缸内直喷FSI课件

2/2/20231。1977年，瑞典的萨博公司生产出第一款萨博93，是第一家将涡轮增压运用到汽车发动机上的厂商。不过当时的增压发动机不但造价昂贵，而且还有不少使用上的问题，因此难以大规模推广。首先由于发动机燃烧压力增大，排气温度高，对缸体结构和耐热材料要求更高。2/2/20232以萨博9-5为例，这款2.3t引擎马力高达260匹，升功率超过100，与3.5l自然吸气引擎相当，但它的潜力一旦发挥出来，甚至可以与4.2升v8轿车相抗衡。萨博被认为“涡轮专家”，从这台引擎上可以找到原因。2/2/20233汽油机对油门的控制是通过“节气门”控制进入发动机的空气量，从而控制发动机功率输出的。由于这个“节气门”增加了进气阻力而且产生了负压，让发动机始终不能吸饱氧气，同时还因为吸气阻力而消耗了一部分功率。增压首先的好处就是解决了自然吸气发动机本身固有的缺陷——永远吃不饱。因此，在相同的排量下，增压发动机能够发出更大的功率，满足更多的需要。这是从功率输出的角度上说的。反过来说，就是可以用更小排量，更轻的发动机代替以往更大排量发动机才能做到的工作，由于更小的发动机各种摩擦面积小，重量轻，本身运转起来消耗的能量自然就少，效率也就提高了，完全顺应了当下节能环保的潮流。2/2/202342/2/202352/2/20236机械增压最大的缺点就是会消耗发动机产生的功率。目前大多数机械增压会消耗掉发动机输出功率的7%，并且随着转速的上升急剧增加。而提升发动机的功率大概在30%-50%之间，因此，机械增压发动机的转速往往不能过高，需要平衡增压器带来的负面影响。2/2/20237相关知识关于增压值在描述机械增压的时候，网友经常能看到增压值这个指标。这是衡量一个增压器作用最重要的指标，一般用bar来表示。我们没有必要太精确地了解这个单位，只需知道1bar大致等同于1个大气压，也就是说如果增压器的增压值是1bar，也就是给空气额外增加了一倍的压力。值得注意的是，这个1bar并不是一个绝对数，而是相对的。如果去到高海拔地区，增压的效果肯定就没有1bar了。改装车上一般都会加上这个压力表

2/2/20238TSI涡轮增压发动机

TSI是Turbo-charging（涡轮增压）、Super-charging（机械增压）和Injection（燃油直喷）三个关键特色的首字母缩写。

涡轮增压的特性是利用排放的废气，装置本身基本不消耗发动机动力，增加进气效率提高动力。缺点是通常要发动机超过2000转后才介入，起步加速时增压效应不会及时显现。涡轮的惯性让加速还有一个响应时间的延迟。

机械增压优点是发动起启动运转就开始介入，起步加速有力，没有涡轮的工作延迟，即时响应。缺点是通过发动机的动力输出来让增压器工作，消耗部分发动机动力。两者的结合，改善了起步加速，也具有充足的后劲，相对来说动力损耗减低到最小。

TSI发动机是目前最为先进的发动机技术。它在不增加油耗的前提下，将动力输出提高到最大。与DSG配合，动力输出均匀、顺畅、强劲。2/2/202392/2/202310TSI涡轮增压直喷汽油发动机是一款技术领先、性能优越、节能环保的发动机，是大众汽车紧凑概念发动机系列产品的成功延续。它采用先进的涡轮增压和缸内直喷技术，显著地提高了发动机效率，不仅为车辆提供出众的动力性能，还为使用者带来更佳的燃油经济性。与传统汽油发动机相比，它体积更小、质量更轻，却拥有更出色的动力输出及更为清洁的排放。2/2/202311FSI燃油分层喷射发动机

TFSI涡轮增压燃油分层喷射发动机

TSI涡轮机械增压发动机

TDI柴油涡轮直喷发动机

2/2/2023122/2/2023132/2/2023142/2/2023151凸轮轴2静音链条3进气门4喷油器5活塞6燃烧室7连杆8曲轴9气缸体2/2/2023162/2/202317‘2/2/2023182/2/2023192/2/2023202/2/2023212/2/202322高压燃油泵是燃油加压的关键环节，1.4TSI同时配备高压燃油系统和低压燃油系统，低压为4bar，在低压油泵将燃油送到高压油泵之后，高压油泵可以将汽油加压到100bar的压力（这是普通汽油泵压力的数十倍），并将其送入油轨。TSI的高压燃油泵是一个结构简单的单柱塞泵，用螺栓倾斜的安装在凸轮轴盖上，靠进气凸轮轴上的四方凸轮来驱动。2/2/202323将燃料直接喷入燃烧室，喷嘴工作控制精度为0.01毫秒，喷油压力最高达100bar，而进气歧管喷射方式的喷射压力一般只有3bar。六孔燃油喷嘴进过优化之后具有更合理的三维喷雾分布，有效改善喷油效果，提高燃烧效率。2/2/202324首先，发动机在吸气行程活塞到达下止点时，ECU控制喷油嘴先进行一次小量的喷油，使气缸内形成稀薄混合气，而在活塞压缩到上止点时再进行第二次喷油，利用活塞顶的特殊结构让火花塞附近出现混合气相对浓度较高的区域，然后利用这部分较浓的混合气引燃汽缸内的稀薄混合气，从而实现气缸内的稀薄燃烧，这就可以用更少的燃油达到同样的燃烧效果，使得发动机的油耗更低。

第一次喷射先充分混合

第二次喷射形成混合气较浓的区域2/2/202325发动机的涡轮叶片和叶轮叶片采用了小尺寸设计，其直径分别仅有37mm和41mm，这样涡轮的转动惯量很小，废气更容易带动涡轮做高速旋转，因此其在最佳工作状态时需要的发动机转速也就更低，有效的达到缓解涡轮迟滞的效果。2/2/202326通过上面对扭矩输出“平台效应”的原理介绍我们能想到，其实主要是因为泄压阀压力单元有一个固定的压力值限制，才会将原本山峰形状的输出曲线“削”出了一个平顶。要说其更大的潜力确实存在，因为大众在海外采用类似缸体结构的双增压发动机还有100kw以上功率的版本。不过这个压力值限制是厂家经过缜密的计算和平衡后给出的最佳值，它考虑到了涡轮、汽缸等零件的寿命旁通阀（左，即泄压阀）和控制其开合的增压压力限制阀（右）2/2/2023272/2/2023282/2/2023292/2/2023302/2/2023312/2/202332（实线为增压空气，虚线为冷却液；红色代表较高温度，蓝色代表较低温度）2/2/2023332/2/202334这套冷却液循环泵会在不同发动机工况下，由行车电脑控制进行智能的工作，它在下面几种情况下会被开启：1、每次发动机启动后的短时间内2、输出扭矩持续在100Nm以上的时候3、进气歧管内增压空气温度持续超过50°C4、两个增压空气温度传感器（分别位于进气歧管的冷却器前后）之间的温差小于8°C5、发动机每工作120s，其工作10s，避免涡轮增压器产生热量积聚6、关闭发动机后，根据迈普图*决定从0至480s之间的工作时间，避免涡轮增压器过热而产生故障（*迈普图存于电脑程序中，是根据发动机的进气温度、压力和其他工况来确定循环泵工作延时的一个三维函数）2/2/2023352/2/202336在这款发动机上，空气在通过涡轮增压器的增压后，将会经过两套传感器的检测才能进入发动机气缸内，他们分别是位于冷却器前的增压压力传感器/进气温度传感器，和位于冷却器后的进气压力传感器/进气温度传感器。这两套传感器能够精确的感知增压空气在冷却前后的状态，进而通过行车电脑分析来调节位于涡轮增压器上的阀体开度，精确的控制所需要的进气量。2/2/2023371凸轮轴Camshaft2静音正时链条LowNoiseTimingChain3机油泵链条ChainOfOilPump2/2/202338可变气门升程技术可以在发动机不同转速下匹配合适的气门升程，使得低转速下扭矩充沛，而高转速时马力强劲。低转速时系统使用较小的气门升程，这样有利于增加缸内紊流提高燃烧速度，增加发动机低速输出扭矩，而高转速时使用较大的气门升程则可以显著提高进气量，进而提升高转速时的功率输出。2/2/202339宝马的Valvetronic技术同样是依靠改变摇臂结构来控制气门升程的，同样可以实现气门升程无级可调，只是连杆摇臂的设计思路截然不同。

2/2/2023402/2/2023412/2/2023422/2/2023431.4TSI“VVT系统”的核心元件：1.4TSI可变气门正时系统主要由ECU（电子控制单元）、叶片槽式调节器、凸轮轴调整电磁阀以及传感器等部分组成。凸轮轴调整电磁阀凸轮轴位置传感器负责传输凸轮轴相位信号2/2/202344通过双油道机油压力差值驱动叶片，带动凸轮轴旋转改变进气相位，是1.4TSI正时可变核心所在

电磁阀则根据ECU的指令，通过改变机油液压实现对于内部机油槽阀位置的控制，把提前、滞后、保持不变等压力信号指令，转化为输送至叶片槽式调节器中不同油道上的机油压力，通过双油道机油压力差值驱动调节器中的叶片，带动凸轮轴旋转改变进气相位实现气门正时的“提前”或者“滞后”，从而实现气门正时的连续可变。而1.4TSI的正时相位调节范围可达20°凸轮轴角或40°曲轴角，为大众该款核心动力在减少排放和燃油消耗，以及改善动力性能表现上提供了积极的“可变”保障。2/2/2023451．4TSI具有的VVT叶片槽式调节器由外壳体、内部叶片转子以及位于叶片转子内部的锁销组成。其中，外壳体与外部的正时齿轮固定，实现曲轴通过链条传动驱动进气凸轮轴的功用；而位于壳体内部的叶片则直接与进气门凸轮轴固定，并与之一同旋转，通过带动凸轮轴与壳体产生相对的转动位移，来实现凸轮轴的进气相位改变；而锁销的主要功用，则用于外壳与叶片的连接，实现进气相位的固定，防止凸轮轴复位。2/2/2023462/2/2023472/2/2023482/2/202349我们再来了解一下TSI发动机的分层燃烧技术具体工作原理。首先，发动机在吸气行程活塞到达下止点时，ECU控制喷油嘴先进行一次小量的喷油，使气缸内形成稀薄混合气，而在活塞压缩到上止点时再进行第二次喷油，利用活塞顶的特殊结构让火花塞附近出现混合气相对浓度较高的区域，然后利用这部分较浓的混合气引燃汽缸内的稀薄混合气，从而实现气缸内的稀薄燃烧，这就可以用更少的燃油达到同样的燃烧效果，使得发动机的油耗更低。第一次喷射先充分混合；第二次喷射形成混合气较浓的区域2/2/202350进排气门驱动装置“滚子摇臂”

2/2/202351装配式凸轮轴制造工艺将1.4TSI凸轮轴的凸轮与主轴颈实现了分离加工，其中，加工完成的凸轮内壁具有攻丝后的螺纹，而钢管外壁则具有花键预装，装配时，采用“外凸轮加热，内主轴颈冷却”的热套法完成，恢复常温后，依