传统进气歧管内喷射的工作原理有较大区别，在诊断与维修上也有较大不同，本文通过对大众FSI发动机介绍缸内直喷发动机燃油系统的故障诊断经验。 采用燃油直喷技术的发动机，发动机能在火花塞点火之前把汽油直接喷射到燃烧室，同时在ECU的精确控制

6、下，使混合气体分层燃烧（既可保证火花塞稳定点火，又不至于造成过多NOX生成和冒烟现象的发生）。这种技术可以让靠近火花塞处的混合气相对较浓，远离火花塞的混合气相对较稀，从而更有效的实现“稀薄”点火和分层燃烧。并且由于不用加热（进气加热使汽油挥发，密度减小）而提高了进气充量，在部分负荷时也没有因为要用节气门进行调节发动机的功率而减小了进气气阻。采用缸内直喷技术的汽油机的空燃比可以调节到比用化学计算法得出14.7:1 更稀薄的状态，从而能够将内燃机的燃料效率提高20。其局限性主要是因为空气过量而使氮氧化合物（NOX）排放增加。采用直喷技术后，燃油以细微滴状的薄雾方式进入气缸，而不是以蒸汽的方式。这也

7、就意味着当燃油雾滴吸收热量变为可燃蒸汽时，实际上对发动机的气缸起到了冷却的作用。这种冷却作用降低了发动机对辛烷值的要求，所以其压缩比可以有所增加。正如柴油一样，采用较高的压缩比可以提高燃料的效率。采用FSI技术的另一优点是能够加快油气混合气体的燃烧速度，这使得FSI发动机和传统喷射发动机相比，更有利于废气再循环。让发动机燃烧非常稀薄的油气混合气体也就意味着其每个燃烧冲程燃烧的燃料量更少，因而产生的功率也就更小。当汽车在高速或高负荷下行驶时就会出现动力不足的情况，因此要配备一个电子系统，用以检测来自的发动机各种运转情况和探测驾驶员希望在高负载或高车速下操纵汽车，喷射脉冲就会提前在进气冲程进行更多

8、的燃油喷射，以确保提供高负荷时所需要的大功率，而在正常情况下，诸如城市市区的低负载驾驶工况，燃油在压缩冲程延迟喷射，这时喷油系统提供极稀薄的油气混合物分层，从而提高了发动机的燃油经济性。FSI技术对发动机的排放具有很重要的影响。当较少的燃料在一个富氧的环境中燃烧时，HC和CO的产生量会大大减少。另一方面，氮氧化含物的产生却会有所上升。为了避免这个问题的发生，则可以利用适当的废气再循环（EGR）来抑制NOX产生，FSI发动机一般采用了30的EGR比率，并配置了NOX存储式催化净化反应器，通过这些措施可以使FSI发动机的尾气排放得到很好的控制。大众采用的FSI燃油直喷技术在同等排量下实现了发动机动

9、力性和燃油经济性的完美结合，是当今汽车工业发动机技术中成熟、先进的燃油直喷技术，代表了汽油发动机的发展趋势。但是由于缸内直喷发动机对燃油的品质要求较高，汽油必须加高标号的而且国内汽油内的杂质较多，易造成喷口堵塞，后期维护费用较高。 第二章 大众FSI发动机燃油系统组成和工作原理 2.1大众缸内直喷技术（FSI）燃油系统组成FSI发动机燃油系统由低压系统和高压系统两部分组成(如图2-1所示）。图2-1 FSI发动机燃油系统低压部分组成结构图低压系统在低压中，油箱中的电动燃油泵将压力约6bar(1 bar=105Pa)的燃油经滤清器供应给高压泵。而传统的发动机则是电动燃油泵将压力约为5bar左右的

10、燃油经滤清器直接供给燃油分配管。高压系统高压系统由燃油分配管、单活塞高压泵、过压阀、燃油压力传感器、高压喷油阀组成。（如图2-2所示）燃油经由双凸轮轴驱动的高压泵，将燃油送入燃油分配管，燃油分配管再将高压燃油按需分配给高压喷油阀。图2-2 FSI发动机燃油系统高压部分组成结构图燃油分配管的任务是将一定的燃油压力分配给高压喷油阀，并提供足够大的容积来补偿压力波动。燃油分配管是高压储存器，也是喷油阀、燃油压力传感器、压力限制阀的安装架以及高/低压系统之间的连接部分。单活塞高压泵单活塞高压泵由高压活塞、泵腔、燃油计量阀、压力缓冲器组成(如图2-3所示)。单活塞高压泵的任务是向高压燃油分配管系统中提供

11、精确的燃料，并形成约30100bar(取决于发动机的负荷和转速)的工作压力。单活塞高压泵高压活塞由双凸轮轴来机械驱动。当活塞向下运动时由电动燃油泵供应约为6bar压力的燃油经进油阀流入泵腔内。当活塞向上运动时，燃油被压缩，在压力超过燃油分配管内压力时，燃油被送入燃油分配管。在泵腔和燃油入口处有一燃油计量阀(可控阀)，当泵腔内油压高于规定油压时，在供油行程结束前打开，泵腔内的压力卸掉，燃油流回燃油入口内。为了调节供油量，燃油计量阀从油泵凸轮的下止点到某一行程之间是关闭的。当达到所需要的燃油分配管内压力时，燃油计量阀打开，这样可防止燃油分配管内压力继续升高。在泵腔和燃油分配管之间有一个单向阀，它在

12、燃油计量阀打开时可阻止燃油分配管的压力下降。燃油计量阀是一个在不通电时打开的电磁阀,高压泵所供应的全部燃油经打开的阀座被泵回到低压管路内。当燃油计量阀通电后,燃油计量阀中的线圈产生磁场，与衔铁联在一起的阀针就被压入到阀座内,将泵腔封闭.当达到要求的燃油分配管压力后，燃油计量阀的供电被切断，于是磁场消失,高压将阀针从泵腔中压出，泵腔中不再需要的燃油流回到低压管路中。图2-3 FSI发动机燃油系统单活塞高压泵组成结构图压力缓冲器可缓冲高压油泵在泵油过程中产生的脉动。燃油压力传感器燃油压力传感器的任务是测量燃油分配管内的燃油压力,将燃油压力作为电压值送往发动机控制单元，用于调节燃油压力。高压喷油阀高

13、压喷油阀的任务是计量出一定量燃油，并将这些燃油在燃烧室中的一定区域中雾化，以便形成所需要的均匀燃油-空气混合气(分层充气或均质充气)。因为燃油分配管内的燃油压力很高，为了保证喷油量，就必须缩短喷油时间。在传统发动机进气歧管喷射中，当转速在6000r/min时喷油时间为20ms，而在FSI分层充气模式，当转速在6000r/min时喷油时间为5ms。为了在这么短的时间内完成喷油在发动机控制单元内集成有两个升压电容器，这两个电容器产生5090V的启动电压,可以将喷射时间控制在千分之一秒。2.2 大众缸内直喷发动机的工作原理FSI发动机与传统的燃油喷射系统在工作原理上有一定的差异。主要表现在充气系统、

14、燃油系统和排放系统三方面。1 充气系统FSI发动机采用的是类似柴油机工作方式将高压汽油直接喷入气缸爆发燃烧以获得动力。相对于传统的汽油发动机而言，采用这种工作方式后由于汽油直接喷入每一个气缸，结合稀薄燃烧技术，使汽油直喷发动机在部分负荷范围内采用专门的充气模式来工作成为了现实。 现在的FSI发动机具有三种工作方式：分层充气模式、均质稀混合气模式、均质混合气模式。在不同的工况下采用不同的空燃比。FSI发动机按照发动机负荷工况，基本上可以自动选择在低负荷时为分层稀薄燃烧，在高负荷时则为均质理论空燃比（14.614.7）燃烧。在中间负荷状态时，采用均质稀混合气模式。在三种运行模式中，燃料的喷射时间有

15、所不同，真空作用的开关阀进行开启/关闭来控制进气气流的形态。2 分层充气模式在这种工作模式中空燃比为1.63。在分层充气模式下，空气经过接近全开的节气门（节气门不能完全打开，因为总是得保持一定的真空用于活性炭罐装置和废气再循环装置）引入燃烧室。此时，进气歧管翻板会将下部进气道完全关闭，这样吸入的空气在上部进气道流动的速度就加快了，于是空气会呈旋涡状流入气缸内。活塞上的凹坑会增强这种涡旋流动效果，与此同时，节气门会进一步打开，以便尽量减小节流损失。在压缩行程上止点前约60时，高压燃油以50110bar的压力喷入到火花塞附近。燃油的喷射时刻对混合气的形成有很大的影响，混合气形成只发生在4050曲轴

16、角之间，如果曲轴角小于这个范围就无法点燃混合气，如果曲轴角大于这个范围混合气就变成均质充气了，如此稀薄的均质混合气是无法点燃的。由于燃油喷射角非常小，所以燃油雾气实际并不与活塞顶接触，所以称之为所谓的“空气引入”方式。并且只在火花塞附近聚集了具有良好点火性能的混合气，这些混合气在压缩行程中被点燃。另外在燃烧后，被点燃的混合气与气缸壁之间会出现一个隔离用的空气层，它的作用是降低通过发动机缸体散发掉的热量，提高了热效率。 分层充气模式并不是在整个特性曲线范围内都能实现的。特性曲线范围受到限制，这是因为当负荷增大时，需要使用较浓的混合气，燃油消耗方面的优势也就随之下降了。另外当空燃比小于1.4时，燃

17、烧稳定性就变差了，这是因为转速升高后，混合气准备时间就不足了，且空气的涡旋流动也对燃烧稳定性产生不利的影响。3均质稀混合气模式这种工作模式的空燃比为1.55左右，在这种工作模式下也和分层充气一样是节气门开度大，进气歧管关闭。只不过是在点火上止点前300左右时喷入燃油，形成混合气的时间也就比较长，有利于形成均匀的稀混合气，此种工作模式称为均质稀混合气模式。均质稀混合气模式是一种特殊的工作模式，像分层充气模式一样也只能在一定的转速范围内正常工作，并且还需要满足以下条件：a.没有与排放系统有关的故障。b.冷却液温度必须超过50。c.氮氧化物催化转换器的温度为250500范围内。d.进气道翻板必须保持

18、关闭状态。均质稀薄燃烧，在这种运行模式中，燃油在进气冲程喷射，并且由于产生加速稀薄混合气燃烧的纵涡流，开关阀被关闭。这时，阻碍燃烧的废气再循环（EGR）暂不进行。与均质理论空燃比燃烧不同的是，吸入空气量超过燃油喷射量燃烧的需要，此时的过量空气系数大于1。4均质混合气模式均质混合气模式的空燃比为1。节气门开度按照油门踏板的位置来控制，在发动机负荷较大且转速较高时，进气歧管翻板就会完全打开，于是吸入的空气就经过上、下进气道进入气缸。燃油喷射并不是像分层充气模式那样在压缩行程时发生，而是发生在进气行程中，这样燃油和空气就有了更充足的时间来混合，并且可以利用空气的流动旋转的涡流来击碎燃油颗粒，使之混合

19、更加充分。均质模式的优点在于燃油是直接喷入燃烧室内，而吸入的空气可抽走一部分燃油汽化时所产生的热量。这种内部冷却可以降低爆震趋势，因此可以提高发动机的压缩比和热效率。在高负荷中所进行的均质理论空燃比燃烧中，燃油则是在进气冲程中喷射。理论空燃比的均质混合气易于燃烧，不必借助涡流作用，因此，由于进气阻力减少，开关阀打开。而在全负荷以外，进行废气再循环，限制泵吸损失，采用直喷化可使压缩比提高到12:1，即使在均质理论空燃烧比混合气燃烧中，仍能降低燃油耗。2.3 燃油系统工作过程在大众FSI发动机供油系统中，整个供油系统油压能实现按需调节，电功率和机械功率都被减至最小以达到节油的目的。车载电网控制单元

20、负责给燃油泵控制单元J538提供工作电源，当发动机控制单元J623接收到启动或转速信号，结合系统高压和低压压力传感器信号进行计算分析，命令燃油泵控制单元J538输出脉冲调制信号(PMW)驱动燃油泵工作，一般可在低压系统产生50 500 kPa范围的油压，如发动机在启动状态，低压油路压力还可达到65 kPa。低压燃油进入由进气凸轮轴上的四凸或三凸凸轮驱动的高压燃油泵G 6而形成高压，在油压调节器N276作用下，高压油路的压力值可在3510 MPa之间按需调整。如油轨内压力高于1214 MPa(视车型而异)，高压限压阀打开，燃油可经泄油管回流到低压管路。油轨可起到缓冲器作用，吸收高压油路内的燃油波

21、动 ，四个喷油器安装在油轨上，由发动机控制单元J623控制喷油。目前国内大众车采用的18TSI或14TSI已经是第三代直喷燃油系统，其结构更紧凑，将汽油滤清器及其限压阀、回油管等均装进燃油箱内，取消了低压油压传感器，低压系统供油量的检查采用如下方法：供油循环内，供油量持续减少，直到高压压力受到影响。高压油路取消了回油管 ，高压限压阀集成在高压油泵内，进行过压保护和控制系统压力。高压油泵内还集成了缓压器，用于吸收回油和过压保护时产生的压力波动。第三章 大众FSI发动机燃油系统的故障检修3.1 缸内直喷汽油机燃油系统故障分析 与传统燃油系统常见故障原因类似，缸内直喷汽油机供油系统对燃油和管道清洁度

22、要求更高，油路脏污、堵塞、泄漏、机械磨损等仍是系统故障主要影响因素。除了燃油滤清器需定期更换外，电动燃油泵和高压燃油泵是最常见的故障部位。此外由于油压按需调节，电子控制功能的增加，使电控系统潜在故障原因增多，包括高、低压传感器，油压调节阀N276，油泵控制单元及相关线路等。对于大众等车系，还可能产生因电控单元匹配、传感器设定不良导致的相关故障。3.2 缸内直喷汽油机燃油系统故障诊断3.2.1 数据分析 发动机电控单元自诊断功能一般包括故障码读取、读取数据流、执行元件功能自测试等。燃油系统中燃油泵、压力传感器、油压调节阀N276、油泵控制单元J538及相关线路的故障，一般均可通过发动机控制单元读

23、取故障码，按故障码指引的内容进行检修。此外，发动机电控单元还提供相关数据流以备分析应用。大众车系的缸内直喷汽油机燃油系统，可以利用VAS5051B5052等诊断电脑，进入“引导性功能一读取发动机的测量值”读取。对于大众车系，电动喷油泵和油压调节阀N276的功能判断，可利用VAS50515052，按路径“0l一03”进入执行元件自测试功能进行测试。3.2.2 主要元器件的检测1 燃油系统泄压 燃油系统高压油路压力的检查可通过数据流读取，应在3511 MPa之间。如果油压不正常，应先检查低压油路是否正常，再检查油压调节阀N276、高压限压阀和高压油泵等情况。当需拆卸燃油系统时，注意高压系统须进行泄

24、压， 18TSI与14TSI直喷燃油系统泄压方法有较大的区别。1.8TSI直喷燃油系统高压压力的建立必须N276通电吸合才能实现，N276不通电时是处于打开状态，因此其泄压可采取如下方法：将燃油压力调节阀N276电插头连接拔下，起动发动机并怠速运转约10 s，高压系统油压降低到大约600 kPa，熄火后尽快打开高压系统，否则燃油系统压力可能由于温度升高而再次升高。另一种方法是拔下碳罐插头和电动燃油泵保险丝SD10，启动发动机，观察0108106140数据流中系统油压值，当压力下降到600700 kPa时关闭发动机，否则会损坏催化净化器，打开高压系统完成维修后，注意清除故障码。1.4TSI发动机

25、高压燃油系统的油压调节是由J538通过占空比信号控制N276泄油来实现，因此检修该系统的泄压方法须利用VAS5051B诊断电脑，进入“引导性功能一高压燃油压力释放”功能，通过诊断电脑控制油压调节阀N276通电泄压，最终压力降至600 kPa左右。2 燃油泵的检测 电动燃油泵G6由燃油泵控制单元J538输出PWM信号进行按需调节，使低压燃油系统工作压力范围在50500 kPa之间，冷热启动时达到650kPa。其最大压力测量应按以下方法进行：在低压系统连接带有油路开关的燃油压力表，将油路开关关闭。连接好VAS5051诊断电脑，进入诊断电脑的“0103”功能驱动燃油泵自动运转15 S，读取燃油表压力

26、值应达到680 kPa，即低压限压阀打开的压力。停止运转后10 rain，燃油系统残压应不低于375 kPa。在检测最大压力时，测量燃油泵最大工作电流不大于9 A。3 油压调节阀N276测量油压调节阀N276的1号端子接12 V电源，2号端子是控制端，由J623通过PMW信号进行调节，可测量其占空比信号波形来分析其控制及线路工作状况。检测N276电阻值，18TSI发动机应在1.52.0欧姆 ，1.4TSI约10欧姆。4 燃油压力传感器燃油压力传感器核心是一个钢膜，在钢膜上镀有应变电阻，待测压力作用于钢膜一侧时，钢膜弯曲会引起应变电阻变化产生不同的信号电压。信号电压随压力上升而升高。5 喷油器测

27、量喷油器的阻值应在2欧姆左右。，喷油器针阀驱动峰值电压会达到90V，电流16 A，正常打开针阀电压14 V，电流10.8 A，在喷油器针阀打开后，维持针阀开启的电流只需2.5 A。3.2.2.6 匹配与设定大众车缸内直喷发动机在更换J623，J538和燃油泵后，应进行电控单元与燃油泵的匹配，进入VAS5051的“引导性功能一电控单元与燃油泵的匹配”，按电脑指引操作。在更换高压燃油压力传感器时，应进行传感器设定。第四章 故障诊断案例一辆2010款速腾，采用14TSI发动机，行驶里程18 207 km，出现加速无力，启动困难的现象，发动机故障警告灯间歇点亮。 利用VAS5051B读取发动机故障码，有“08851 P2293燃油压力调节阀N276机械故障”的故障码。清除故障码后启动发动机运行一段时间，故障码暂时未再出现。进入“0108140”读取怠速时第140组测量值，四个数据区分别显示：“32。，一581。，700 kPa，01”，与正常车辆(见表2)对比，显示车辆高压只有700 kPa太低，油压调节阀工作时间不正常，高压燃油系统出现故障。结合电脑记忆的故障码，分析故障原因主要有以下几方面：一是N276及其线路本身出现故障；二是高压燃油泵出现故障；二是低压燃油系统压力