汽油发动机系统技术介绍

汽油发动机系统技术介绍1第1页，共38页，2023年，2月20日，星期一汽油发动机系统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）第2页，共38页，2023年，2月20日，星期一汽油发动机系统3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混合动力系统第3页，共38页，2023年，2月20日，星期一燃油喷射系统4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ECU电动输油泵第4页，共38页，2023年，2月20日，星期一燃油喷射系统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；汽油机缸内直喷系统第5页，共38页，2023年，2月20日，星期一燃油喷射系统6大众EA888第三代发动机高压燃油泵燃油计量阀高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。缸内直喷+歧管喷射第6页，共38页，2023年，2月20日，星期一燃油喷射系统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。高压燃油泵第7页，共38页，2023年，2月20日，星期一燃油喷射系统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，压电式新型结构在部分高端机型上应用。喷油器第8页，共38页，2023年，2月20日，星期一燃油喷射系统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-支撑管燃油滤清器第9页，共38页，2023年，2月20日，星期一燃油喷射系统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）电动输油泵第10页，共38页，2023年，2月20日，星期一汽油发动机系统11空气供给和增压系统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混合动力系统第11页，共38页，2023年，2月20日，星期一空气供给和增压系统12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第12页，共38页，2023年，2月20日，星期一空气供给和增压系统13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进气歧管空气滤清器中冷器节气门控制单元增压压力传感器第13页，共38页，2023年，2月20日，星期一空气供给和增压系统14空气滤清器TSI1.4T空气滤清器TSI1.8T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。空气滤清器第14页，共38页，2023年，2月20日，星期一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MPI歧管喷油器FSI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Nylon66，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）、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。塑料进气歧管第15页，共38页，2023年，2月20日，星期一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λ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、双涡轮废气涡轮增压器第16页，共38页，2023年，2月20日，星期一空气供给和增压系统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λ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废气涡轮增压器第17页，共38页，2023年，2月20日，星期一空气供给和增压系统18空气滤清器罗茨式机械增压器增压空气冷却器进气歧管翻板罗茨机械增压器第18页，共38页，2023年，2月20日，星期一空气供给和增压系统19节气门控制单元隔音板壳体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罗茨机械增压器第19页，共38页，2023年，2月20日，星期一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。壳体罗茨机械增压器第20页，共38页，2023年，2月20日，星期一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罗茨机械增压器工作原理第21页，共38页，2023年，2月20日，星期一空气供给和增压系统对比22机械增压涡轮增压结构结构紧凑、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。驱动方式发动机曲轴直接驱动废气驱动涡轮运动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。第22页，共38页，2023年，2月20日，星期一空气供给和增压系统23大众1.4LTSI双增压发动机

机械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。机械增压+涡轮增压第23页，共38页，2023年，2月20日，星期一空气供给和增压系统24压缩叶轮涡轮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混合增压系统第24页，共38页，2023年，2月20日，星期一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。双涡轮增压第25页，共38页，2023年，2月20日，星期一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）。可变气门正时系统第26页，共38页，2023年，2月20日，星期一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。可变气门升程系统第27页，共38页，2023年，2月20日，星期一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。

EGR废气循环系统第28页，共38页，2023年，2月20日，星期一汽油发动机系统29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混合动力系统第29页，共38页，2023年，2月20日，星期一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λ工作范围大众1.4LTSI发动机（EA211）集成排气歧管IAGK第30页，共38页，2023年，2月20日，星期一发动机集成化与轻量化31大众1.4LTSI发动机（EA211）铝合金材质。镶铸铁钢套。缸体材质轻量化第31页，共38页，2023年，2月20日，星期一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1.4LTSI发动机（EA211）曲轴轻量化第32页，共38页，2023年，2月20日，星期一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1.4LTSI发动机（EA211）集成气门室盖第33页，共38页，2023年，2月20日，星期一汽油发动机系统34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混合动力系统第34页，共38页，2023年，2月20日，星期一起停系统35分离式启停系统第35页，共38页，2023年，2月20日，星期一起停系统36发电机起