新款奥迪A6 FSI发动机部分结构及其控制

　　1 FSI发动机技术特性

　　新型Audi A6发动机首次采用配备FSI技术V6发动机，该发动机也用在Audi A8和Audi A4轿车。这种发动机现已达到下列开发目的：

　　l 符合EU Ⅳ废气排放标准

　　l 油耗降低

　　l 性能提高

　　l 扭矩大

　　l 优良的运动性和灵活性

　　l 动力强劲

　　技术特性如下：

　　l 曲轴箱用铝硅铜合金制成，重量轻

　　l 轻型塑料，双位置进气管

　　l 配备平衡一级自由惯性力的平衡轴

　　l 配备4气门滚柱式凸轮从动机构的低摩擦缸盖

　　l 采用链传动机构

　　l 前端附件由V型转动带驱动

　　l 连续调整进排气凸轮轴

　　l 采用西门子管理系统

　　l 通过氧传感器和两个催化转换器控制排放

　　l 采用计量空气的P/N系统

　　2 空气供给系统

　　2.1 空气供给系统概况

　　空气供给系统为发动机可燃混合气的形成提供必需的空气。空气经空气滤清器，空气流量计，节气门，进气总管，进气支管进入各缸。

　　对于所有奥迪轿车发动机（除了2.4L V6发动机)来说，进气系统（图9）从车前部的进气开口到空气滤清器上的洁净空气出口部分都是相同的。为了提高空气滤清器的使用寿命，使用了圆柱形的空气滤清器滤芯，利用滤清器壳体上的排水阀排出壳体内的水分。进气系统还有一条来自车轮罩的进气管，这根进气管的气流截面是经过优化的。对于气候寒冷的地区，还可选装滤雪网和热空气进气装置。热空气进气装置是用蜡膨胀元件来控制的。节气门体是个单向流动系统，可以选装水加热系统。切换式进气管有两个位置：一个通短进气道，一个通长进气道，分别用于发动机输出不同的功率和扭矩，长、短管道的切换是用电磁转换阀来实现的[13]。复位是通过弹簧力来实现的。根据发动机转速的高低，由电磁转换阀控制空气经哪一个通道进入气缸，当发动机在中、低速运转时，电磁转换阀将短进气道封闭，空气沿长进气道进入气缸；当发动机高速工作时，电磁转换阀使长进气道短路，将长进气道也变为短进气道，这时空气经两个短进气道进入气缸。电磁由真空存储单元是集成式的。进气管内有双传感器(压力传感器和温度传感器)，还有通风系统压力调节阀的支座。进气管长度的切换是通过两根控制轴来实现的，这两个轴是通过对齿轮副连接在一起的。塑料翻板的断面形状非常有利于气流流动。塑料翻板上有弹性挤压成型层，用于防止漏气。气缸盖内的进气道被一个优质钢片水平分成两部分。

　　2.2 进气系统工作原理

　　一般行驶时，空气的流量由通道中的节气门来控制（节气门由节气门踏板操作）。踩下节气门踏板时，节气门打开，进入的空气量多。怠速时，节气门关闭，空气由旁通道通过。

　　发动机需要大量空气时，发动机控制单元(主动开启)就会启动电磁阀N335。于是真空单元打开车轮罩入口，当空气滤清器壳体内的真空度过高(例如车前部进气口堵塞)时，车轮罩入口就会被动开启，真空度升高会将车轮罩入口的翻板强制打开，切换式进气管(图10)根据声音的大小来断开，以便降低噪声。通过位于前部的进气管翻板，可关闭下部的进气道。于是就可以提高气流强度，并会在燃油室内使空气柱滚动（波动），从而使得燃油空气混合气产生最佳的涡流运动。为了减少气流损失，进气管翻板是偏心安装的，这样就可保证翻板在打开位置可与气道壁合为一体。进气管翻板的双级调节(图11)是用真空来实现的，回位是通过弹簧力实现的。在静止位置，进气管翻板通过弹簧力关闭(小截面) 霍尔传感器会反馈翻板的位置信息。

　　2.3 进气涡流控制

　　FSI发动机上采用涡流控制系统（图12），可根据发动机的不同负荷，改变进气流量去改善发动机的动力性能。涡流控制阀安装在进气支管内，由进气支管负压打开和关闭，控制进气管空气通道的大小。发动机小负荷时，受ECU控制的真空电磁阀关闭，真空不能进入涡流控制阀上部的真空气室，涡流控制阀关闭，由于进气道通道变小，产生一个强大涡流，这就提高了燃烧效率，从而可节约燃油。当发动机负荷增大时，ECU根据转速、温度、进气量等信号将真空电磁阀电路接通，真空电磁阀打开，真空度进入涡流控制室，将涡流控制阀打开，进气通道变大，从而改善发动机输出功率。

　　3 燃油供给系统

　　3.1 燃油供给系统概况

　　燃油供给系统由汽油泵，汽油滤清器，油量控制器，喷油器，高、低压传感器及燃油分配管等组成。汽油由汽油泵从油箱中泵出，经过汽油滤清器，除去杂质及水分后，再送至油量控制器和高压喷油泵，以提高压力和减少脉动，这样具有一定压力的燃油流至燃油分配管，再经各供油支管送至各缸喷油器。喷油器根据ECU的喷油指令，开启喷油阀，将高压燃油喷入气缸。

　　燃油供给系统分为低压和高压两部分(图13)。低压系统是一种按需要来调节的系统，电动燃油泵的功率由高性能电子系统通过PWM (脉冲宽度调制)信号来调节。发动机控制单元的信号也是通过PWM传输到高性能电子系统，该泵无燃油回油管。低压传感器N410用来监控不同压力的保持状况。电动燃油泵集成在油箱内，只要低压回路中的单向阀开启，初级输油压力可保持在4bar(绝对压力)，并由低压调节器调节。在正常的运转情况下始终保持这样的状况。假如单向阀关闭，通往低压调节器的油路被切断，从而使电动燃油泵的最高输油压力升高到6bar。为确保在任何运行状况下发动机可靠起动，在低压燃油回路中设置了这个单向阀。当冷却水和外界环境达到一定温度时，电控单元将该单向阀关闭，切断电动燃油泵通往低压调节器的通路，使其输油压力升高到大约6bar。由于初级输油压力升高，使高压泵吸油腔中的燃油蒸汽凝结，从而保证发动机可靠起动。电控单元根据发动机温度和由进气空气质量流量计所测的环境温度来控制单向阀。

　　燃油分配管(共轨)中的燃油压力由压力控制阀根据压力传感器的信号，随发动机运转工况的变化，在50～100bar范围内进行调节。燃油分配管经过较短的高压油管将燃油输送给喷油器。从压力控制阀流出的燃油在低压下返回油箱。油箱中的燃油蒸汽经过油箱通风管储存在活性炭罐中，并由发动机控制系统调节将其输往发动机气缸内燃烧掉。

　　3.2 燃油供给系统的技术特点

　　燃油供给系统的设计具有如下技术特点：l、电动燃油泵的功率消耗低，因此可节省燃油；2、燃油吸热率非常低（仅压缩当前所需燃油）；3、电动燃油泵的使用寿命长；4、降低了噪声，尤其是在怠速时；5、可以对低压系统和高压系统的减震器进行自诊断(通过低压传感器)。

　　3.3 预供油压力工况

　　在发动机起动前,电动燃油泵需要提前向发动机提供燃油，即预供油。燃油泵预供油是为高压油泵正常工作提供必要的燃油压力。在下述工况时，预供油压力必须提高到200kPa。1、发动机停机时(电动燃油泵继续运行)；2、发动机起动前(电动燃油泵预运行)，当点火开关接通或驾驶员车门接触开关接通；3、在发动机起动过程中以及发动机起动后的5s之内；4、在热起动以及热机运行时，时间取决于温度(t<5s)，以防止产生气阻。

　　3.4 高压系统组成及高压喷油泵机构原理

　　高压系统组成部件包括：高压燃油分配管；高压喷油泵；高压油路；高压喷油阀。

　　高压喷油泵由Hitachi公司制造，由两列气缸进气凸轮端的三角凸轮驱动，可产生30～120bar的燃油压力，压力由油量调节阀N290根据标定值进行调节，燃油压力传感器监控燃油压力。

　　单活塞高压泵没有泄油管，将燃油送回到供油端。该泵内集成有燃油低压传感器G410。该系统是一个根据需要来进行调节的高压泵。也就是说，该高压泵只将发动机控制单元内存储的特性曲线所规定的燃油量送入高压油轨。与连续供油的高压泵相比，该系统的优点是消耗的驱动功率降低了，且只是输送实际需要的燃油量。

　　单活塞高压泵工作时，在进油冲程，凸轮的形状和活塞弹簧力使得泵活塞向下运动。泵内的空间加大，燃油流入，流量控制阀将低压阀保持在打开位置，油量控制阀被切断电流。在有效冲程，凸轮使得高压泵活塞向上运动，这时还无法建立起压力，因为油量控制阀还处于无电状态。这可以防止低压油阀关闭；在压缩冲程，发动机控制单元这时会接通油量控制阀的电源，磁铁被吸紧。泵内压力将低压进油阀压入其座内。如果泵内压力超过油轨内的压力，那么单向阀就会被推开，燃油就会进入油轨。

　　高压喷油器是由Hitachi公司制造的，是直喷式汽油机燃油系统的关键部件。高压喷油器的喷束形状、开启和关闭特性以及雾化品质等对分层充气运转时的燃烧稳定性以及发动机的排放和燃油消耗着决定性的作用。它的任务就是在精确的时刻将精确的燃油量喷入燃烧室。喷油器的控制由发动机控制单元来完成， 工作电压约为65V。喷射出的燃油量由阀开启时间和燃油压力来决定。喷油器喷孔的布置能使喷出的油雾分布在火花塞周围，保证喷出的油雾能形成良好的混合气，喷油器的触发与点火脉冲同步。为了避免产生气阻，油路中有燃油不断地冲刷喷油器，发动机的喷油采用顺序喷射方式，即在每个汽缸的压缩形成中喷油。

　　4 排气系统

　　新车的排气歧管是个铸造件，为了防止出现热应力。排气歧管与缸盖的连接被分成单个法兰。废气的汇流是从3缸到2缸再到1缸的，不是四叶式的，可以完全消除排气干涉现象。氧传感器安装在三个气缸上气流流动的最佳位置，这样就可以完成对各个气缸的入调节，发动机控制系统就可以更好地控制每个气缸的混合气质量。

　　5 机油供给系统

　　机油供给系统示意图如图20所示。该系统适用于SAE OW 30机油的强制机油循环系统，在洁净机油一侧控制机油压力。带有冷启动阀的双中心机油泵，用于对机油冷却器和机油滤清器的过载保护。凸轮轴调节电机和缸盖一侧链条总成的机油供给与缸盖的机油供给是分开的．这样就可以对缸盖内的机油进行节流。机油供给系统使用了新型的机油滤清器总成，这样就可更快、更方便地更换滤清器。

　　奥迪FSI新技术的技术效果

　　证明直喷发动机潜力的是在2001年7月的勒芒24小时耐力赛上获胜的奥迪R8，匹配了带双增压的V8FSI直喷发动机。出色的表现使它领先一圈，良好的燃油经济性使它延长了加油的间隔，有力证明了直喷不仅动力表现出色，燃油还节省了8%。

　　奥迪第一款作为量产车匹配直喷发动机的车型是2002年3月在日内瓦车展展出的A21.6FSI。接下来是奥迪A4，匹配了110kW 2.0LFSI发动机。有别于96kW的A4，使用了单柱塞高压油泵，4气门替代了5气门，显然是为了在燃烧室安装汽油喷嘴以节省地方。A4 2.0 FSI最大扭矩200Nm出现在3250～4250r/min，0～100km/h的加速时间是9.6s，最高时速218km/h。每百公里综合油耗7.1L[14]。

　　奥迪A5所采用的最顶级发动机是新款3.2升FSI燃油直喷式发动机，采用此项技术的效果是很明显的，不仅发动机的效率得到了提高，动力得到增强，与此同时还大大降低了油耗。奥迪A5 3.2 FSI的最大功率达到195KW，在发动机转速为3000-5000rpm之间保持330Nm的强大扭矩输出，如此强劲的动力使A5在任何时候都能随心所欲地加速。采用6速手动变速器的奥迪A5 3.2 FSI quattro从静止加速到100公里/小时只要6.1秒，而最高时速被限制在250公里/小时，尽管有如此惊人的性能表现，其百公里油耗却只有8.7L[15]。

　　以A5为底子的S5是奥迪的高性能轿跑车。动力是它最大的亮点，装配着一台V8FSI发动机，最大功率达260KW，在转速为3500rpm时扭矩就可达到最大的440Nm.从静止加速到100公里/小时仅需5.1秒。

　　奥迪A5全新高科技四缸发动机也无愧于奥迪全球领先发动机的名誉。功率达125千瓦(170马力)的1.8升TFSI发动机将于2007年秋面市。它结合了涡轮增压技术和燃油直喷技术，动力十足。与TDI发动机一样，奥迪完善了其涡轮增压单元的工程和工艺，将汽油发动机的燃油经济性和动力性能提升到一个新的高度。