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SSP253


Service.

自学手册 253

带 Bosch Motronic MED 7 的汽油直接喷 射系统
结构与功能

发动机开发的主要目标是尽可能地降低燃油 消耗和废气排放.

但是要在带外部混合系统(进气岐管喷射系统)上 实现这一目标几乎是不可能的.

一个闭环三元催化转换器可以最多降低 99%的碳 氢化合物,氮氧化物和一氧化碳. 然而,目前只能通过降低燃油消耗量来减少由于 燃烧生成的并且会产生温室效应的二氧化碳 (CO2).

因此在 Lupo FSI 和 Golf FSI 发动机上首次使用 了带 Bosch Motronic MED 7 的汽油直接喷射系 统.

与带进气岐管喷射系统同类发动机比较,带 Bosch Motronic MED 7 汽油喷射系统的发动机 最多可节省 15%的燃油消耗.

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在本自学手册中,我们将向您介绍 Lupo FSI 和 Golf FSI 发动机中带 Bosch Motronic MED 7 的汽油直接 喷射系统的部件.

新技术
自学手册描述了新开发的结构和功能.其内容不再 更新. 最新的检测,调整和维修说明 请参考相关的售后服务维修手册.

注意 提示

2

目录
引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 基础知识. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

发动机管理. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 系统一览. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

发动机控制单元. . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 进气系统. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 燃油系统. . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 点火系统. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 排气系统. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 功能图. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 自诊断. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

小测验 . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

58

3

引言
为什么要使用汽油直接喷射系统?
发动机开发的主要目标是尽可能地降低燃油消耗和废气排放.

它具有如下优点: - 车辆的运行成本将由于低油耗和低排放导致的纳税减少而下降. - 由于减少了排放入大气层的污染物,从而减少了对环境的污染 - 而 且 还 节省了原材料

下图显示了降低燃油消耗的措施.

20

15 10

5

0 253_087

- 电子调节式冷却系统,可变气门正时系统和废 气再循环系统早已使用再多种发动机中. - 只有在具有多个气缸的发动机中使用气缸截止 功能才能使发动机平稳地运行.

- 可变压缩比和可变气门正时需要使用具有相应 执行元件和控制电路的高性能机械电子部件.. - 接受带汽油直接喷射系统发动机的同时也就抛 弃了稀薄燃烧的发动机理念.

要使一台四气缸的发动机能更加平稳地运 行,必须使用平衡轴.

- 大众汽车公司支持使用汽油直接喷射系统,因 为它最多可以节省 20%的燃油.

4

为什么大众汽车公司从现在开始才使用汽油直接喷射系统?
汽油直接喷射系统存在的一个主要问题是废气后 续处理.在分层充气模式和均质稀薄充气模式 中,传统的闭环三元催化转换器不能快速地将燃 烧过程中产生的氮氧化物转换成氮气.只有开发 了氮氧化物存储式催化转换器后,才能使得这些 操作模式能符合 EU4 废气排放标准.在本系统 中,氮氧化物被暂时地存储在转换器中,然后系 统性地转换成氮气.
氮氧 化物 CO 分层充气模式

HC

均质稀薄充气模式 均质充气模式 1.01.52.02.53.0 空气/燃油比(lambda λ)

另一个原因是汽油中的硫磺问题.由于硫酸的化 学特性与氮氧化物的类似,所以硫磺也会被存储 在氮氧化物存储式催化转换器内并且占用了应当 存储氮氧化物的空间.汽油中硫磺的含量越高, 存储式转换器的再生就越频繁,因此就消耗额外 的汽油.

氮氧化物存储容量 % 100 80 60 40 20 0 0200040006000800010000 行驶里程,公里

右图显示了硫磺含量对氮氧化物存储式催化转换 器存储容量的影响.

Shell Optimax 无铅汽油,ROZ 99 (< 10ppm 硫磺) Super Plus 无铅汽油,ROZ 98 (< 50ppm 硫磺) Super 无铅汽油,ROZ 95 (< 150ppm 硫磺)

大众汽车公司对汽油直接喷射系统有些什么样的将来规划? 从2000年起在Lupo FSI车中安装1,4l-77kW FSI发动机 从2002年起在Golf FSI车中安装1,6l-81kW FSI发动机 从200年起在Polo FSI车中安装1,4l-63kW FSI-Motor发动机 从2003年起在Passat FSI车中安装2,0l-105kW FSI发动机 大众汽车公司的目标是在 2005 年前将所有的汽油发动机转换成汽油直接喷射发动机.

5

引言
汽油直接喷射系统的优点
该系统在大众汽车上可以最多节省 15%的燃油.影响节油的各种因素将在后面几页上介绍.

分层充气模式和均质稀薄充气模式中的节气 门脱开状态 在此操作模式中,Lambda 值处于 1,55 和 3 之 间. 这样节气门的开度更大并且吸入空气时遇到的阻 力也较小.

节气门

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稀薄模式 在分层充气模式中发动机在 Lambda 值在 1,6 至 3 之间运行;在均质稀薄模式中发动机在 Lambda 值约 1,55 的状况下运行.

混合形成区域
(分层充气模式)

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较小的气缸壁热损耗 因为在分层充气模式中燃烧仅发生在火花塞的周 围区域,所以气缸璧上的热量损耗较小并且热效 率也提高了.

燃烧区域
(分层充气模式)

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6

高废气再循环时的均质模式

在均质充气模式中由于存在强烈的充气运动,所 以发动机废气再循环的兼容性最大可达到 25%. 为了在废气再循环率较低时能吸入相同容量的新 鲜空气,节气门的开度变得更大. 这时进气遇 到的阻力较小从而减少了在节气门上的损耗. 充气运动

253_044

压缩比 由于汽油被直接喷入气缸中,进气中的热量被吸 收,从而得到了冷却. 这样就减小了发动机爆 震的可能性并且提高了压缩率. 较高的压缩率 产生了较高的压缩最终压力并且提高了热效率.

高压喷嘴

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扩展的超速断油 接通转速会下降,因为在接通时没有燃油沉积在 燃烧室的壁上. 大部分喷入的燃油能立刻转换成有用的能量.因 此,发动机在较低的接通转速时也很平稳.

混合形成区域

253_040

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基础知识
操作模式
除了两种操作模式,即"分层充气模式" 和"均质充气模式"之外,在 1,6l - 81kW FSI 发动机中还有第三种 操作模式:均质稀薄模式.与废气再循环 Lambda=1 的模式相比较,该模式可进一步降低燃油消耗. 发动机控制单元根据扭矩,功率,废气和安全要求选择相应的操作模式.

分层充气模式 至中间负载和转速区域为止,发动机一直运行 在分层充气模式中. 通过燃烧室中的混合分层,发动机可以在整个 lambda,即约 1.6 至 3 的范围内运行. - 在燃烧室中心的火花塞周围有极易点燃的混 合物. - 这些混合物被一层由新鲜空气和再循环废气 完美组合的外层包围.

均质稀薄充气模式 在分层充气模式和均质充气模式之间的过渡区域 中,发动机运行在均质稀薄充气模式中. 这些稀薄的混合物被均质地(均匀地)分布在燃烧 室中.空气/燃油混合比约为 Lambda 1.55. 均质充气模式 在更高负载和转速的区域中,发动机运行在均质 充气模式中.在这种操作模式中,空气/燃油比约 为 Lambda=1.

发动机负载

均质充气模式

均质稀薄充气模式

分层充气模式

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发动机转速

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燃烧过程 术语"燃烧过程"描述了燃烧室内空气/燃油 混合物的形成方法和能量转换的方式.

在均质充气和均质稀薄充气模式中, 当处于进气冲程时,燃油被喷入气缸中并且与被 吸入的空气均匀地混合.

在分层充气模式中, 一块侧壁/空气导向翻板燃烧过程将空气-燃油混 合物定位在火花塞周围.喷油阀被布置成使它能 够将燃油喷射至燃油凹腔内(侧壁导向型)并从 那儿再将燃油喷射至火花塞. 进气岐管风门转换装置和气流凹腔在气缸中形 成了一条可转向的空气流.这层气流(空气导向 型)有助于将燃油引导至火花塞.在引导至火花 塞的过程中,就形成了空气/燃油混合物.

进气歧管风门转换装置

高压 喷嘴

红色= 喷射倾斜角 20 度 蓝色= 喷射角 70 度

燃油凹腔 (侧壁引导型)

气流凹腔 (空气引导型)

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9

基础知识
分层充气模式
此外为了使发动机管理系统能够切换至分层充气模式,必须满足一些重要的前提条件:

-

发动机在相应的负载和转速区域中, 系统中没有与废气排放相关的故障 冷却液温度高于 50 °C 氮氧化物传感器准备就绪并且 氮氧化物存储式催化转换器的温度在 250 °C 至 500 °C 之间. 如果满足这些条件,发动机就能切换至分层充气模式.

进气过程 在分层充气模式中为了尽可能地降低节气门损 耗,节气门将尽可能地开大.
节气门

进气岐管风门关闭气缸盖中的下部管道.这样就 加快了进气的流通速度并且通过上部管道流入气 缸中.

进气歧管风门

上部管道

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节气门不能完全开启,因为在活性碳过滤器装置和废气再循环系统中总是存在一定的真空压 力.

空气流 在气缸中,可转向空气流因顶部形状特殊的 活塞而得到加强.

可转向空气 空气流

气流凹腔

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喷油周期

喷油过程发生在压缩冲程的最后三分之一时. 它开始于点火上止点前约 60 度,结束于点火上 止点前约定 45 度. 喷油时刻对火花塞周围的雾化混合物的位置产 生很大的影响.
高压喷嘴

燃油凹腔 气流凹腔

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燃油被沿着燃油凹腔方向喷射. 喷嘴的几何形状使得燃油混合物能根据需要进 行分配.

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燃油通过燃油凹腔和向上的活塞运动被引导至火 花塞. 这一过程得到可转向空气流的帮助,它也将燃油 引导至火花塞.燃油在引导至火花塞的过程中与 吸入的空气混合.

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基础知识
混合形成过程 在分层充气模式中,混合形成的过程只能在 40?50 皑曲轴角度之间才能进行.这对点火性能来 说是一个决定性的因素.如果喷油和点火之间的 时间间隔太短,则由于混合物还未有足够的准备 时间,所以不能被点燃.如果时间间隔太长,就 会导致在整个燃烧室内的进一步均质化.

混合形成区域

这就是要在燃烧室中心的火花塞周围形成了一层 混合气气雾的原因这些混合气雾被一层由新鲜空 气和再循环废气完美组合的外层包围.
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在整个燃烧室内,空气/燃油比在λ=1.6 和 3. 之间.

燃烧过程 空气/燃油混合物在火花塞周围区域准确定位后, 点火周期就开始了. 此时,仅雾化的混合物被点燃,因为有其他气体 起着隔离层的作用.这样就减小了气缸壁的热损 耗并且也提高了发动机的热效率. 由于滞后的喷油结束点和压缩冲程结束时对混合 气形成的时间限制,点火时刻位于一个较窄的曲 轴窗口内.

燃烧区域

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在此操作模式中,发动机产生的扭矩仅由被喷入的燃油量确定. 这里,进气空气质量和点火提前角产生的影响很小.

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均质稀薄充气模式
它位于分层充气模式和均质充气模式之间的特性曲线区域. 因此,均质充气稀薄模式存在于整个燃烧室内.在此模式中,空气/燃油比约为λ = 1.55.这里,这一状 态也适用于分层充气模式.

进气过程 就如在分层充气模式中那样,节气门将尽可能地开大并且进气 歧管风门被关闭.这样,首先会降低节气门上的损耗,其次会 在气缸中产生强烈的空气流.

节气门 进气歧管风门

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喷油周期 在进气冲程中,燃油在上止点前约 300 度时被直接喷入气 缸. 发动机控制单元对喷油量进行调节使得空气/燃油比约为λ = 1.55.

喷入的燃油 空气流

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混合形成过程 由于喷油点提前,就给预点火混合物的形成留出了更多的时间,从 而导致燃烧室中均质混合物的分布.
稀薄混合物分布

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燃烧过程 在均质充气模式中,由于均质空气/燃油混合物的分布,所以能 够自由选择点火点. 燃烧过程发生在整个燃烧室中.
燃烧区域

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基础知识
均质充气模式
运行在均质充气模式中发动机操作模式与带进气歧管喷射发动机的操作模式基本相同. 主要差别是:汽油直接喷射发动机中的燃油是被直接喷入气缸的. 发动机的扭矩是由点火点(短期)和进气控制质量(长期)决定的.喷入的燃油量与控制质量相匹配,从而使 得 Lambda=1.

进气过程 节气门的开度取决于油门踏板的位置.

节气门的开度取决于油门踏板的位置.

进气岐管风门的开启和关闭取决于操作点. 在发动机处于中等负载和转速时,进气歧 管风门关闭. 结果,进气被导入气缸 中,从而提高了混合气的形成. 随着发动机负载和转速的增加,仅仅 依靠上部管道吸入空气会使得空气量 不 能 满 足 需 要 . 这时,进气歧管风门的 下部管道被打开.

进气歧管风门 节气门

上部管道 下部管道 t

-

253_042

喷油周期 在进气冲程中,燃油在上止点前约 300 度时被 直接喷入气缸中.

高压喷嘴

燃油蒸发需要的能量被从阻塞在燃烧室内部的空气中吸掉,从而使得空气得到冷 却. 结果,与带进气歧管喷射发动机的压缩率相比,压缩率得到更大的提高.

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混合形成过程 通过在进气冲程中喷入燃油,对混合物形成而 言,就有了更多的时间. 结果,就在气缸中形 成了均质(均匀分布)的喷射燃油和吸入空气

在燃烧室中的空气/燃油比为λ=1.
均匀的混合物 分布

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燃烧过程 在均质充气模式中,点火点是影响发动机的扭 矩,燃油消耗和排放行为的主要因素.

燃烧区域

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发动机管理
系统一览

空气质量计 G70 进气温度传感器 G42

进气歧管压力传感器 G71

发动机转速传感器 G28

霍尔传感器 G40(凸轮轴位置) 节气门控制单元 J338 角度传感器 1 + 2 G187, G188

油门踏板位置传感器 G79 油门踏板位置传感器 -2- G185

制动灯开关 F, 制动踏板开关 F47

离合器踏板开关 F36*

燃油压力传感器 G247

进气歧管风门电位计 G336 爆震传感器 G61 冷却液温度传感器 G62 冷却液温度传感器 - 水箱出口 G833

温度选择旋纽电位计 G267* 废气再循环电位计 G212

氧传感器 G39

废气温度传感器 G235 氮氧化物传感器 G295, 氮氧化物传感器控制单元 J583

制动助力器压力传感器 G294

294

辅助输入信号

g n

als 253_023

16

Motronic 控制单元 J220 燃油泵继电器 J17 燃油泵 G6

喷嘴,气缸 1-4 N30, N31. N32, N33

点火线圈 1 - 4 N70, N127, N291. N292

节气门控制单元 J338 节气门驱动装置 G186

Motronic 供电继电器 J271

燃油压力调节阀 N276 电子手动变速箱控制单元 J541* 燃油计量阀 N290

活性碳过滤系统电磁阀 1 N80 进气岐管风门气流控制阀 N316 安全气囊控制单元 J234 进气凸轮轴正时调节阀-1- N205

特性曲线控制的发动机冷却装置节温器 F265 组合仪表中带显示单元的控制 单元 J285 EGR 阀 N18

氧传感器加热装置 Z19

氮氧化物传感器加热装置 Z44 ABS 控制单元 J104 辅助输出信号

诊断接口

*取决于车辆

253_024

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发动机管理
发动机控制单元
发动机控制单元安装在水槽内并有 121 个针 脚. Bosch Motronic MED 7.5.10 被作为发动机管 理系统使用在 1.4l 77kW 的发动机中,然而 Bosch Motronic MED 7.5.11 被使用在 1.6l 81kW 的发动机中. 两 种 系 统 的 主 要 不 同 之 处 是 : Bosch Motronic MED 7.5.11 的处理器速度更快. 汽油直接喷射是这两种发动机都有的一个附加 功能.

车载诊断由于增加了下列部件而扩展了: 氮氧化物传感器(G295) 废气温度传感器(G235) 废气再循环电位计(G212) 进气歧管风门电位计(G336) 燃油压力传感器(G247) 进气凸轮轴正时调节阀(N205) 稀薄工况时的诊断

-

-

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MED 7.5.10/11 这一名称代表的是: M E D 7. = = = = Motronic 电 子 节 气 门 throttle 直接喷射 injection 版本号 = 开 发 等级

5.10/11

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以扭矩为基础的发动机管理系统 与 Bosch Motronic ME 7.5.10 系统一样,Bosch Motronic MED 7.5.10/11 也是以扭矩为基础的发动机管理系 统,它能收集,评估,协调和执行所有与扭矩基本要求相关的工作.

内部的扭矩基本要求是:
外部的基本要求是: 发动机起动 三元催化转化器预热 怠速控制 动力限制 速度控制 λ控制 驾驶员的输入 自动变速箱(换档点) 制动系统(牵引力控制系统,制动装 置制动控制) 空调系统(空调压缩机接通/关闭) 定速巡航控制系统

在计算了目标发动机扭矩后,由下列两种方法执行扭矩的基本要求: 第一种方法包含对气缸充气的控制. 它起着满足 长期扭矩基本要求的作用. 气缸充气在分层充气模式中几乎没有意义,因为 为了降低节气门的损耗,节气门的开度很大. 第二种方法包含短期的发动机扭矩控制,它与气 缸充气与否无关. 在分层充气模式中,扭矩仅 由燃油量决定. 在均质稀薄充气模式和均质充 气模式中扭矩仅由点火正时决定.

目标扭矩 第一种方法 长期 第二种方法 短期

实际扭矩 空气质量 燃油量 点火点

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发动机管理
汽油直接喷射系统中发动机扭矩的执行 发动机控制单元利用内部和外部的扭矩基本要求来计算出目标扭矩并且决定如何实现这一目标扭矩.

分层充气模式中的执行方式 在分层充气模式中,目标扭矩是通过喷油量 来实现的. 空气质量是第二重要的因素,因为为了降低节气 门的损耗,节气门的开度很大.

点火点几乎没有意义,因为这时点火正时是滞后 的.
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在均质稀薄充气模式和均质充气模式中的实现方 法 在这两种操作模式中,短期的扭矩需求是通过点火 正时实现的;长期需求则通过空气质量实现的.

因为这两种操作模式中的空气-燃油混合比对应的 lambda 数值是固定的,即分别为 1.55 和 1,所 以空气质量是根据喷油量事先定义的,也就是说 空气质量并不用于扭矩控制.

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进气系统
与 Bosch Motronic ME 7.5.10 系统相比,已经对进气系统进行了改进以便使它能够使用在汽油直接喷射发动机中. 本系 统的特殊之处是:气缸内部的空气流动是由操作模式控制的.

改进的内容是: 1. 2. 3. 带进气温度传感器(G42)的热膜式空气质 量计(G70)能更精确地检测出负载状况 用进气歧管压力传感器(G71)计算再循环的 废气量 用进气岐管风门转换装置(N316, G336)根据需 要控制气缸内空气流动

4. 5.

用一个截面积很大的电子废气再循环阀 (G212, N18) 执行大容量的废气再循环 用一个制动助力器压力传感器控制制 动真空

7

7 3 3

3 3

1

6

3 5 5 5

2

8 4

6 7 8

节气门控制单元(J338) 活性碳管系统(N80) Motronic 控制单元(J220)

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发动机管理
电子油门 电子油门是汽油直接喷射系统的基本配置. 它 能够对节气门进行调节,不管油门踏板在什么位 置上. 它在分层充气模式和均质稀薄充气模式 中的开度较大. 它的优点是:发动机能进行毫无阻碍的工作. 即;发动机吸入空气时阻力较小,从而降低了 燃油消耗量.

Motronic 控制单元 J220

油门踏板位置传感器 G79 油门踏板位置传感器 -2- G185

节气门控制单元 J338 节气门驱动装置 G186

组合仪表中带显示单元的控制单元 J285 电子节气门故障信号灯 K132 节气门控制单元 J338 角度传感器 1 + 2 G187, G188

辅助输入信号

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工作原理 油门踏板位置传感器(G79, G185)识别到驾驶员的输 入信号并把它传送给发动机控制单元. 发动机控制 单元使用这一信号以及其他的辅助信号来计算出发 动机应当输入的扭矩大小并且命令相应的执行元件 来产生出这个扭矩.

扭矩
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分层充气模式 节气门完全开启

均质稀薄充气模式

均质充气模式

节气门关闭

扭矩
253_034

在分层充气模式中,扭矩是由燃油量决定的. 除了对活性碳罐系统,废气再循环系统和可能 的制动真空控制系统进行必要的空气流量限制 之外,节气门几乎完全开启.

在均质稀薄充气模式和均质充气模式中,发 动机的扭矩是由点火提前角和进气质量决定 的. 节气门的开度尽可能地大以便产生需要的发 动机扭矩.

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发动机管理
进气歧管风门转换装置 它被安装在进气歧管的上部和下部. 取决于操作模式,它被用来控制流入气缸的空气流量.

进气歧管风门电位计 G336 真 空 执 行元件 进气歧管下部

进气歧管风门阀 进气岐管风门气流控制阀 N316

单向阀 进气歧管风门

真空箱

253_124 进气歧管上部

图示显示了进气歧管风门的操作范围.
Golf FSI 车上的进气歧管风门操作范围 Lupo FSI 车上的进气歧管风门操作范围 发动机负载

均质充气模式

均质稀薄充气模式

分层充气模式 发动机转速

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进气歧管风门的位置变化 在分层充气模式,均质稀薄充气模式和部分均质 充气操作状态下,进气歧管的位置改变了从而使 得气缸盖中的下部管道被关闭. 这样,进气仅通过上部管道流入气缸中. 管道 的设计结构使得进气能够被导入气缸中. 狭窄 的上部管道使得进气流量增加从而加快混合物的 形成.

进气歧管风门

下部管道

上部管道

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这样的结构有两个优点: 在 分 层 充 气 模 式 中 , 可转向空气流的运动 把燃油传送至火花塞. 在引导被传送至火花塞的过程中,形成了空 气/燃油混合物. 在均质稀薄充气模式和部分均质充气操作状 态下,可转向空气流阻碍混合物的形成. 这 样就确保了极高的点燃性能和空气/燃油混合 物的稳定燃烧,并且也允许稀薄运行.

进气歧管风门位置不改变 在均质充气模式中当发动机的负载和转速较高 时,进气歧管风门的位置不发生变化,这时两个 管道都处于打开状态. 进气管道的较大截面积 使得发动机能吸入产生高扭矩和高输出功率所必 需的空气量.
进气歧管风门

下部管道

上部管道

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发动机管理
进气歧管风门电位计 G336 安装位置
进气歧管风门电位计 G336

被安装在进气歧管的下部并且与进气歧管风门的轴 连接.

任务 进气歧管风门电位计识别进气歧管风门的位置并 且将此位置信号传送给发动机控制单元. 这是 必要的,因为进气歧管风门转换装置会影响点 火,残余气体浓度和进气歧管的脉冲动作. 信号失灵的影响 所以,进气歧管风门的位置与废气排放有关系并 且必须由自诊断进行检查. 如果电位计的信号发生故障,发动机仅能在 均质充气模式中运行.

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进气岐管风门气流控制阀 N316 安装位置 它被安装在进气歧管的上部.

进气歧管风门阀 进气岐管风门气流控制阀 N316

任务 发动机控制单元操纵该阀并且打开真空储气罐至 真空执行元件的通道. 接着,真空执行元件驱动进气歧管风门.

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信号失灵的影响 如果该阀发生故障,发动机仅能在均质充气模式 中运行.

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空气质量计 G70 和 进气温度传感器 G42 这两个传感器集成在一个壳体内并位于节气门控 制部件进气通道的前端. 一个带空气回流识别功能的热膜式空气质量计被 用来尽可能精确地产生一个发动机负载信号. 它不仅能测量出进气量而且也能判断出当阀打开 和关闭时有多少空气反向流动. 进气温度起着修整值的作用.

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信号的使用 这些信号被用来计算所有与负载相关的功能. 这些功能包括点火正时和活性碳罐系统.

信号失灵的影响 如果空气质量计发生故障,系统使用进气歧管压 力传感器 G71 的信号作用负载信号.

结构
壳体

热膜式空气质量计由一个带测量管道的塑料壳体 和带一个传感器元件的电路组成. 测量管道的 形状使得它能将一部分进气以及回流的空气引导 至传感器元件.

壳体罩盖

这样就在传感器元件上产生出一个信号,该信号 被电路处理过后被传送至发动机控制单元.
电路 传感器元件

部分空气流 测量管道

253_076

有关本功能更详细的信息请参见自学手册 195 "2.3l V5 发动机".

27

发动机管理
进气歧管压力传感器 G71 该传感器被安装在进气歧管的上部. 它测量进 气歧管内的压力并且把一个相应的信号传送给发 动机控制单元.

信号的使用 发动机控制单元使用此信号,以及空气质量计和 进气温度传感器的信号来计算精确的废气再循环 率. 进气歧管压力传感器在发动机冷起动时也被用来 检测负载的状态,因为因为进气时的脉动会使得 空气质量计的信号不准确.

253_061

工作原理 进气歧管压力是由一张硅晶体薄膜进行测量. 在这张薄膜上安装了应力测试仪;当薄膜变形 时,应力测试仪的电阻会发生变化. 参考真空 仅用于压力的比较. 随着进气歧管压力的变化,薄膜会发生变形从而 产生能发出不同电压信号的电阻值变化. 发动 机控制单元使用这个信号电压来判断进气歧管的 内部压力.

低真空= 高输出电压

高真空= 低输出电压

半导体

253_141

参考真空

硅晶体薄膜

253_142

28

判断废气再循环率的工作原理

使用空气质量计的信号,发动机控制单元测量吸入的 新鲜空气的质量并且计算出相应的进气歧管压力. 如 果废气是由废气再循环系统传送过来的,那么废气进 气系统就增加新鲜空气的质量并且进气歧管的压力上 升. 进气歧管压力传感器测量出这一压力信号并且把 一个相应的电压信号发送给发动机控制单元.

总空气量(新鲜空气+废气)是根据此信号确定的. 发动机控制单元从总空气量中减去新鲜空气的质量后 得到的就废气量. 它的优点是可以将废气再循环率提高到接近操作极 限.

空气质量计 G70 进气温度传感器 G42

燃油压力传感 器 G71

Motronic 控制单元 J220

废气再循环阀 N18 废气再循环电位计 G212

253_134

信号失灵时的影响 如果进气歧管压力传感器发生故障,那么发动机 控制单元计算出再循环的废气量并且根据曲线图 中存储的数据减少再循环的废气量.

29

发动机管理
制动助力器压力传感器 G294 此传感器安装在进气歧管和制动助力器之间 的管道上. 它测量管道中或制动助力器中的压力.
制动助力器 上的接头

信号的使用 发动机控制单元能根据来自压力传感器的电压 信号判断真空压力是否能够驱动制动助力器.
制动助力器

制动助力器压力传感器 G294

253_059

工作原理 为了尽可能快地获得全部制动压力,制动助力器 需要有一定的真空. 在分层充气模式和均质稀薄充气模式中,节气门 的开度很大,因此进气歧管内的真空很小. 此 时如果连续踩几次制动踏板,则制动助力器中积 累的真空强度不能进行有效的制动. 为了防止发生这种情况,节气门将会稍稍关闭, 以便增加真空的强度. 如果此时制动助力器中 的真空强度仍然不能进行有效制动,则节气门会 进一步关闭并且如有必要会激活均质充气模式

节气门控制单元 J338

Motronic 控制单元 J220

单向阀

253_081

进气歧管上的接头

制动助力压力 传感器 G294

制动助力器 上的接头

信号失灵时的影响 如果压力传感器的信号发生故障,发动机只能 在均质充气模式中运行.

30

燃油系统
燃油系统被分成低压燃油系统和高压燃油系统两部分. 此外,也可以通过活性碳罐系统将燃油注入燃烧 系统中.

在低压燃油系统中 由燃油箱中的电子燃油泵将燃油输送至高压燃 油泵. 在普通操作状态下燃油的压力为 3bar; 在热起动状态下燃油压力最高为 5.8 bar.

在高压燃油系统中 高压燃油泵把燃油传送至燃油分配器. 燃油压 力传感器测量燃油分配器中的压力并且由燃油压 力调节阀将压力调节在 50 和 100 bar 之间. 然后由喷嘴将汽油喷入气缸中.

它包含下列部件: 1 2 3 4 5 燃油箱 电子燃油泵(G6) 燃油滤清器 燃油计量阀(N290) 燃油压力调节器

它包含下列部件: 6 7 8 9 10 11 高压燃油泵 高压燃油管路 燃油分配器 燃油压力传感器(G247) 燃油压力调节阀(N276) 高压喷嘴(N30-N33)

6 8 3
活性碳罐

9

10

7

11

4

5
活性碳过滤系统电 磁阀(N80)

无压力 3 - 5.8 bar

2

1

50 - 100 bar 253_092

31

发动机管理
高压燃油泵
它被拧紧在凸轮轴壳体上. 这个三缸径向活塞泵是由进气凸轮轴驱动的.三 个位置相隔 120°的泵元件能使得燃油分配器中 燃油压力变化最小化.

高压燃油泵的任务是在高压燃油系统中产生最高 100bar 的压力.

253_058

带泵活塞 的泵元件 滑瓦 吊环 偏心凸轮

驱动方式 高压燃油泵的输入轴是由进气凸轮轴驱动的.
泵室

253_030

一个带吊环的偏心凸轮被安装在输入轴上. 当输入轴旋转时,偏心凸轮以及吊环使得泵 活塞向上和向下运动. 当泵活塞向下运动时,燃油被吸出低压 燃油系统. 当泵活塞向上运动时,燃油被压入燃油 分配器中.

排气门

进气门

带吊环的偏心凸轮 进气凸轮轴 通向燃油 分配器 来自低压燃 油系统

传动轴

253_128

32

工作原理 燃油从低压燃油系统流入高压燃油泵,然后从高压燃油泵通过空心的泵活塞例如进气阀中.

吸油举升

泵活塞的向下运动使得泵室的体积增加,从而导 致压力下降.一旦空心泵活塞中的压力大于泵室

中的压力,阀门打开并有额外的燃油流入泵室 中.

燃油 高压 燃油 普通压力

排气门关闭 泵室 进气阀打开

泵活塞(空心)

至燃油分配器 来自低压燃油 系统

253_096

供应头

在泵活塞向上运动的开始时,泵室中的压力上升并 且进气阀关闭.如果泵室中的压力大于燃油分配器

中的压力,排气阀打开并且燃油被输送至燃油分配 器.

排气阀打开 泵室 进气阀关闭

至燃油分配器 来自低压燃油系 统

253_026

33

发动机管理
燃油压力传感器(G247)
被安装在进气歧管的下部并拧紧在燃油分配器 上.

信号的使用
发动机控制单元使用燃油压力传感器的信号并按 照特性曲线图中存储的数据对高压燃油系统中的 燃油压力进行调节.
燃油压力传感器(G247)

253_046

工作原理


燃油压力


从燃油分配器中流出的燃油流入燃油压力传感器 中.
评估电子装置

-

-

当燃油压力较低时,钢质膜片仅稍稍变 形,结果在应力测试仪上显示的电阻值 很大并且信号电压很低. 当燃油压力很高时,钢质膜片严重变 形,结果在应力测试仪上显示的电阻值 很小并且信号电压很高.

带应力测量仪的 钢质膜片 压力接头燃油分配器 253 091

电子装置对该信号电压进行放大并传送至发动机 控制单元.燃油压力则由燃油压力调节阀进行调 节.
电气接头

评估电子装置 带应力测量仪的 钢质膜片

信号失灵时的影响
如果进气歧管压力传感器发生故障,发动机控制 单元用一个固定值驱动燃油压力调节阀.

压力接头-燃油分配 器

253_029

34

燃油压力调节阀(N276) 位于进气歧管的下部并被拧紧在燃油分配器和 通往燃油箱的回油管道之间.

任务 燃油压力调节阀的任务是调节燃油分配器中的燃 油压力,该调整与喷油量和泵的输油量无关.
燃油压力调节阀(N276) 回油管路

253_129

工作原理 如果检测到的实际燃油压力与设定压力之间存在 差异,由发动机控制单元发出的脉冲宽度调制信 号就会驱动燃油压力调节阀. 结果,就会在电磁线圈中感应出磁场并且调节阀 中的阀球的阀体会向上运动并离开阀座.就这 样,取决于信号的大小回油管道的横截面会发生 相应的变化,从而改变燃油的输送量并调节燃油 压力.

电气接头

压力弹簧

电磁阀

磁性衔铁

燃油回油管道

信号失灵时的影响 调节阀处于无电压时的闭合状态.这就确保了 系统中始终有足够的燃油压力.为了保护部件 不因过高压力而损坏,燃油压力调节阀中安装 了一个用弹簧驱动的机械式限压装置.它在燃 油压力为 120 bar 时打开.

带滤清器的燃 油分配器入口

阀座

泄油孔 回油管路

带球体的阀

35

发动机管理
高压喷嘴(N30-N33) 它们被安装在气缸盖上并且把高压燃油直接喷入气缸中. 任务 喷嘴的任务是在受控状态下并根据操作模式的要求尽快地使得燃油雾化 这样,在分层充气模式中燃油集中在火花塞的周围;而在均质稀薄充气模式和均质模式中,雾化的燃油 均匀地分布在整个燃烧室中.

253_149

70°喷射角和 20°喷射倾斜角使得燃油能被精确地 定位,特别是在分层充气模式中.

喷射角

喷射倾斜角

253_056

36

工作原理 在喷油周期中,喷嘴中的电磁线圈被激活,从而 产生一个磁场.磁场提升电磁衔铁和阀针,阀被 打开并且喷出燃油. 一旦对线圈的供电停止,磁场就会突然消失,同 时压力弹簧就会把阀针压入阀座中.燃油的流动 被阻塞.
电气接头

带来自燃油分配器的精确测量仪表的入口

电磁阀

特富龙密封环 压力弹簧

带电磁衔铁的阀针 阀座

253_032
出油孔

激活高压喷嘴 高压喷嘴是由发动机控制单元中的电路驱动的. 为了使得喷嘴能以尽快的速度打开,在对喷嘴进 行短暂的预磁化后,立即向喷嘴传送约 90 伏的 电压.这时的电流强度为最高 10 安培.在阀被 完全打开后,一个 30 伏的电压和 3-4 安培的电流 就能使得阀保持在完全开启位置上.
起动电流

预激励电流 保持电流
喷油时间 (t)

喷油时间(t)

253_028

信号失灵时的影响 如果某个喷嘴发生功能故障,点火异常检 测电路会探测到此故障并且不再向它供 电. 更换喷嘴后,必须删除学习值并且重新匹 配发动机控制单元.请参见相关的维修手 册.

37

发动机管理
燃油计量阀(N290) 安装在通往高压燃油泵和燃油压力传感器的供油 管路中.它被安装减震支柱塔台上.
燃油计量阀

任务 在普通操作状态下,阀处于打开位置并且保持至 燃油压力调节器的通道畅通. 当冷却液温度高于 110°C 以及进气温度高于 50°C 时起动发动机,就是热起动. 这时,发动机控制单元向该阀供电约 50 秒从而 使它关闭至燃油压力调节器的通道. 结果,低压燃油系统中的压力上升至电子燃油泵 的最高输送压力,即内部限压阀的限制压力 5.8bar. 压力的增加能避免高压燃油泵的吸入侧形成蒸汽 气泡并有利于安全地建立起高压.

进气温度传感器(G42) Motronic 控制单元(J220) 冷却液温度传感器(G62)

高压燃油泵

燃油计量阀(N290) 带限压阀的电 子燃油泵(G6) 燃油压力调节器 (低压)

253_113

信号失灵时的影响 如果燃油计量阀发生故障,一个压力弹簧使它处 于常闭状态. 结果,低压燃油系统中的压力上升至 5.8bar,以 防止车辆在热起动时抛锚.

38

活性碳罐系统 为了满足国家对碳化氢排放物的基本要求,安 装该系统是非常必要的.它能防止从燃油箱中 逃逸的燃油蒸气排放到大气层中.因为,燃 油蒸气被存储在活性碳罐中并且以一定的间 隔烧掉.

在均质稀薄充气模式和均质充气模式中 可点燃混合物被均匀地分布在燃烧室中.所以燃烧过程发生在整个燃烧室中.从活性碳罐中排放出的 燃油也被烧掉.

在分层充气模式中, 可点燃混合物仅存在于火花塞的周围.但是,有部分从活性碳罐中排放出的燃油位于不会点燃的外部 区域.这就可能导致不完全燃烧并且增加废气中碳化氢的含量.由于这个原因,分层充气模式中只能 使用在那些能够计算低负载活性炭罐的车辆中.

J220

G70/G42

G28

G39

发动机控制单元计算出活性碳罐系统能够输出多 少燃油. 然后,控制单元向电磁阀供电并且匹配喷油量和 对节气门进行调节.

N30 -33

N80

为此,发动机控制单元需要使用下列信息:

J338

-

来自热膜式空气质量计(G70)的发动机负载 来自发动机转速传感器(G28)的发动机转速 来自进气温度传感器(G42)的进气温度和 来自氧传感器(G39)活性碳罐的负载状态

253_077

39

发动机管理
点火系统 它任务是在正确的时刻及时点燃空气/燃油混合物.要完成这一任务,发动机控制单元必须在整个操作过程 中始终能正确地确定点火点,点火能量和点火火花的强度.点火点影响发动机的扭矩,排放行为和燃油 消耗.

在分层充气模式中,

在均质稀薄充气模式和均质充气模式中,

由于特殊的混合物形成过程,所以点火点必须 位于狭窄的曲轴角度窗口内.只有这样才能安 全点燃混合物.

发动机的操作模式与进气歧管喷射发动机的操作 模式基本相同.由于混合物分布的类似性,两种 喷射系统都使用可比较的点火点.

最佳点火点是根据下列信息确定的 关键信息: 1 2 来自空气质量计(G70)和进气温度传感器 (G42)的发动机负载 来自发动机转速传感器(G28)的发动机转速 修正信息: 3 4 5 6 7 冷却液温度传感器(G62) 节气门控制单元(J338) 爆震传感器(G61) 油门踏板位置传感器 (G79, G185) 氧传感器(G39)

1 Motronic 控制单元 (J220)

2

3

4

5

6

7

单火花点火线圈(N70, N127, N291,N292)

253_066

40

排气系统

已经根据汽油直接喷射发动机的基本要求进行了 匹配.废气的后续处理以前是汽油直接喷射发动 机的一个主要问题这是因为在稀薄分层充气模式 中或在均质稀薄充气模式中通过使用传统的闭环 催化转换器后的氮氧化物排放总是不符合国家标 准.

因此现在在这些发动机中安装了在这些操作模式 中能够收集氮氧化物(NOx)的氮氧化物存储式催 化转化器.当存储器完全充满时,系统就进入再 生模式,从而释放出存储式催化转化器中的氮氧 化物并把它转换乘氮气.

Motronic 控制单元(J220) 至排气歧管的空气管道(仅 Lupo FSI)

氮氧化物传感器控制单元 (J583)

氮氧化物传感器(G295)

氮氧化物存储式催化转化器 带闭环催化转化器 的排气歧管 三方向流通的排气管

废气温度传感器(G235) 宽带氧传感器(G39)

253_150

废气再循环系统和可变气门正时系统的优点是在燃烧过程中氮氧化物的排放量下降了.

41

发动机管理
废气冷却系统 我们的目标是:对废气进行冷却从而使得氮氧化物存储式催化转化器的内部温度尽可能地保持在 250°C 至 500°C 的范围内.首先,这是因为氮氧化物存储式催化转化器只能在此温度范围内存储氮氧化物;其 次,如果存储式催化转化器的温度超过 850°C 就永久性地损坏了.

废气冷却系统 (仅 Lupo FSI) 在车辆的前端部,新鲜空气被直接导入排气歧 管中,从而降低了废气的温度.

253_131

三方向流通型排气管 它位于氮氧化物存储式催化转化器的前端.它也 起着降低废气和氮氧化物存储式催化转化器温度 的作用. 它的表面积很大,从而能够有效地将热量散发至 周围的大气层中和降低废气温度.

253_131

取决于不同的车速,采用这两项措施可以降低废气温度 30°C 至 100°C.

42

宽带氧传感器(G39) 宽带氧传感器被拧紧在催化转化器前端的排气 歧管上,它被用来确定废气中的氧气残余量.

宽带氧传感器 (G39)

253_131

信号的使用 可以用宽带氧传感器来检测空气/燃油比,甚至 混合比偏离 lambda = 1 时也可进行检测.
mA 3.0
Lambda = 1

因此,在均质稀薄充气模式中可以将 lambda 值 设置为过稀的 1.55.在分层充气模式中,则可以 计算 lambda 值,因为宽带氧传感器在此范围的 计算很不精确. 发动机控制单元以此信号为基础计算出实际的 lambda 值并且如果实际的 lambda 值偏离目标 值,那么发动机控制单元就开始进行 lambda 调 节.对 lambda 的调节是通过喷油量执行的.

2.0 1.0 0 -1.0 -2.0 0.7 1.0 1.3 1.6 1.9 2.2 2.5 3.0 空气系数 λ
253_088

信号失灵时的影响

如果 lambda 传感器发生故障,系统以预先设定 的喷油量为标准数据,而不是以 lambda 控制数 据为标准数据. 这时,lambda 匹配功能被关闭并且活性碳罐系 统进入紧急运行模式.

43

发动机管理
闭环起动催化转化器 安装在排气歧管中. 由于它距离发动机很近,所以能够很快地达到 工作温度并且开始废气处理工作.因此,系统 排放的废气能够满足苛刻的废气排放标准.
闭环催化转化器

任务 闭环起动催化转化器将燃烧产生的污染物转换成 无毒的物质.
253_131

工作原理 在均质充气模式中当 lambda = 1 时

碳氢化合物(HC)以及一氧化碳(CO)与氧气(O)发 生反应使得氮氧化物(NOx)氧化并生成水(H2O)和 二氧化碳(CO2). 在此反应过程中,氮氧化物同时被分解成氮气 (N2).

253_151

在分层充气模式和均质稀薄充气模式中当 lambda >1时 碳氢化合物以及二氧化碳很容易与废气中大量存 在的氧气发生反应,但是不会与氮氧化物中的氧 气发生反应.因此,在稀薄充气模式中氮氧化物 不会被闭环催化转化器转换成氮气. 它们通过闭环催化转化器流入氮氧化物存储式催 化转化器中.

253_152

44

废气温度传感器(G235) 废气温度传感器被拧紧在前部催化转化器的下端 的排气管上. 它测量废气温度并它此信息传送给发动机控制单 元.

废 气 温 度 传 感 器 (G235)

信号的使用 以废气温度传感器的信号为基础,发动机控 制单元计算出氮氧化物存储式催化转化器内 的温度.

253_131

废气

壳体

这是必要的,因为: 氮氧化物存储式传感器只能在工作温度在 250°C 和 500°C 之间时存储氮氧化物.因 此,在此温度范围内才有可能切换至分层充 气模式或均质稀薄充气模式. 硫磺也被暂时地存储在氮氧化物存储式催 化转化器内. 为了释放存储器凹腔中的硫 磺,存储式催化转化器中的温度必须高于 650°C..

测量电阻

电气接头

-

信号失灵的影响 如果信号出错,系统进入紧急运行模式并且由发 动机控制单元计算废气温度. 因为这样的计算并不精确,所以系统较早地切换 至均质充气模式.

负温度系统电阻的曲线

工作原理 传感器内安装了一个带负温度系统(NTC)的测量 电阻.这意味着,当温度上升时电阻下降并且信 号电压上升.此信号电压被传送至发动机控制单 元.

R (Ω)

T (°C)
253_114

45

发动机管理
氮氧化物存储式催化转化器 该催化转化器安装在普通闭环主催化转化器相 同的位置上. 它具有闭环催化转化器的功能并且也能存储氮 氧化物.
253_130

氮氧化物存储式催化转化器

任务 在 lambda = 1 的均质操作模式中,氮氧化物存储 式催化转化器的功能与普通闭环催化转化器的功 能基本相同. 在分层充气模式中和 lambda > 1 的的均质稀薄充 气模式中,它不再能够转换氮氧化物.这就是氮 氧化物被存储在氮氧化物存储式催化转化器中的 原因. 当存储式催化转化器的空间用完(参见第 50/51 页)时,就会起动再生周期.由于硫磺的化学特性 与氮氧化物相似,所以也被存储在其中.

工作原理 氮氧化物存储式催化转化器除了有铂,铑和钯的涂层外,还有一层钡氧化物形式的第四涂层.这就使得 它能在稀薄充气模式中存储氮氧化物.

存储过程

氮氧化物 (NOx) 氧气 (O2)

氮氧化物 (NO2)

氮氧化物被铂涂层氧化后生成二氧化氮,之后二 氧化氮与氧化钡反应生成钡.

钡(Pt)

oxide (BaO)

Barium nitrate (Ba(NO3)2)

λ > 1时的储存

再生过程
本例子中, 废气中大量存在的一氧化碳将催化 转化器中的氮氧化物释放出去. 首先,一氧化碳使得钡硝酸盐变成钡氧化物.在 此反应中,二氧化碳和一氧化二氮被释放.铑和 钯把氮氧化物分解成氮并使得一氧化碳氧化成二 氧化碳.
Carbon dioxide (CO2) Nitrogen oxide (NOx) Carbon monoxide (CO)

Carbon dioxide (CO2) Nitrogen (N2) Carbon monoxide (CO)

Barium nitrate (Ba(NO3)2)

Barium oxide (BaO)

Platinum (Pt) Rhodium (Rh)

λ < 1时的再生

46

氮氧化物传感器控制单元(J583) 它位于车身底部氮氧化物传感器旁边.这样的 靠近传感器的布置能避免外部干扰使氮氧化物 传感器产生错误信号.

任务 氮氧化物传感器控制单元将处理来自氮氧化物 传感器的信号并把它传送至发动机控制单元.
插头 氮氧化物传感器/ 氮氧化物控制单元 氮氧化物传感器控制单元(J583) Motronic 控制单元/氮氧化物控制单元的插头

253_103

电路
从氮氧化物传感器至氮氧化物控制单元: 从氮氧化物传感器控制单元至 Motronic 控制单 元:

1-6 补偿电阻 (来自氮氧化物传感器的信号被匹配并传感器的 制造公差由补偿电阻进行补偿) . 7-8 未使用 9 传感器信号接地 10 氮氧化物泵电流( A),腔室 2 11 Lambda 泵电流(mA),腔室 1 12 加热器(负极) 13 参考小室电压 14 加热器(正极)

1 氮氧化物信号,腔室 2 2 氧气分量 Lambda,腔室 1 3 氮氧化物温度传感器 4 探针电压 5 参考小室电压 6 未使用 7 电源 8 加热器(负极) 9 接地 10 加热器(正极)

信号失灵时的影响
如果氮氧化物控制单元发生故障,系统从闭环 控制切换至开环控制.由于废气中氮氧化物的 含量较高,这是分层充气模式和均质稀薄充气 模式都不允许的.

253_115

47

发动机管理
氮氧化物传感器(G295) 此传感器被直接拧紧在氮氧化物存储式传感器的 后面.它确定废气中氮氧化物(NOx)和氧气的残 留量并把此信号传送给氮氧化物(NOx)控制单元 (J583).
氮氧化物传感器 (G295)

氮氧化物存储式催化转化器

253_130

信号的使用 这些信号被用来识别和检查下列内容:

信号失灵时的影响 如果氮氧化物传感器的信号发生故障,发 动机仅能在均质充气模式中运行.

-

-

催化转换器的功能是否正常. 催化转换器前端宽带 lambda 探针的 lambda = 1 调节点是否正常或是否需要修正.这是由 氮氧化物控制单元中的电路实现的. 它可以检测氮氧化物传感器电极上的探针样 信号. 这样的信号在 lambda = 1 的范围内是非常精 确的. 当氮氧化物存储式催化转化器的存储空间用 完时,就会起动一个氮氧化物或硫磺再生周 期

此信号被从氮氧化物传感器传送至氮氧化物传感 器控制单元.
加热 电极

253_098

结构 它包含两个腔室,两个泵室,几个电极和一个加 热器.传感器元件是用二氧化锆制成的. 此材料的典型特点是:如果对它施加电压,它就 能使负的氧离子从负电极迁移到正电极.
第1泵室 第1腔室

参考小室

第2腔室 第2泵室

电极

253_099

48

氧化氮物传感器的功能 氮氧化物传感器的功能是以氧气测量为基础并且可以从一个宽带 lambda 探针上检测到氧气 含量.

Motronic 控制单元 (J583)

确定第一腔室中的 lambda 数值 一部分废气流入第一腔室中.由于废气中的氧气 残留量与参考小室中的氧气残留量不同,就能在 电极上测量出一个电压.氮氧化物传感器控制单 元将此电压设定在恒定的 425mV.这相当于空气 /燃油比 lambda = 1. 如果偏离此数值,氧气被泵出或者泵入.所需要 的泵电流就是显示的 lambda 数值.
第1泵室

电极

废气 第 1 腔室 参考小室

Motronic 控制单元 (J220)

253_101
Motronic 控制单元

确定第二腔室中的氮氧化物残留量

(J583)

不含氧气的废气从第 1 腔室例如第二腔室中.废 气中的氮氧化物分子一个特殊的电极分裂成氮气 和氧气. 因为内部电极和外部电极上电压被调整至恒定的 450mV,所以氧离子从内部电极迁移到外部电 极.在此过程中氧气泵流动的电流表明得是第二 腔室中的氧气残留量.因为氧气泵的电流大小与 废气中的氮氧化物成正比,为此就能够确定氮氧 化物的残留量.

不含氧气的废气

第2腔室

第 2 泵室

电极 Motronic控制单元 (J220)

253_102

如果超过了一定的氮氧化物阈值,氮氧化物存储 式催化转化器的存储空间就会用完,这时会起动 一个氮氧化物再生周期.

如果超过阈值的时间间隔越来越短,那么存储 式催化转化器中就会充满硫磺,这时会起动一 个硫磺再生周期.

49

发动机管理
再生模式
在此模式中,存储的氮氧化物和硫磺从氮氧化物存储式催化转化器中释放出来并被转换成无毒的 氮气或者二氧化硫.

氮氧化物的再生 当存储式催化转化器后电的氮氧化物浓度超过一 个固定的数值时,再生过程就会被起动.此状况 向发动机控制单元表明催化转化器不再能够存储 任何氮氧化物并且它的存储空间用完了.再生模 式的起动 发动机控制单元从稀薄分层充气模式切换至稍 稍加浓的均质充气模式,从而增加废气中碳氢 化合物和一氧化碳的残留量.在存储式催化转 化器中,碳氢化合物和一氧化碳与氧气中的氮 氧化物结合从而产从氮氧化物中产生出氮气.

60-90 s

分层充气模式

2s 均质充气模式

分层充气模式 252_054

在分层充气模式中,氮氧化物存储式催化转化器最多能存储 90 秒钟的氮氧化物. . 之后就会起动持续约 2 秒钟的再生过程.

50

硫磺的再生 硫磺的再生在技术上显得更加复杂,因为硫磺有 很高的耐热性并且在氮氧化物再生后仍然会残留 在催化转化器中.当氮氧化物存储式催化转化器 存储空间用完的时间间隔越来越短时,就需要去 除燃油中的硫磺. 此状况向发动机控制单元表明存储空间中已充满 硫磺并且不在能够存储氮氧化物. 在车速高于最低车速并且持续约 2 分钟后,发动 机控制单元会:

-

切换至均质稀薄充气模式并 通过用向"滞后"方向调节点火正时的方式 将存储式催化转换器的温度增加至 650°C 以 上.

现在,存储的硫磺会发生反应从而生成二氧化硫 (SO2).

分层充气模式

均质充气模式

2 分钟 点火正时点"滞后" 分层充气模式

252_055

当车辆行驶在发动机高转速和高负载工况下,去除硫磺的过程自动起动,因为这时车辆运行在均质充 气模式并且氮氧化物存储式催化转化器的温度达到了取出硫磺所需要的温度.

为了尽可能降低去除硫磺所消耗的燃油,建议使用不含硫磺的燃油(例如:Shell Optimax).

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发动机管理
废气再循环系统 系统需要使用一个氮氧化物存储式催化转化 器. 这是因为进入的废气会降低燃烧温度和减缓氮 氧化物的形成. 结果,催化转化器氮能在相当长的时间段内存储 氮氧化物并且能更长时间地运行在节省燃油的分 层充气模式和均质稀薄充气模式中. 再循环的废气量不会超过气体总量的 35%. 废气再循环系统总是在下列情况下发生:

-

在分层充气模式,在均质稀薄充气模式中 和 在均质充气模式中当发动机转速高于 4000 转/分时以及中等发动机负载时,但是不 包括怠速时.

废气再循环阀(N18) 用螺栓固定在进气歧管上.为了能通过更多循环 废气,该阀已经被重新设计.

它由一个截流阀,一个电机和一个废气再循环 电位计(G212)组合在一个壳体内的元件.

废气被安装在第 4 缸缸盖上的一根连接管道抽 出. 发动机控制单元根据特性曲线图操纵电机并驱动 节流阀. 取决于节流阀的位置,现在一部分废气流入进气 歧管并且与吸入的新鲜空气混合.

253_052

废气再循环电位计 (G212)

壳体盖罩内的废气再循环电位计能识别节流阀 的位置.这样就能够对废气再循环阀进行诊 断.

252_125 节流阀 电机

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可变气门正时 内部的废气再循环发生在进气口可变气门正时中. 取决于发动机负载和转速,可变气门正时的最大"提前"调整角度为从基本设置算起的 40°曲轴转角.

优点: 优化内部废气再循环,降低燃烧室内的温度和氮氧化物排放量,也改善了扭矩曲线.

Motronic 控制单元 (J220)

用于计算正时提前角的输入信号

热膜式空气质量计(G70) 和 进气温度传感器(G42)

发动机转速传感器(G28)

进 气 凸轮 轴正时调 节阀 (N205) 冷却液温度传感器(G62)

用于检测凸轮轴实际位置 霍尔传感器(G40)

253_053

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发动机管理
功能图

F 制动灯开关 F36 离合器踏板开关 F47 巡航控制系统制动踏板开关 F265 特性曲线控制的发动机冷却装置节温器 G2 冷却液温度传感器 G6 燃油泵 G28 发动机转速传感器 G39 氧传感器 G40 霍尔传感器 G42 进气温度传感器 G61 爆震传感器 1 G62 冷却液温度传感器 G70 空气质量流量计 G71 进气歧管压力传感器 G79 油门踏板位置传感器 G83 冷却液温度传感器 - 水箱出口

G185 G186 G187 G188 G212 G235 G247 G267 G294 G295 G336 J17 J220 J271 J338

油门踏板位置传感器 -2节气门驱动装置 节气门驱动角度传感器 -1 节气门驱动角度传感器 -2 废气再循环电位计 废气温度传感器-1燃油压力传感器 温度选择旋纽电位计 (不与 Climatronic 组合使用) 制动助力压力传感器 氮氧化物传感器 进气歧管风门电位计 燃油泵继电器 Motronic 控制单元 Motronic 供电继电器 节气门控制单元

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正极接线柱 接地 输入信号 输出信号 双向导线 驱动 CAN 数据总线 252_051 J583 氮氧化物控制单元 N70, N127, N291, N292 点火线圈 1 - 4 不带输出级 N18 EGR 阀 N30 - N33 喷嘴 1 - 4 N80 活性碳容器装置电磁阀 1 N205 进气凸轮轴正时调节阀-1N276 燃油压力调节阀 N290 燃油计量阀 N316 进气岐管风门气流控制阀 P 火花塞插座 Q 火花塞 Z19 氧传感器加热装置 Z44 氮氧化物传感器加热装置 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 TD 信号 K/W 导线 空调压缩机 A/C 准备就绪 空调 PWM 驱动系 CAN 数据总线 驱动系 CAN 数据总线 发电机终端,3 相交流发电机 DFM 风扇控制 1 风扇控制 2 至接线柱 50 的导线 至车门接触开关的导线 至安全气囊的导线

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发动机管理
自诊断
在自诊断过程中,可以对传感器和执行元件进行 检查.进行诊断时,请使用最新的维修手册和车 辆诊断,测量和信息系统 VAS 5051 或车辆诊断 和服务信息系统 VAS 5052.
253_132

253_036

请注意修理组 01 是"引导型故障查询"的组合部分. 它也包含了"读取数据块"和"最终控制诊断".

可以用引导型故障查询功能对用颜色标识的传感器和执行元件进行检测.

253_025

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第 58-59 页上习题的答案

1.) a,b,c 2.) c 3.) a,c 4.) b 5.) b, c 6.) a,b 7.) b,c 8.) c

小测验
1. 汽油直接喷射系统有哪些优点? 在稀薄操作模式中,节气门的开度较大并且空气吸入时的阻力较小.

通过将汽油直接喷入气缸的方式带走进气的热量,从而增加压缩率.

汽油直接喷射系统使得发动机工作在空气/燃油混合比最高 lambda = 3 的工况中.

2.

在分层充气模式,均质稀薄充气模式和均质模式工况下何时喷入燃油?

这三种模式中都是在进气冲程时喷入燃油. 当发动机处于分层充气模式时,燃油在进气冲程中被喷入;当发动机处于均质稀薄充气模式和 均质充气模式时,燃油在压缩冲程中被喷入.

当发动机处于分层充气模式时,燃油在压缩冲程中被喷入;当发动机处于均质稀薄充气模式和 均质充气模式时,燃油在进气冲程中被喷入.

3.

分层充气模式,均质稀薄模式和均质模式分别表示什么意思? "分层充气"表示混合发生在火花塞周围区域并且被一层新鲜空气和再循环的废气包围.

"均质"表示混合在点火之前的一瞬间形成. "均质稀薄"表示一层稀薄的混合物被均匀地分布在整个燃烧室内.

4.

为什么发动机处于分层充气模式时节气门不会完全开启?

因为节气门全开会使得碳氢化合物和一氧化碳的排放量太高 因为活性碳过滤器罐和废气再循环系统总是需要有一定的真空压力.

因为发动机的扭矩是通过新鲜控制的质量控制的并且发动机在低负载和低转速时不需要很多 空气.

58

5.

进气歧管压力传感器 G71 的信号有什么作用? 作为负载信号以便在各个操作模式之间进行切换. 在发动机起动时探测负载状况. 用于更加精确地判断废气再循环率.

6.

燃油系统中的压力有多大? 在高压燃油系统中,取决于特性曲线图燃油压力在 50 和 100 bar 之间的范围内.

在普通操作状态下,低压燃油系统中的燃油压力为 3 bar. 在普通操作状态下,低压燃油系统中的最高燃油压力为 7.5 bar.

7.

下面有关氮氧化物存储式传感器的哪一些说法是正确的? 为了能在稀薄操作模式中更有效地转换碳氢化合物和一氧化碳,催化转换器在 lambda = 1 时存 储氮氧化物. 催化转换器在 lambda > 1 时存储氮氧化物,因为在稀薄充气模式中闭环控制的催化转换器 不能将氮氧化物转换成氮气. 它也起着闭环催化转化器的功能并且也能存储氮氧化物.

8.

什么时候氮氧化物和硫磺能被再生? 以定时的间隔. 不需要特别的再生,因为它在发动机负载较高时会自动进行再生.

每当氮氧化物传感器检测到废气中的氮氧化物残留量达到规定的数值时.

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仅供内部使用 大众公司,狼堡 该手册受版权保护.保留技术更改的权利,恕不另行通知. 140.2810.72.00 技术状态: 06/02

本手册之纸张是用无氯纸浆制造的.


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