奥迪A6L 2.7TDI轿车柴油发动机系统技术亮点解析

2010-06-30 22:48:04 维修资料 0 FavoriteLoadingAdd to favorites

  2009年8月上市的奥迪A6L 2.7TDI轿车,是一汽-大众奥迪品牌在国内推出的一款柴油版车型。该车搭载2.7 L V6涡轮增压缸内直喷柴油发动机(图1),先进的技术及制造工艺,使得这款发动机无论在动力性还是燃油经济性(百公里6.8 L左右)及排放性(欧IV)上都表现得极为出色。为了方便广大维修人员了解该车,本文将对这款柴油发动机进行简单介绍。

  图1

  一、机械部分

  图2

  奥迪2.7TDI柴油发动机的缸体由GGV-40 (蠕虫状石墨铸铁)构成,缸心距为 90 mm。曲轴箱在曲轴中心处分开,由梯形架(图2)将曲轴固定在曲轴箱上。上下曲轴箱分开,同时为加强刚度,曲轴箱下体由铝材料制成。发动机采用紫外线-激光照射珩磨加工方法,从而使缸筒表面更加精细,改善了运行表面的摩擦特性,并因此减少了机油消耗。

  1.曲柄连杆机构(图3)

  图3

  该发动机曲轴由调质钢锻造而成,采用四道主轴承支撑在主轴承支架上,裂断式连杆通过喷镀轴承(上部)和三材料轴承(下部)与曲轴相连,四道主轴承形成了一个轴承架,可以加强发动机整体的强度。采用无阀袋的箱式活塞(图4),燃烧室位于活塞中间,喷入的机油通过环形通道对活塞进行冷却。无阀袋的箱式结构可减少有害气体的排放,同时采用内部环形油道,降低活塞的工作温度。

  图4

  2.气缸盖

  为了减小噪声,该发动机采用分离的气缸盖罩(图5),并且凸轮轴间驱动采用直齿圆柱齿轮。曲轴通过链条驱动进气凸轮轴,进气凸轮轴通过圆柱齿轮驱动排气凸轮轴。

  图5

  发动机燃烧噪声通过各种措施已经减小很多,但机械齿轮噪声变得相对明显起来,为进一步克服这种噪声,提高发动机的运行平稳性。这款发动机采用了一种简单且有效的结构。

  图6

  如(图6)所示,所采用的圆柱齿轮是直齿的(通常为斜齿),宽圆柱齿轮部分与凸轮轴热压配合固定在一起,在其前侧有6个凸起的斜面,窄圆柱齿轮部分(运动圆柱齿轮)内侧有6个与宽圆柱齿轮的凸起斜面相对应的凹处。通过碟形弹簧产生一个确定的轴向力,碟形弹簧使窄齿轮相对于宽齿轮发生径向和轴向运动,垫片用来调整轴向力。利用斜面的帮助,可使窄齿轮相对于宽齿轮的轴向力(或者轴向运动)转化成径向力(或者径向运动),从而使两部分齿轮相互错开,实现了齿隙补偿,2个齿轮的轮齿实现了无间隙地运行。

  排气凸轮轴由进气凸轮轴通过圆柱齿轮驱动,每缸4个气门保证了最佳的充气效率,带有液压间隙补偿的滚子摇臂可实现无摩擦的驱动、燃料消耗和尾气排放减少以及噪声的减少。排气凸轮轴采用高压成型,其质量减少大约 3.5 kg。

  如果在喷油器的铜密封圈区域发生泄漏,从燃烧室中泄漏高压(16.5 MPa)气体可通过一个排气通道逸出。该排气通道位于气缸盖排气歧管的上部。此措施可防止燃烧室产生的高压经过曲轴箱通风进入增压器的叶轮侧,造成增压器功能受损或者曲轴箱密封损坏。

  3.链传动

  图7

  该发动机采用链传动驱动形式(图7), 链条为单排-套筒链条 (单轴链条),布置在变速器一侧。每一个链传动总成均有自已液压的、弹簧支撑的并带有链条导向的链条张紧器。链条进行了改进,即链轮包角变大,链条导向件减小,因此减小了链条的驱动力(减小内部摩擦损失)。

  二、电控部分

  1.空气供给系统

  奥迪2.7TDI柴油发动机的空气供给系统由空气滤清器、制动助力器、增压中冷器、低压泵、废气再循环冷却器、发动机转速传感器、凸轮轴位置传感器、冷却液温度传感器、空气质量传感器、柴油喷射系统控制单元、节流阀体、废气再循环电磁阀、增压压力限制电磁阀、废气再循环冷却器转换阀、进气道翻板电机1和进气道翻板电机2组成(图8)。

  图8

  (1)节流阀体

  节流阀是无级调整的,因此可实现很高的EGR率。发动机熄火时节流阀关闭,防止出现发动机振动。节流阀和进气道翻板在超速切断时打开,用来检查空气质量传感器和氧传感器的补偿。

  (2)涡旋翻板(图9)

  图9

  涡旋翻板、节流阀和增压器的电机从功能角度考虑结构是一样的。涡旋翻板的作用是在不同的负荷和转速条件下提供足够的充气量。为减小尾气排放,气缸内的气流涡旋和燃烧过程必须要精确匹配,这可通过涡旋翻板持续的角度变化来实现。涡旋翻板关闭时,空气只能通过切向进气道进入气缸,可在低负荷、低转速时形成很强的涡旋运动,在燃烧室内产生好的燃烧效果,同时也产生较少的废气。涡旋翻板打开时,空气通过打开的涡旋气道和切向气道被吸入气缸,使得大量的空气进入燃烧室从而产生良好的气缸充气效果。发动机控制单元会不断地接收到翻板当前位置的反馈信号,如果翻板发生故障,则不再实现调节。需要注意的是,涡旋翻板不能手动打开和关闭,这样会造成其损坏。

  2.燃料供给系统

  图10

  奥迪2.7TDI发动机的燃料供给系统的组成如(图10)所示。与以前的区别是采用了一个辅助泵,这使系统高压峰值可达180 MPa。

  (1)高压泵

  图11

  新的高压泵 CP4.2 可产生大约180 MPa的压力,高压泵由燃油泵G6及电动辅助泵提供燃油。高压泵的2个油泵活塞通过一个带有双凸轮的凸轮轴交替地驱动(图11)。新的高压泵的优点是:采用滚轮推杆可减少燃油消耗;驱动胶带(高压泵)负荷均匀;通过吸油侧的燃油计量阀的调节可大幅提高工作效率。

  (2)燃料计量阀 N290 (在高压泵内部)

  燃料计量阀N290的作用是确定向高压泵输送的燃油量,进而确定有多少油需要被压缩,通过改变占空比使控制压力和活塞位置发生变化。当N290不通电时,电磁阀打开,此时通往高压泵截面最小,电磁阀可根据负荷和转速来调节燃油通过截面。当N290通电时,电磁阀关闭,控制压力升高从而使调节活塞向加大通往高压泵的截面的方向移动。因为该发动机取消了机械齿轮泵,因此从电磁阀溢出的燃油直接返回油箱。

  (3)燃油压力传感器

  燃油压力传感器测量高压系统内的实际压力,并转化为电压信号传递至发动机控制单元。燃油压力传感器的核心是一个钢膜,在钢膜上安装有应变电阻,只要压力作用在钢膜的一侧,则应变电阻由于变形而改变其阻值。发动机控制单元为该传感器提供5 V电压,当压力升高时,应变电阻减小,信号电压即会升高。发动机控制单元根据信号电压可计算出相应的实际压力值。

  (4)共轨喷油器

  图12

  为实现喷油器的精确控制,奥迪2.7TDI发动机在喷油器执行元件模块(图12)当中利用了压电效应。压电效应是指,如果压电元件晶体被压缩或拉伸,会产生交变电压,反之,如果在压电元件上施加电压,其晶体结构可被伸长。通过执行元件模块的长度方向的变形可产生液体的压力并传递至开关阀。

  奥迪2.7TDI发动机每一工作冲程喷油器开关阀可以打开5次,所有的喷射都在同样的压力下进行,喷射点和喷射量是弹性变化的,不与凸轮轴位置相互绑定,根据特性曲线(噪声和排放)可实现多次的预喷和后喷。在变速器最高挡,从3 300 r/min 起,预喷将关闭。后喷的目的是使粒子过滤器再生,如不安装粒子过滤器则不需要后喷。

  (5)油轨节流孔

  在关闭喷油器时会产生一个压力波,这个压力波传至油轨,再从油轨反射回来。这会对喷油器的针阀和针阀座产生较大的损害。为了衰减这个压力波,该发动机在喷油器前安装了一个节流孔,以减小针阀对阀座的冲击。节流孔在油轨上是用机械方式压入的。

  (6)预热塞

  图13

  发动机控制单元通过占空比控制加热时间控制单元,并计算加热模式、加热起始时间和持续时间(图13)。加热模式包括:前加热、起动准备加热、起动加热和后加热。

  加热时间控制单元通过脉宽信号以3~7 V的电压来单独地驱动每一个预热塞,最大预加热时间为2 S。预热塞若损坏,会存储故障码。

  3.废气再循环系统

  废气再循环系统主要由废气再循环冷却器、冷却旁通翻板和废气温度传感器4(G98)组成(图14)。

  图14

  (1)旁通翻板

  在发动机冷机状态时,旁通阀打开,此时废气直接进入气缸,发动机快速暖机。当发动机进入正常工作温度后,旁通阀关闭,此时废气再循环的冷却器泵V400即开始工作。V400将散热器出水口的冷却液引入冷却器中,进一步冷却废气,这样一来,进一步提高了燃烧室充气效果并降低了NOx的排放量。

  满足以下条件时,旁通翻板打开,废气不经过水冷。

  ① 发动机温度低于55 ℃。

  ② 水箱出水口温度低于18 ℃或高于70 ℃。

  ③ 发动机处于怠速状态。

  ④ 经过废气再循环冷却器后的废气温度低于120 ℃。

  ⑤ 环境温度低于16 ℃。

  此外,出于安全设计,如果真空管堵塞,旁通翻板即在弹簧回位作用下关闭(强制水冷)。

  (2)λ(过量空气系数)调节

  奥迪2.7TDI发动机采用带有可调节加热器的宽带型氧传感器(λ传感器)。柴油机总是工作在富氧状态下,为使发动机能够在更稀的混合气状态下工作,通过λ传感器数据调节废气再循环量,并修正尾气排放,可提高废气再循环率直至烟度极限,因此使发动机能够以很高的废气再循环率工作,这使得该发动机在没有粒子过滤器的情况下, 排放可达到欧Ⅳ标准。同时,λ传感器信号也作为空气流量计的可靠性检查依据,通过一个计算模块可利用λ值计算出空气质量,然后与空气流量计的值进行比较,然后进行修正。

(李民朝)

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