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1、奥迪汽油发动机培训,学习目的：学习奥迪用发动机结构、工作原理、故障诊断及检测,进气冲程进气阀打开：最大 45 上止点前 ANQ 16 上止点后 AWL 18 上止点后APS 12 上止点后 ATX 12 上止点后进气阀关闭：35 90 下止点后 ANQ 38 下止点后 AWL 28 下止点后 APS 42 下止点后ATX 36 下止点后占空系数:max.80%空气流速:约.100m/s,发动机基本工作原理 工作行程,压缩冲程压缩比:ANQ 10,3:1 AWL 9.5:1 APS 10,5:1 ATX 10,1:1气流速:约.100m/s压缩压力:max.18 bar 起动时,压缩压力:ANQ
2、:9 14 bar AWL:9 14 bar APS:9 14 bar ATX:9 14 bar 燃气温度:400 500,工作冲程点火时刻:由特性曲线控制燃烧速度:约.20m/s燃烧温度:2000 2500燃烧最高压力:30bar 60 bar,排气冲程排气阀打开：4090 下止点前 ANQ 38 下止点前 AWL 28 下止点前 APS 38 下止点前 ATX 38下止点前排气阀关闭：上止点后 ANQ 8 上止点前 AWL 8上止点前 APS 8上止点前ATX 8上止点前气流速：约为音速尾气温度：约900C,发动机内充分燃烧,空气系数:空气不足010时，发动机发出最大功率.l=1.0,9在
3、空气过剩约10时，油耗最小l 1,1空气不足时燃油不能充分燃烧因此，废气中有害物质增多.空气过剩时，功率下降，燃烧温度升高,一、外部轮系的组成、调整方法及要求,二、机体及曲柄连杆机构,三、混合气形成及进气系统,长进气道发动机在低转速时，空气经过长的进气道，使气缸充气最佳，且扭矩增大。,短进气道发动机在高转速时，空气流经短进气道，可提高效率。,真空单元,进气道,可变进气道,扭矩,带进气歧管转换的发动机扭矩曲线,固定式进气歧管的扭矩曲线,扭矩,功率,功率,带进气歧管转换的功率曲线,固定式进气歧管的功率曲线,扭矩,功率,1-油封 更换 注意安装位置2-10 Nm3-10 Nm4-O 型环 用于喷油阀
4、 更换5-燃油分配管 带喷油阀6-10 Nm7-10 Nm8-上部冷却液管9-10 Nm,10-O型环 用于上部冷却液管 更换11-进气管 检查转换功能:12-20 Nm13-Sttze 用于进气歧管14-25 Nm,1-真空控制单元2-压力弹簧3-转换辊4-进气歧管5-单向阀安装位置 蓝色一侧朝Y件6-Y-件7-进气歧管转换阀-N156,8-10 Nm9-固定板10-橡胶套11-隔套12-垫圈 锥面朝进气歧管13-油封损坏时，必须更换14-油封用于转换辊15-6 Nm,节流阀体,节流阀体进气道形状,齿型带轮系,多气门技术优点:排量小，功率大发动机效率高，油耗低扭矩特性好，牵引力大结构小巧，发
5、动机质量小充气效率高,多气门,排气门杆中充有钠970C钠变成液体液体钠可迅速传导热量温度可降低100C延长排气门寿命,充钠,加强,加强,进气门开、关时刻：发动机转速低时，进气管内混合气随活塞运动，活塞运动慢。进气门应提前关闭，以避免混合气回流进气管。发动机低速时，进气凸轮轴相位应提前调整。,可变进气相位,进气门开、关时刻：发动机转速高时，进气管内气流快，活塞在向上运动过程中，混合气应可继续涌入气缸，为增加混合气量，进气门延迟关闭。,排气凸轮轴,进气凸轮轴,凸轮轴调节阀N205,液压缸,排气凸轮轴,进气凸轮轴,凸轮轴调整器（与链条张紧器一体）,功率调整调整功率时，链条下部短，上部长，进气门延迟关
6、闭。进气管内气流速高，气缸充气量足。因此高转速时，功率大。,排气凸轮轴,进气凸轮轴,凸轮轴调整器,扭 矩调整凸轮轴调整器向下拉长，于是链条上部变短，下部变长。因为排气凸轮轴被齿形带固定了，此时排气凸轮轴不能被转动，进气凸轮轴被转一个角度，进气门提前关闭。在这个位置时，在中、低转速，可获得大扭矩输出.,怠速怠速时，进气门延迟关闭.,扭矩调整转速在1000rpm以上时，进气门提 前关闭。左侧凸轮轴调整器向下，右侧调整器向上运动。,功率调整 转速在3700rpm以上时，左侧凸轮轴调整器向上，右侧调整器向下运动，进气门延迟关闭。,涡轮增压系统,增加空气进气量，增加循环供油量，提高了升功率和升扭矩。提高
7、了整机的使用经济性。,组成部件,工作原理,空气增压过程,N 75,G 70,G 28,G 31,通电时，管路通,断电时，管路通,旁通阀,增压压力调整过程,尾气叶轮,进气叶轮,通三元催化转换器,新鲜空气,旁通阀,来自电磁阀N75的高压空气,电磁阀N75的高压空气,通燃烧室,燃烧室尾气,断电时，管路通,通电时，管路通,空气再循环机械阀,超速切断工况,增压调节电磁阀N75插头,通空气高压端,通空气低压端,断电时，通道,通压力调节控制单元,增压调节电磁阀,润滑系统,校准,安全阀,单向阀,机油循环,与进气管相连,连接点,曲轴箱,冷却系统,发动机管理系统,电控汽油喷射及点火系统的发展史,电控汽油喷射及点火
8、的优点,工作原理,电控汽油喷射及点火系统主要由下列四部分组成：进气系统 供油系统 点火系统 控制系统,进气系统,燃油系统,燃油分配管,汽油滤清器,压力调节器,油箱,供油系统,燃油泵G6,燃 油 泵 燃油泵装在油箱内，涡轮泵由电机驱动。当泵内油压超过一定值时，燃油顶开单向阀向油路供油。当油路堵塞时，卸压阀开启，泄出的燃油返回油箱。,燃油泵1 进油侧4 电机 a 无压力2单向阀5 单向阀 c 有压力3 转子叶片泵6 出油口,怠速进气压力影响燃油压力。怠速时，如进气压力高，则通往油箱的管路开的就大。,全负荷进气压力影响燃油压力。全负荷时，如进气压力低，则通往油箱的管路开的就小。,压力调节器,油压调节
9、器,喷油器多点喷油系统中喷油器通过绝缘垫圈安装 在进气歧管或进气道附近的缸盖上，并用输油管将其固定。多点喷油系统每缸有一个喷油器。英文称为 multi point injection.简称 为MPI。,单点喷油系统的喷油器安装在节气门体上，各缸共用一个喷油器。英文为single point injection.简称为SPI。,为了使发动机发出最大功率，应使最高燃烧压力出现在上止点后 1015左右。点火过迟：使发动机功率下降，油耗增加。点火过早：使功率下降，还容易产生爆震。,发动机的最佳点火提前角，不仅要使发动机的动力性、经济性最佳，还应使有害排放物最少。,点火系统,在电控发动机中最主要的输入接
10、口是传感器接口（例如转速、负荷、温度、压力等）。最主要的输出接口是控制接口，它控制外部执行机构的动作（例如：喷油器、点火模块、喷油泵、怠速执行器等）。,控制系统,控制系统由传感器、执行器和电子控制单元三部分组成。,电子控制单元,ECU的功用是采集和处理各种传感器的输入信号，根据发动机工作的要求（喷油脉宽、点火提前角等），进行控制决策的运算，并输出相应的控制信号。当前电控发动机中除了控制喷油外，还控制点火、EGR、怠速和增压发动机的废气阀等，由于共用一个ECU对发动机进行综合控制，所以也被称为发动机管理系统。,中间的金属方盒为电子控制单元，箭头指向电子控制单元的部件为传感器，箭头从电子控制单元出
11、去的部件为执行器。,传 感 器 传感器是感知信息的部件，负责向ECU提供发动机和汽车运行状况。,执行器,传感器,执行元件,发动机电控电路图,传感器信号类别 主信号 校正信号 附加信号,传感器,_,_,主信号,_,_,_,_,传感器,校正信号,_,_,_,传感器,校正信号,空气流量传感器 用来将吸入的空气量转换成电信号送给ECU，作为决定喷油量的基本信号之一。,空气流量计,型式热膜式信号空气流量作用确定喷油量确定点火时间,发动机转速传感器,转速传感器、曲轴位置传感器 转速传感器用来测量发动机转速，以确定基本喷油量和基本点火提前角。曲轴位置传感器用来确定相对于每缸压缩上止点的喷油定时和点火定时，在
12、顺序喷射发动机上还需要有判缸信号。磁电感应式转速传感器和曲轴位 置传感器。它是通过磁力线的变 化来检测发动机的转速，并通过 信号盘上的缺口获得上止点信号。,发动机转速传感器信号,传感器,主信号 APS,ATX,空气流量计,发动机转速传感器,传感器,主信号 ANQ,空气流量计,发动机转速传感器,电子油门传感器,油门踏板位置G79，G185,传感器,主信号 APS,ATX,踏板传感器,传感器,主信号 ANQ,踏板传感器,霍尔传感器霍尔效应式转速传感器和曲轴位置传感器。它是一种利用霍尔效应的信号发生器检测信号。,霍尔传感器信号,传感器,校正信号 APS,ATX,霍尔传感器,传感器,校正信号 ANQ,
13、霍尔传感器,节流阀体,组成怠速开关怠速节气门电位计节气门电位计怠速电机应急弹簧,节气门位置传感器（节气门电位计）它通过一个电位计检测节气门位置，在Mono-jetronic 燃油喷射系统中，起到一个负荷传感器的作用。在其它喷油系统中，它用来检测发动机的节气门的开度和加速、减速信号。,传感器,校正信号 APS,ATX,节气门控制单元,传感器,校正信号 ANQ,节气门控制单元,(氧)传感器,氧传感器 在三元催化转化器的上游安装一个氧传感器，用来检测混合气的空燃比比化学计量比浓还是稀，向ECU发出反馈信号，调节喷油量，将混合气空燃比控制在化学计量比附近使三元催化转化器转换效率最高。这种控制方式称为闭
14、环控制方式。最常用的氧传感器是氧化锆式氧传感器。氧化锆传感器内侧通大气，外侧裸露在排气中。如果陶瓷体内侧大气中含氧量与陶瓷体外侧的含氧量不同时，在氧化锆内、外两侧极间就产生一个电压。当混合气稀时，氧化锆产生的电压（接近于0V）。当混合气浓 时，氧化锆元件产 生的电压高（约1V）。在化学计量比附近，电压有突变，氧传感 器起到一个浓、稀开 关的作用。,只有采用EFI闭环控制系统，才能将空燃比控制在化学计量比附近，使三元催化转化器的净化效率最高。而化油器式发动机是无法实现此要求的。闭环控制系统的作用：使每辆汽车在满足汽车性能要求的条件下，减少有害排放物。可减少各新车之间由于制造装配等因素造成有害排放
15、物的差异。减少由于车辆老化使发动机有害排放物恶化。,传感器,校正信号 APS,ATX,氧传感器,传感器,校正信号 ANQ,氧传感器,为了满足发动机各种工况的要求，混合气的空燃比不能都采用闭环控制，而是采用闭环和开环相结合的策略。主要分为三种控制方式：1.冷起动和冷却水温度低时，通常采用开环控制方式。由于起动转速低、冷却水温度低、燃油挥发性差，需对燃油进行一定的补偿。混合气空燃比与冷却水温度有关，随着温度增加，空燃比逐渐变大。2.部分负荷和怠速运行时，此时可分为两种情况：若为了获得最佳经济性，可采用开环控制方式，将空燃比控制在比化学计量比大的稀混合气状态下工作。若为了获得低的排放，并有较好的燃油
16、经济性，必须采用电控汽油喷射系统加三元催化转化器，进行空燃比闭环控制。,图中虚线部分为未加三元催化转化器时，CO、HC和NOx排放浓度与空燃比的关系。实线部分采用三元催化转化器后CO、HC和NOx与空燃比的关系。从图中可看出采用三元催化转化器时只有当空燃比在化学计量比附近很窄范围内HC、CO和NOx排出浓度均较小。装有电控汽油喷射发动机采用闭环控制方式，才能使混合气空燃比严格控制在化学计量比附近很窄的范围内，使三元催化转化器净化效率最高。3.节气门全开时，采用开环控制为了获得最大的发动机功率和防止发动机过热，采用开环控制，将混合气空燃比控制在12.513.5范围内。此时发动机内混合气燃烧速度最
17、快，燃烧压力最高，因而输出功率也就越大。,窗口,(氧)传感器工作图,在窗口90%范 围内,污染程度 最小。工作区。,构造,宽频带型传感器外形尺寸比跳跃型 传感器仅大几毫米。,1 单元泵2 能斯托单元3 传感器加热器4 外界空气通道5测量室6 放氧通道,更换传感器时，必须线与插头同时更换。,装于三元催化反应器后。核心为陶瓷材料，两边有涂层。涂层的优点是：对尾气中的氧浓度更敏感。两边涂层的氧浓度不同，产生电压信号。外形没有改变。插脚为4个。监控三元催化转换器是否正常工作。,平面型传感器,外部空气,电压信号,尾气,带有涂层的极板,控制单元,装在三元催化反应器前。插头为6脚。调整更精确、更精细。通过单
18、元泵工作，可将尾气中的氧吸入测量室，单元泵工作所用电流，即为传递给控制单元的电信号。控制的电压值在450mv附近。,宽频带型传感器,空气,尾气,单元泵,测量室,传感器电压,单元泵电流,扩散通道,1.举例：,混合气过稀时，泵在原来的转速下会泵入较多的氧，测试室中氧的含量较多，电压值下降。加大喷油量。同时减少单元泵的工作电流,1.举例：,为能使电压值尽快恢复到450mv的电压值，减小单元泵的工作电流，使泵入测试室的氧量减少。单元泵的工作电流传递给控制单元，控制单元将其折算成电压值信号。,2.举例：,混合气过浓时，电压值超过450mv。单元泵以原来的工作电流工作，泵入测试室的氧量少。,2.举例：,控
19、制单元增大单元泵的工作电流，使单元泵旋转速度增加，增加泵氧速度。单元泵泵入测试室中的氧量增加，使电压值恢复到450mv。,温度传感器水温传感器都采用负温度系数的半导体热敏元件。通常安装在发动机出水口处。敏感元件由铜套封住。水温低时，热敏电阻值大，ECU检测到的电压高。ECU增加喷油量，改善冷机的驱动性能。反之，减少喷油量。热敏电阻裸露在大气中，用以检测发动机的进气温度，进气温度传感器安装在空气滤清器的壳体内，也可安装在空气流量计的空气流量测量部位。由于进气密度随温度改变而变化，因此ECU必须根据进气温度信号对喷油量进行修正，以获得最佳的空燃比。,爆振传感器,爆震控制 爆震会使气体强烈振动，产生
20、噪音；也会使火花塞、燃烧室、活塞等机件过热，严重情况会使发动机损坏。在发动机结构参数已确定的情况下，采用推迟点火提前角是消除爆震既有效又简单的措施之一。装有爆震传感器的发动机能检测爆震界限，通过电子控制单元将点火时刻调到接近爆震极限的位置，从而改善了发动机的性能。当发动机出现爆震时，ECU根据爆震程度，推迟点火时刻，爆震程度大的，不仅推迟的角度大，而且是先快后慢，直到爆震消失为止。为了保证良好的发动机性能，爆震消失后，又将点火提前角逐步加大，增加的速率也分为快、慢两种。当发动机再次出现爆震时，点火提前角再次推迟。通常点火提前角推迟的速率要大于点火提前角增加的速率。,爆震传感器 爆震传感器安装在
21、发动机缸体上，对四缸直列式发动机，它装在2缸和3缸之间；对V型发动机，每侧至少有一个爆震传感器。目前应用最多的是宽频带共振型压电式传感器。通过检测缸体表面的震动信号，以判断发动机是否产生爆震。,爆振传感器工作,传感器,校正信号 APS,ATX,爆震传感器,传感器,校正信号 ANQ,爆震传感器,传感器,校正信号 APS,ATX,冷却液温度传感器,进气温度传感器,传感器,校正信号 ANQ,冷却液温度传感器,进气温度传感器,执行元件,执行器为点火模块和点火线圈。最常见的为无分电器点火系统，它是两个气缸共用一个点火线圈。目前也有采用每个气缸一个点火线圈的。,点火控制系统由传感器、电子控制单元和执行器组
22、成。,执行元件,燃油泵,油泵继电器,执行元件,燃油泵 APS,ATX,执行元件,燃油泵 APS,ATX,执行元件,燃油泵 ANQ,执行元件,点火线圈,执行元件,点火线圈 APS,ATX,执行元件,点火线圈 ANQ,执行元件,喷油阀,喷油阀 APS,ATX,执行元件,喷油阀 ANQ,执行元件,执行元件,节气门控制单元,执行元件,节气门控制单元 APS,ATX,执行元件,节气门控制单元 ANQ,执行元件,进气歧管转换电磁阀，凸轮轴调整电磁阀和活性碳罐电磁阀,执行元件,进气歧管转换电磁阀，凸轮轴调整电磁阀和活性碳罐电磁阀APS,ATX,执行元件,进气歧管转换电磁阀，凸轮轴调整电磁阀和活性碳罐电磁阀A
23、NQ,在三元催化转换器中进行如下反应:HC与O2反应，生成H2O和CO2CO与O2反应，生成CO2NOX剥离氧原子，生成N2和CO2.化 学反应条件：发动机混合气由传感器控制在1左右.N2 是空气成分之一.CO2无毒，但可造成温室效应,为了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽，电控发动机普遍采用了碳罐，油箱中的燃油蒸汽在发动机不运转时被碳罐中的活性碳所吸附，当发动机运转时，依靠进气管中的真空度将燃油蒸汽吸入发动机中。电子控制单元根据发动机的工况通过电磁阀控制真空度的通或断达到燃油蒸汽的控制。采用燃油蒸汽的控制可减少大气中的碳氢化合物和节约燃料。,采用集成诊断系统 带有在集成诊断系统OBD-II 的发动机管
24、理系统。,缸内直喷汽油发动机 采用电控缸内直接喷射方法，在火花塞附近供给浓混合气，以利着火；在其它区域供给稀混合气，进行分段喷油。达到分层燃烧的目的。据报导空燃比为30时，仍可燃烧。此种方法可节约燃料三分之一以上。为了减少稀燃时的NOx,在排气系统中安装了两只温度传感器、两只氧传感器和两级催化转化器。,通常用EGR率表示 EGR的控制量。它用进入气缸的混合气中废气的比例表示。EGR率与发动机动力性、经济性和排放性能有关。EGR率增加过大时，使燃烧速度太慢，燃烧变得不稳定，失火率增加，使HC也会增加；EGR率过小，NOx排放达不到法规要求，易产生爆震，发动机过热等现象。因此EGR率必须根据发动机
25、工况要求进行控制。,EGR控制系统中，EGR阀是关键部件。不同的EGR率是通过EGR阀的调节来实现的。电控发动机中广泛采用电子控制EGR阀方法。直线型EGR阀是由ECU控制针阀位置，调节从排气进入进气歧管孔口的大小，精确地控制EGR率。EGR工作期间通过监测针阀位置反馈信号控制针阀位置。并根据冷却水温度、节气门位置和进气流量控制EGR针阀的位置。EGR的控制策略：增加EGR率可以使NOx排出物降低，但同时会HC排出物和燃油消耗增加。因此在各种工况采用的EGR率必须是对动力性、经济性和排放性能的综合考虑。,试验结果说明：当EGR率小于10%时，燃油消耗量基本上不增加，当EGR率大于20%时，发动
26、机燃烧不稳定，工作粗暴，HC排放物将增加10%。因此通常将EGR率控制在10%20%范围内较合适。随着负荷增加EGR率允许值也增加（阴影部分）。,（1）怠速和低负荷时，NOx排放浓度低，为了保证稳定燃烧，不进行EGR。（2）只有热态下进行EGR。发动机温度低时，NOx排浓度也较低，为了保证正常燃烧，冷机时不进EGR。（3）大负荷、高速时，为了保证发动机有较好的动力性，此时混合气较浓，NOx排放生成物较少，可不进行EGR或减少EGR率。（4）废气再循环量对NOx排放和油耗的影响还受到空燃比、点火提前角等因素的影响。因此在EGR率进行控制时，同时对点火等进行综合控制，就能得到较好的发动机性能。,减少排放物的新手段试验结果表明：CO、HC和NOx三种排放物在第一个十五工况循环中将占总排放量的70-80%，因此今后解决排放的重点在:（1）降低HC排放；（2）改善怠速和暖机期间的排放；（3）尽可能地缩短催化器的加热时间，在催化器达到起燃温度之前，最大程度地降低发动机排出的废气。,再 见,
