【正文】 均速度相關(guān)聯(lián)的動(dòng)能較晚地轉(zhuǎn)化為紊流動(dòng)能的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)是 GDI 系統(tǒng)所希望的；在火花塞電極間隙具有高紊流強(qiáng)度和低平均速度的流場(chǎng)對(duì) GDI 系統(tǒng)也是有利的。另一種是高壓旋流噴油器。大多數(shù) GDI 發(fā)動(dòng)機(jī)若要達(dá)到可接受的 UBHC 排放和 IMEP（平均指示有效壓力）的循環(huán)變動(dòng)系數(shù)，其 SMD（索特平均直徑）應(yīng)小于 25um。故在汽油機(jī)上要達(dá)到類似于柴油機(jī)那樣的工作方式就必須考慮用附加方法控制混合氣的制備。噴油壓力升高時(shí)，一方面因?yàn)槿加挽F化改善，油滴不能噴到很遠(yuǎn)的地方，油束穿透不深；另一方面因?yàn)閲娪统跛偬岣?，又?huì)增加穿透深度。根據(jù)以上分析可見，前一種情況，即低工況、采用分層充量時(shí)，應(yīng)將噴油推遲到壓縮沖程后期，這首先是因?yàn)榇藭r(shí)有可能將燃油噴入活塞頂部凹坑內(nèi)，其次是因?yàn)榇藭r(shí)充量已被壓縮到 ，充量密度較高，油束中油滴所受的阻力增大，油滴的運(yùn)動(dòng)很快受到衰減，使得油束比較集中，并且穿透不深，正好滿足此時(shí)的要求；后一種情況，即高工況、采用均質(zhì)充量時(shí)，應(yīng)將噴油正時(shí)提早到吸氣沖程的前期，這首先是因?yàn)榇藭r(shí)噴油可使燃油不沾濕或少沾濕活塞和缸套壁面， 其次是因?yàn)榇藭r(shí)缸內(nèi)的環(huán)境壓力還接近或小于大氣壓力，充量密度不高，油束中油滴所受的阻力較小，油滴的運(yùn)動(dòng)衰減較慢，所以油束比較分散，穿透距離較長(zhǎng)，也正好滿足此時(shí)的要求。ECU 必須根據(jù)當(dāng)時(shí)的工況作出選擇。一般來說，推遲噴油、充量分層的控制模式只適用于 50%以下的負(fù)荷， 此時(shí)尚有足夠的過量空氣可供在短時(shí)間內(nèi)燃盡生成的黑煙，超過 50%負(fù)荷時(shí)會(huì)排放黑煙，必須切換成提早噴油，均質(zhì)充量的控制模式。對(duì)于進(jìn)氣道噴射的發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)， 將燃油噴在各缸進(jìn)氣閥的背面，進(jìn)氣沖程中油氣混合物進(jìn)入氣缸；而缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)則直接把燃油噴入氣缸內(nèi)，通過組織合理的氣流運(yùn)動(dòng)和控制精確的噴油時(shí)間， 在不同的工況實(shí)現(xiàn)不同的混合氣制備，從而實(shí)現(xiàn)更好的燃油經(jīng)濟(jì)性和更低的排放。 但由于缸內(nèi)噴射壓縮比高達(dá) 12，與同體積的一般發(fā)動(dòng)機(jī)相比功率與扭矩都提高了 10％。如果燃油泵控制單元失效發(fā)動(dòng)機(jī)將不能運(yùn)轉(zhuǎn)，電動(dòng)燃油泵給高壓泵供應(yīng)壓力約為 600kPa 的燃油。直接噴射（Gasoline Direct Injection 縮寫為 GDI）則是如同柴油發(fā)動(dòng)機(jī)一樣將燃油直接噴入汽缸，并以非常精確的方式來控制，避免燃料浪費(fèi)。汽油缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)從冷啟動(dòng)到全負(fù)荷各種工況需要復(fù)雜的供油和燃燒控制，并需要復(fù)雜的排放控制策略，同時(shí)也增加了系統(tǒng)優(yōu)化的標(biāo)定參數(shù)。由于燃油直接噴入氣缸，可以對(duì)各缸的空燃比進(jìn)行精確并相對(duì)獨(dú)立的控制。缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓燃油泵能提供高達(dá) 1000kPa 的壓力，確保燃料充分燃燒，最大限度的減少廢氣中的有害雜物。因此，噴油時(shí)間和噴油正時(shí)要隨著工況改變而進(jìn)行優(yōu)化。邁騰 和即將搭載在速騰身上的 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際上閹割了機(jī)械增壓和燃油分層技術(shù)。而渦輪增壓器的尺寸可以再大一些，去彌補(bǔ)高轉(zhuǎn)速時(shí)的動(dòng)力空擋，從而達(dá)到一個(gè)從低到高轉(zhuǎn)速的全段優(yōu)異動(dòng)力表現(xiàn)。隨著轉(zhuǎn)速的上升（約 1500r/min 或以上） ，排氣壓力逐漸加大渦輪就進(jìn)入了正常的工作狀態(tài)，達(dá)到增壓的目的和效果。FSI 技術(shù)的發(fā)展——TFSI、TSIFSI 是給發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射方式帶來了革命，它讓一款普通發(fā)動(dòng)機(jī)的各種性能都得到了提升，而 FSI 再往上發(fā)展就變得更加容易了。隨后，又開發(fā)出 、 和 的 GDI 發(fā)動(dòng)機(jī)。 編號(hào) 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 論 文題 目 缸內(nèi)直噴電控汽油機(jī)技術(shù) 分析、故障診斷與檢修學(xué)生姓名 陸野學(xué) 號(hào) 82107023系 部 汽車工程系專 業(yè) 汽車檢測(cè)與維修技術(shù)班 級(jí) 821070指導(dǎo)教師 汪東明 副教授顧問教師 錢鋒二〇一二年十一月摘 要隨著石油資源越來越緊缺，人們對(duì)汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性要求越來越高，為此，一種新型的汽油燃燒方式應(yīng)運(yùn)而生，即發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒技術(shù)，而實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒的理想方式是缸內(nèi)直噴分層噴注，即汽油缸內(nèi)直噴。其 D4型 GDI 發(fā)動(dòng)機(jī)可降低油耗 30％左右，提高功率約 10％。TFSI 是在 FSI 基礎(chǔ)上加入了渦輪增壓技術(shù)；而 TSI 技術(shù)與 FSI 并沒有什么相關(guān)性。但是，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近額定的時(shí)候（約 r/min 或以上） ，發(fā)動(dòng)機(jī)本身的內(nèi)壓超過了排氣壓力，這時(shí)的渦輪同樣是不工作的。另外，渦輪增壓器由于廢氣渦輪的慣性，會(huì)有發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)的遲滯現(xiàn)象。當(dāng)然，這也是國產(chǎn)化之后處于油品和成本問題的考慮。在某些國度工況進(jìn)行兩段噴射被試驗(yàn)證明是保證平穩(wěn)過渡的有效方法，如豐田第一代 D4GDI 機(jī)型，在從中負(fù)荷向大負(fù)荷的過渡時(shí)采用了兩段噴射技術(shù)，把燃油分兩次分別在進(jìn)氣和壓縮行程中噴入氣缸，第一次噴入的燃油蒸發(fā)可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣系數(shù)，第二次蒸發(fā)的燃燒可以降低壓縮終了的氣體溫度，抑制了爆震的發(fā)生，可增加功率 2%3%。冷啟動(dòng)時(shí)的 UBHC 降低，溫室效應(yīng)氣體二氧化碳的減少，稀薄燃燒使發(fā)動(dòng)機(jī)排出的 NOx 降低，并且允許采用更高的廢氣再循環(huán)率來降低 NOx排放。GDI 方式?jīng)]有 PFI 方式所形成的壁面油膜，燃油計(jì)量精確，加速響應(yīng)快，減速斷油及時(shí)，冷啟動(dòng)迅速，冷啟動(dòng)加濃要求低。汽油缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)要求復(fù)雜的供油系統(tǒng)硬件，需要高壓油泵和復(fù)雜的控制系統(tǒng)，由于三元催化轉(zhuǎn)化器在汽油缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)上不能有效地使用，目前，汽油缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)面臨重大問題是 NOx 排放控制。缸內(nèi)噴射發(fā)動(dòng)機(jī)采用了立式吸氣口、彎曲頂面活塞、高壓旋轉(zhuǎn)噴油器等技術(shù)手段，產(chǎn)生與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)不同的缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使噴射入汽缸的汽油與空氣形成一種多層次的旋轉(zhuǎn)渦流。高壓系統(tǒng)由高壓燃油泵、油壓調(diào)節(jié)閥、油軌、壓力限制閥、高壓燃油壓力傳感器、高壓噴射器（如圖 22 所示）組成，燃油壓力 511MPa。在這里要特別介紹一下活塞頂?shù)男螤顚?duì)缸內(nèi)氣流的作用。缸內(nèi)直噴汽油機(jī)主要要達(dá)到兩個(gè)目標(biāo)：一是大幅度改善車用汽油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，二是控制排放。表 21 汽油缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)按工況區(qū)分控制模式表工況 主要目標(biāo) 空燃比 節(jié)氣 門 扭矩調(diào)節(jié) 充量 噴油正時(shí) 噴油壓力 燃油霧化 油束穿透低 經(jīng)濟(jì)性 2540 不節(jié)氣 (全開) 變質(zhì)調(diào)節(jié) 分層壓縮沖程的晚期高 好 淺高 動(dòng)力性 左右 節(jié)氣 變量調(diào)節(jié) 均質(zhì)吸氣沖程的早期低 差 深ECU 在任何工況下都首先要識(shí)別對(duì)扭矩的需求。在沒有其他情況發(fā)生時(shí)，ECU 主要根據(jù)油門踏板的位置確定應(yīng)有的扭矩。噴油壓力至少與油束的兩個(gè)特性參數(shù)有關(guān)，一個(gè)是燃油霧化程度，另一個(gè)是油束穿透程度。兩者在一定程度上互相抵消?；旌蠚獾闹苽滟|(zhì)量是由燃油噴射系統(tǒng)、缸內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)以及他們之間的相互作用決定的，下面就從這三個(gè)方面加以論述。由于 SMD 的大小也影響燃油蒸發(fā)時(shí)間，故有人提出 SMD 小于 15um 的噴霧才適用于 GDI。該噴油器可將油束的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為水平旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，從而降低貫穿速度避免油束撞壁，同時(shí)仍保持原有的霧化水平。在汽油機(jī)中可采用的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)有滾流、渦流和擠流三種。當(dāng)缸內(nèi)流場(chǎng)特性和噴霧特性被確定后，首先要考慮的因素是噴油器的布置，隨之也就要對(duì)火花塞位置進(jìn)行考慮以確保穩(wěn)定點(diǎn)火。切換時(shí)要注意切換前后扭矩應(yīng)一致，以防扭矩變化帶來振動(dòng)。在排放方面，GDI 發(fā)動(dòng)機(jī)主要面臨 UBHC 排放及 NOx 排放問題。其中后者的發(fā)展對(duì) GDI 發(fā)展影響很大。兩者的結(jié)合，改善了起步加速，也具有充足的后勁，相對(duì)來說動(dòng)力損耗減低到最小。高強(qiáng)度的鑄鐵材料滿足了 TSI 發(fā)動(dòng)機(jī)高機(jī)械負(fù)荷和高熱負(fù)荷的要求。第一道活塞環(huán)為矩形環(huán)，第二道活塞環(huán)為鼻形環(huán)，第三道為組合油環(huán)。平衡軸的轉(zhuǎn)動(dòng)大大減小了發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。圖 35 大眾 TSI 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系1加熱裝置的熱交換器；2冷卻液平衡罐；3增壓機(jī)；4油冷卻器；21 / 395衡熱器/冷卻液泵的模塊；6 用于冷卻液再循環(huán)的電動(dòng)泵 V51；7冷卻器 大眾 TSI 發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供 給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)TSI 發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給系統(tǒng)的基本組成如圖 36 所示。（HOSP）模式發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)幾秒后，發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)以這一模式工作。 大眾 發(fā)動(dòng)機(jī) 電控系統(tǒng)的組成圖 38 大眾 TSI 發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)23 / 39 發(fā)動(dòng)機(jī)的電控系統(tǒng)（圖 38）主要由傳感器、ECU 和執(zhí)行器組成。N73 發(fā)動(dòng)機(jī)有 2 個(gè)空氣流量計(jì)，2 個(gè)節(jié)氣門和左右各自的進(jìn)氣歧管，檢測(cè)各個(gè)汽缸壓力均在 Pa 左右，符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值。于是我們拆下 16 缸節(jié)氣門進(jìn)氣軟管，在車輛冷態(tài)時(shí)用清洗劑邊噴邊啟動(dòng)，以增加混合汽濃度，結(jié)果此車著車反應(yīng)快，重復(fù)多次均能順利著車，這說明噴油不良可能造成此故障。在泵體的上方有低壓調(diào)壓閥彈簧，下方還有油泵柱塞彈簧。當(dāng)排氣凸輪驅(qū)動(dòng)高壓油泵活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，油泵內(nèi)部活塞上附有黑色的膠狀的雜物堵塞，導(dǎo)致進(jìn)油端的壓力偏低，使得缸內(nèi)混合汽較稀，引起發(fā)動(dòng)機(jī)不能順利啟動(dòng)。在車輛運(yùn)行的任何車速下，ABS故障指示燈始終都處于熄滅狀態(tài)，并且當(dāng)車速超過 20km/h 在沙土路面上實(shí)施緊急制動(dòng)時(shí)，ABS 工作。這樣，沒有 ABS 泵馬達(dá)提供要求的壓力，ABS 系統(tǒng)自然也就不會(huì)工作了。缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)汽油的抗爆性要求很高，即對(duì)汽油標(biāo)號(hào)要求非常高，一般需要 97 號(hào)以上汽油。 蒙迪歐新致勝怠速抖動(dòng)急速遲緩一輛 2022 年產(chǎn)蒙迪歐新致勝豪華轎車,裝載了福特全新 EcoBoost 系列 渦輪增壓/缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和 Power shift 6 速雙離合器變速器該車?yán)塾?jì)行駛里程約 950 km ，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)，加速無力。根據(jù)對(duì)該車的維修經(jīng)驗(yàn)，一般這種情況點(diǎn)火線圈損壞的可能性比較大，但采用替換法更換了第一缸點(diǎn)火線圈，而后試車故障依舊，因此可以斷定不是點(diǎn)火線圈的問題。之后，又打電話詢問了用戶關(guān)于該車的情況，用戶反映該車一直使用正常，只是在等紅燈時(shí)會(huì)有些抖動(dòng)。他們發(fā)現(xiàn)如果拔掉空氣流量計(jì)插頭、斷開渦輪增壓器，試車故障癥狀明顯好轉(zhuǎn)，但發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況仍然不正常，故障診斷儀也仍然顯示含義為凸輪軸位置傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器布置錯(cuò)誤的故障碼。經(jīng)利用故障診斷儀 VAS5051 檢查2 個(gè)傳感器的波形發(fā)現(xiàn)，傳感器的波形均正常，說明傳感器本身沒有問題。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過 1500r/min 時(shí)，因發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作需要的點(diǎn)火提前角和液壓調(diào)節(jié)閥卡滯的位置相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火提前角接近，因此此時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)幾乎沒有影響。第五章 總結(jié)與展望 總結(jié)在對(duì)能源和環(huán)保要求日趨嚴(yán)格的今天，即使是多點(diǎn)燃油噴射這樣的技術(shù)也不能滿足人們的要求了，于是缸內(nèi)直噴技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。 展望缸內(nèi)直噴科技也并非無敵，因?yàn)閺慕?jīng)濟(jì)層面來看，采用缸內(nèi)直噴的供油系統(tǒng)除了在研發(fā)過程必須花費(fèi)更大成本，在部品構(gòu)成復(fù)雜且精密的情況下，零組件的價(jià)格也比起傳統(tǒng)供油系統(tǒng)來得昂貴，因此這些也都是未來缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)尚待克服的要素?？梢灶A(yù)料，隨著噴射技術(shù)和排氣后處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)在排放和其他方面的性能將會(huì)得到進(jìn)一步的改善，缸內(nèi)直噴汽油機(jī)無疑會(huì)占領(lǐng)車用發(fā)動(dòng)機(jī)更多的市場(chǎng)份額。能夠一直得到汪老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，我很榮幸。因?yàn)橥衾蠋煵粌H僅是我的指導(dǎo)老師，更是我們汽車系的教學(xué)主任，汪老師在百忙之中孜孜不倦地指導(dǎo)我的論文寫作，再一次向汪主任表示衷心的感謝，感謝他為學(xué)生營造的濃郁學(xué)術(shù)氛圍，以及學(xué)習(xí)、生活上的無私幫助!在學(xué)校的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，回顧兩年多來的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，面對(duì)現(xiàn)在的收獲，我感到無限欣慰。、控制策略分析不夠透徹，理論深度不夠。主要表現(xiàn)在：（1）中小負(fù)荷下未燃碳?xì)洌║BHC）的排放較多其主要原因有采用分層混合氣時(shí)引起火焰從濃區(qū)向稀區(qū)的熄滅，稀空燃比工作條件造成缸內(nèi)溫度偏低，也不利于未燃碳?xì)潆S后的繼續(xù)氧化。同時(shí)，噴嘴位置、噴霧形狀、進(jìn)氣氣流控制，以及活塞頂形狀等特別的設(shè)計(jì)，使油氣能夠在整個(gè)氣缸內(nèi)充分、均勻的混合，從而使燃油充分燃燒，能量轉(zhuǎn)化效率更高。在可變配氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，凸輪軸位置傳感器監(jiān)測(cè)凸輪軸的位置?？紤]到此車先前一直使用正常，因此配氣正時(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)出問題的可能性較小，所以維修人員并未急于對(duì)配氣傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行拆檢，而是決定重點(diǎn)檢查配氣正時(shí)調(diào)整機(jī)構(gòu)。經(jīng)過上述檢查，他們確定故障并非出在渦輪增壓系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元內(nèi)存儲(chǔ)的故障碼含義為凸輪軸位置傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器布置錯(cuò)誤，ABS 控制單元內(nèi)存儲(chǔ)的故障碼含義為請(qǐng)檢查發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元故障存儲(chǔ)器。圖 45 故障車損壞的火花塞更換火花塞后起動(dòng)后發(fā)動(dòng)機(jī)試車，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和加速性能恢復(fù)正常，上述故障排除。根據(jù)故障現(xiàn)象初步認(rèn)為可能造成故障的原因有：發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)故障：點(diǎn)火系統(tǒng)故障。另外缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比較高可達(dá)到 25∶1（普通電噴發(fā)動(dòng)機(jī)僅為 10∶1左右） ，而且缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)溫度較普通電噴發(fā)動(dòng)機(jī)高，因此對(duì)機(jī)油的 API與 SAE 兩項(xiàng)級(jí)別都有要求，一般情況下需要加合成機(jī)油，個(gè)別車型發(fā)動(dòng)機(jī)要求加注全合成機(jī)油。試車發(fā)現(xiàn)該車有規(guī)律的間歇性抖動(dòng)，通常這種情況是由于發(fā)動(dòng)機(jī)某個(gè)缸或是某幾個(gè)缸工作不理想即缺缸造成的。通過本次故障的排查，使我聯(lián)系起相關(guān)的案例。這種缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)雖然對(duì)燃油沒有特殊含硫式極低的要求，也能使用常規(guī)的三元催化凈化器處理發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣，但對(duì)燃油潔凈度的要求十分嚴(yán)格。圖上用藍(lán)色表示濾清膜片，實(shí)際檢測(cè)有兩層，其作用是過濾燃油中的雜質(zhì)，并將進(jìn)油管路中的壓力控制在 6bar。整個(gè)油路系統(tǒng)由低、高兩級(jí)油泵組成。圖 41 為該直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的供油系統(tǒng)，圖中紅色油管為高壓噴油管，是由柱塞式高壓泵引出到油軌；藍(lán)色為低壓進(jìn)油管，黃色為回油管，中間的兩根高壓油軌下方安裝有噴油器向左右各缸內(nèi)噴油。執(zhí)行器