2.1.2 V型发动机构造
2.1.2.1 气缸盖
气缸盖是由铝⁃硅⁃铜合金制造的。由于采用了直喷装置,所以气缸盖重新设计了。由于要容纳链条传动机构以及固定高压燃油泵,气缸盖的长度增大了。
两侧缸体的喷油阀都在缸盖的进气一侧,参见图2⁃29。
图2⁃29 高压燃油泵的安装位置
1、3、5缸的喷油阀安装孔位于进气歧管法兰的上方。2、4、6缸的喷油阀插在进气歧管法兰的下方。这样的布置使1、3、5缸的喷油阀穿过缸盖的进气道。
为了补偿喷油阀对进气道内气流的影响,将所有气缸的气门间距从34.5mm提高到36.5mm。
这样就可避免在气缸充气时喷油阀导致气流转向。
通过对凸轮轴的调整,发动机会根据负荷状况来提高功率和转矩,还可以节省燃油并降低排放。
凸轮轴是通过两个叶片式调节器来实现调整的。两凸轮轴在气门的“提前打开”和“滞后打开”方向都可以进行连续调节。气缸盖部件位置如图2⁃30所示。
图2⁃30 气缸盖部件位置
发动机控制单元控制以下电磁阀来进行调节:凸轮轴正时调节阀N205;凸轮轴正时调节阀N318(排气侧)。
凸轮轴最大调节量:进气凸轮轴为52°曲轴角;排气凸轮轴为42°曲轴角。
这两个凸轮轴调节器是通过凸轮轴调节阀借助于发动机的机油压力来实现调节功能的。
两凸轮轴一起进行调节时最大可实现42°曲轴角的气门重叠。通过这个气门重叠可实现内部废气再循环。
2.1.2.2 气缸体
发动机气缸体是采用灰口铸铁制造的,如图2⁃31所示。
气缸体的V形夹角为10.6°。V形夹角从15°变为10.6°,这样就可在不改变发动机安装尺寸的情况下仍能保证气缸壁厚度。由于V形夹角减小了,所以气缸的纵轴线在下面相对于曲轴就向外移动了。
气缸的纵轴线相对于曲轴中心轴线的距离称为气缸偏移。与进气管喷射式发动机相比,气缸偏移从12.5mm增加到22mm,如图2⁃32所示。
2.1.2.3 曲柄连杆机构
曲轴由灰口铸铁铸造而成,与3.2L进气管喷射式发动机一样也有7个支承。
活塞是凹腔式活塞,由铝合金制成。为了改善其磨合性能,活塞的侧面镀了磨合层。左侧缸体上的活塞与右侧缸体上的活塞是不一样的。
这个不一样体现在气门凹座和燃烧室凹坑的布置上。活塞凹坑的位置和形状可以使喷入的燃油形成旋涡,并与吸入的空气充分混合。
图2⁃31 气缸体
图2⁃32 气缸偏移
连杆不是分体式的,而是切割开的,连杆小头是梯形的,连杆轴承上镀了一层钼,因此磨合性能好,承受负荷的能力也提高了。曲柄连杆机构部件如图2⁃33所示。
2.1.2.4 传动机构
链条传动机构位于发动机靠变速器的一侧,它由原动滚子链条和凸轮轴滚子链条组成。原动滚子链条由曲轴来驱动,它通过一个链轮来驱动凸轮轴滚子链条和机油泵。链条驱动机构部件如图2⁃34所示。
图2⁃33 曲柄连杆机构部件
图2⁃34 链条驱动机构部件
两凸轮轴和高压燃油泵通过凸轮轴滚子链条来驱动。这两根链条由液压链条张紧器保持在合适的张紧状态。
多楔带是一种单面呈多V形的传动带,这种传动带在高速时也能安静而无振动地运行。
多楔带由曲轴经带有减振装置的多楔带轮来驱动。空调压缩机、发电机和水泵都是由多楔带来驱动的。多楔带由张紧轮保持在合适的张紧状态。多楔带连接部件如图2⁃35所示。
图2⁃35 多楔带连接部件
2.1.2.5 废气再循环与曲轴箱通风装置
内部废气再循环可以降低氮氧化物的生成量。与外部废气再循环一样,氮氧化物生成量的减少也是通过引入废气来降低燃烧温度的方法来实现的。
将废气引入到新鲜的燃油⁃空气混合气中后,就会造成氧气稍稍不足的状态。这时的燃烧过程就不会像氧气过剩时那么热了。
氮氧化物只有在较高温度时才会大量生成。降低发动机的燃烧温度和减少供氧量就可以减少氮氧化物的生成量。
工作过程:在排气行程过程中,进气门和排气门同时打开(图2⁃36),于是借助进气歧管产生的较高真空度,燃烧室中一部分已经燃烧过的气体又被吸入到进气道内,在下个吸气行程会被吸入燃烧室再次燃烧。
图2⁃36 进、排气门同时打开
内部废气再循环的优点:因减少气体交换做功而节省了燃油;通过废气再循环扩大了部分负荷范围;运行更稳定;发动机处于冷态时就可以进行废气再循环。
曲轴箱通风装置用于防止曲轴箱中富含碳氢化合物的气体(窜气)进入大气。该装置由缸体和缸盖内的通风道、旋流式机油分离器和加热装置组成,如图2⁃37所示。
工作过程:曲轴箱内的窜气借助于进气歧管真空的作用经过缸体内的通风道→缸盖内的通风道→旋流式机油分离器→曲轴箱通风加热装置后被吸入并再次送入进气歧管。缸体和缸盖内的通风道如图2⁃38所示。
图2⁃37 曲轴箱通风装置
图2⁃38 缸体和缸盖内的通风道
旋流式机油分离器布置在气缸盖罩内,其作用就是分离出曲轴箱内窜气中的机油并将机油送回到机油循环中,其结构如图2⁃39所示。压力调节阀会将进气歧管内约70kPa的真空缩小为约4kPa。该调节阀可防止全部的进气歧管真空和曲轴箱内压力都作用到曲轴箱通风装置上(那样就会吸出发动机机油或损坏密封件)。
图2⁃39 旋流式机油分离器结构
图2⁃40 机油分离原理
工作过程:旋流式机油分离器将吸入的气体中的机油分离出来,它采用的是离心力分离原理,由于机油分离器的结构是旋流式的,所以吸入的气体就被置于旋转运动状态,在离心力的作用下,机油就被甩到分离器壁上并形成较大的油滴,分离出的机油进入缸盖,气体则经柔性管被送入进气歧管。机油分离原理如图2⁃40所示。
2.1.2.6 进气系统
VR6发动机配备有塑料制整体式(单件式)上置可变进气歧管。
可变进气歧管由下述部件组成(图2⁃41):进气总管,每个气缸的两个不同长度的振荡管,切换轴,功率进气总管,真空储压器,进气歧管翻板阀。
图2⁃41 可变进气歧管组成
图2⁃42 开关式翻板位置
两个振荡管的长度是不同的,这是因为要想达到较高的转矩输出需要使用长管,而要想达到较高的功率输出需要使用短管。切换轴打开和关闭通向功率进气总管的通道。
图2⁃43 真空储压器位置
进气短管和长管(功率位置和转矩位置)之间的切换由开关式翻板来执行。开关式翻板由发动机控制单元J623经进气歧管翻板阀N316通过真空来操纵。该阀在未通电时,翻板是处于打开状态的,因此就处于功率位置(短管)。开关式翻板位置如图2⁃42所示。
进气歧管内有一个真空储压器(图2⁃43),该储压器内存储有用于操纵开关式翻板的真空(负压)。真空储压器内的空气经单向阀被抽到进气总管内,于是储压器就建立起真空了。
如果这个单向阀损坏了,那么就无法操纵开关式翻板了。
可变进气歧管的形状是这样设计的:它要能在配气相位、进气行程和空气振荡之间产生一个节拍,这个节拍会使气缸内的压力升高,从而使气缸的充气更充分(充气系数或容积效率更高)。
可变进气歧管的功率位置如图2⁃44所示。
发动机转速从零到约1200r/min时,可变进气歧管处于功率位置,进气歧管翻板阀没有通电。
发动机转速在约1200r/min到约4000r/min之间,进气过程一开始就产生的真空波在功率进气总管内的大功率进气管终端被反射回来,经过很短时间后作为压力波又回到进气门。发动机控制单元给进气歧管翻板阀通上了电。开关式翻板和大功率进气管就关闭了。这时气缸就通过转矩进气管直接从进气总管吸入空气。
发动机转速约4000r/min以上时进气歧管翻板阀没通电,因而进气歧管翻板就又回到功率位置。
可变进气歧管的转矩位置如图2⁃45所示。
图2⁃44 可变进气歧管的功率位置
图2⁃45 可变进气歧管的转矩位置
2.1.2.7 润滑系统
机油压力由一个自吸式偏心机油泵来产生,该机油泵装在缸体内并由链条来驱动。
受安装位置的限制,吸上来的机油所经过的路程就较长,这对于部件的初始供油是不利的。因此为了保证初始供油,就从机油泵后面的机油储油腔中来获取机油。
机油泵从油底壳中抽取机油并将机油加压后送至机油滤清器⁃冷却器模块,机油在此处被过滤并冷却后再送到发动机的各个润滑点。润滑系统机油流向如图2⁃46所示。
图2⁃46 润滑系统机油流向
机油储油腔在缸体内,就是机油泵后面的一个空腔。机油储油腔的容积约为280mL,即使发动机熄火油腔内也仍存有机油。机油储油腔位置如图2⁃47所示。
图2⁃47 机油储油腔位置
当机油泵已经安装到发动机上时,可通过机油泵的维修开口来接触机油压力活塞。压力活塞位置如图2⁃48所示。
拧下端盖螺栓及另一个内部的螺栓,就可以通过这个开口取出机油泵的压力活塞并检查其状态,而不必拆下链条传动机构。
机油滤清器⁃冷却器模块由机油滤清器、机油冷却器、回流截止阀和滤清器旁通阀组成,它们构成一个整体,如图2⁃49所示。该模块布置在发动机一侧,根据发动机安装位置情况也用作发动机固定支架。
图2⁃48 压力活塞位置
图2⁃49 机油滤清器与冷却器位置
2.1.2.8 冷却系统
冷却液由机械式水泵来循环,水泵由多楔带来驱动。冷却液循环系统中有9L冷却液。与3.2L进气歧管喷射式发动机相比,全部冷却液量减少了2L,因此发动机可更快地达到正常工作温度。
循环由膨胀式节温器来调节。根据车辆情况,可能还集成有一个辅助散热器10(图2⁃50)。止回阀集成在冷却液循环管路内,它用于阻止冷却液回流。
V6 FSI发动机使用两个电动风扇来帮助散热,风扇由发动机控制单元根据需要来控制。
发动机控制单元J623向散热风扇控制单元J293发出需要风扇工作的信号,于是J293根据需要的情况来让一个或两个风扇获得供电并工作。
控制单元J293是通过Motronic供电继电器J271和供电控制单元J519来控制供电的。
在发动机熄火后,风扇控制单元也可将风扇接通。此时风扇是通过30号线连接来接通的。散热风扇控制原理如图2⁃51所示。
图2⁃50 冷却系统冷却液流向
1—膨胀罐;2—暖风热交换器;3—水泵;4—变速器机油冷却器;5—节温器;6—机油冷却器;7,9—止回阀;8—循环泵V55;10—辅助散热器;11—散热器
图2⁃51 散热风扇控制原理
图2⁃52 燃烧方式的影响因素
2.1.2.9 燃油供给系统
汽油直喷装置需要燃烧方式来精确地配合。
燃烧方式的影响因素有(图2⁃52):气缸直径和行程;活塞顶面的凹坑形状;气门直径和升程;气门正时;进气道的几何形状;新鲜空气的充气系数;喷油阀的特性(喷束锥、喷束角、喷油量、系统压力、配气相位);发动机转速。
优化燃烧方式的一个重要步骤就是弄清燃烧室内的气流流动特点。吸入的空气和喷入的燃油的流动特点会对混合气的形成产生重要的影响。
为了能确定最佳气流流动方式进而确定活塞形状,使用了多普勒流速测定方法。用这个方法就可以查明气流流动特点以及发动机运行时混合气形成的状况。
通过这种方法并匹配好喷油阀的特性,就可以使两侧缸体上气流流动情况以及燃烧室内混合气形成情况处于良好配合状态。发动机就可以只工作在均质模式。
低压燃油系统用于将燃油从油箱中抽出。这时发动机控制单元通过燃油泵控制单元根据需要来让预供油燃油泵以0.2~0.5MPa的工作压力来工作。
低压燃油压力传感器G410不断地将最新的燃油压力信号提供给发动机控制单元。发动机控制单元将当前的燃油压力与实际需要的燃油压力进行对比。如果当前的燃油压力不能满足实际需求,发动机控制单元就会给燃油泵控制单元J538发信号,后者随后会命令预供油燃油泵提高工作压力。如果实际需要的压力又降低了,燃油泵的工作压力也会随之降低。
压力保持阀用于在发动机熄火时保持住燃油压力。如果在交通事故中燃油管破裂,压力保持阀还可防止燃油溢出。
当燃油压力达到0.64MPa时,压力限制阀就会打开,这样可防止低压管路内的燃油压力过高。多余的燃油流入蓄压罐。燃油供给系统原理如图2⁃53所示。
图2⁃53 燃油供给系统原理
G6—预供油燃油泵;G247—燃油压力传感器;G410—低压燃油压力传感器;J538—燃油泵控制单元;J623—发动机控制单元;N276—燃油压力调节阀
高压泵在缸盖上,是一个活塞泵,可产生高达11MPa的燃油压力。高压泵由双凸轮通过一个链轮来驱动。双凸轮通过一个滚子来驱动泵活塞,这个泵活塞在泵内就产生出高压。高压泵位置与内部结构如图2⁃54所示。
图2⁃54 高压泵位置与内部结构