汽车新结构与新技术教案.docx
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汽车新结构与新技术教案
《汽车新结构与新技术》
教
案
海南工商职业学院，交通工程学院
第1次课教学整体设计
课题
项目一涡轮增压缸内直喷发动机
活动一TSI概述活动二TFSI发动机机械结构
授课时间
第1周星期二（9月3日）第1-2节
课时
2
授课类型
理论课（√）实训课（）习题课（）讨论课（）现场教学（）理实一体（）其他（）
教学资源
挂图（）模型（）实物（）多媒体（√）音像（）报纸（）其它：
黑板、粉笔（）
教学方法
讲授法（）讨论法（）启发式（）案例教学法（）现场教学法（）
角色扮演法（）项目教学法（√）情境教学法（）其它：
教学目标（包括职业素质、能力、知识目标）
1、介绍TSI发动机的概念
2、了解奥迪TFSI发动机的技术特点
3、熟悉TFSI发动机机械结构
重点：
TSI发动机的概念TFSI发动机机械结构
难点：
奥迪TFSI发动机的技术特点
课后作业与思考题：
（根据课程内容适当设计巩固性作业、项目式作业、预习性作业、推荐参考书及资料）
1、简述奥迪TFSI发动机的技术特点
2、简述TFSI发动机机械结构
课后小结：
1、TSI概述
2、TFSI发动机机械结构
3、课堂纪律小结
教学内容与过程
项目一涡轮增压缸内直喷发动机
活动一TSI概述
一、TSI的概念（10分钟）
TFSI是TurboFuelStratifiedInjection的缩写，
T就是Turbo，即涡轮增压；
F指燃油；
S指分层；
I代表直喷。
二、奥迪1.4LTFSI发动机的技术特点（10分钟）
1、单缸四气门和涡轮增压的四缸汽油发动机
2、发动机缸体
铸铁曲轴箱，锻钢曲轴。
3、曲轴驱动油底壳上的链条机油泵，
4、发动机前端正时齿轮链条装置
5、气缸盖
四气门气缸盖，单个进气凸轮轴调整器
6、燃油供给装置
按需控制低压段和高压段，多孔连接高压喷嘴。
7、燃烧过程
均质直喷
8、发动机管理系统
BoschMED17.5.20发动机控制单元，无触点传感器的节气门，可选气缸脉谱控制点火系统，数字化爆震控制，单个火花塞点火线圈。
9、涡轮增压
内置废气涡轮增压器，增压空气冷却器，模块化增压压力控制，电控废气阀门。
10、排气系统
催化转化器的单腔排气系统，催化转化器前部和尾部使用非线性特征的传感器。
11、燃油消耗
投放市场的发动机以6.2L/100KM油耗的经济性而闻名（手动变速箱）。
当2009年改款发动机推出后，对手动变速箱的车辆，100公里油耗会降低到5.9L，双离合器变速箱的车辆为5.6L。
12、扭矩/功率曲线
13、技术数据
一、气缸体（10分钟）
1、由含片状石墨的铸铁铸造
2、开仓式结构
3、曲轴轴承盖：
5个，有铸铁制造
4、主轴承瓦：
两种不含铅材料的复合轴瓦
5、特点：
上部和下部的轴瓦含有不同的材料属性。
6、油底壳：
铸铝，带有机油液面/温度传感器G266
7、正时护罩：
铝合金
8、衬垫：
金属弹性体
二、曲轴与活塞（10分钟）
1、曲轴
2、链轮：
安装在正时侧
3、活塞：
纯铸铝，裙部涂有石墨层
4、连杆：
折断型连杆
3、曲轴箱通风系统（10分钟）
1、油气分离器
在窜气进入燃烧循环之前，夹带其中的机油必须被排走。
这个排离过程在油气分离器中进行。
油气分离器是用螺栓固定在正时护罩上的一个模块，气体流过时如同走入迷宫。
在这个过程中，较重的机油油滴沉淀到管壁上并在机油回流管中聚集。
其工作过程如图所示。
2、机油回流管
机油回流管位于油气分离器的底部末端，并与储液罐连接。
储液罐结构犹如虹吸管，阻止“不洁净”的窜气进入发动机进气歧管。
如图所示。
3、阀门单元
（1）在发动机低转速时的位置
（2）在发动机中速及高速时的位置
4、压力调节器
安装在阀门单元上的限流器可阻止曲轴箱内部形成过量的真空。
因此，无需一个独立的压力调节阀门。
四、曲轴箱强制通风系统（10分钟）
目的：
促进由气缸体和发动机机油释放出来的燃油和水的冷凝。
五、活性炭罐滤清器系统（10分钟）
管路直接和邻近的阀门的单元通风管路的连接插头相连接，和曲轴箱通风系统的功能大体相同。
六、气缸盖（10分钟）
技术要求：
15个方面
七、链条传动装置（5分钟）
无需维护的链条传动装置。
双轨的。
机油泵驱动机构在第一个链条上。
第二个链条和外部小齿轮驱动两个凸轮轴。
考虑到其低噪的优势，以及良好的动力传递和摩擦特性，使用链条来驱动凸轮轴。
八、课后小结：
（5分钟）
1、TSI概述
4、TFSI发动机机械结构
5、课堂纪律小结
互动：
TSI的概念
互动：
奥迪1.4LTFSI发动机的技术特点
互动：
片状石墨
互动：
活塞
互动：
油气分离器
互动：
曲轴箱强制通风系统
互动：
链条传动装置
第2次课教学整体设计
课题
活动三TFSI发动机的机油循环系统活动四TFSI发动机的冷却系统
授课时间
第1周星期四（9月5日）第3-4节
课时
2
授课类型
理论课（√）实训课（）习题课（）讨论课（）现场教学（）理实一体（）其他（）
教学资源
挂图（）模型（）实物（）多媒体（√）音像（）报纸（）其它：
黑板、粉笔（）
教学方法
讲授法（）讨论法（）启发式（）案例教学法（）现场教学法（）
角色扮演法（）项目教学法（√）情境教学法（）其它：
教学目标（包括职业素质、能力、知识目标）
1、熟悉TFSI发动机的机油循环系统
2、熟悉TFSI发动机的冷却系统
重点：
TFSI发动机的机油循环系统；TFSI发动机的冷却系统
难点：
TFSI发动机的机油循环系统
课后作业与思考题：
（根据课程内容适当设计巩固性作业、项目式作业、预习性作业、推荐参考书及资料）
1、简述TFSI发动机的冷却系统
2、简述TFSI发动机的机油循环系统
课后小结：
1、TFSI发动机的机油循环系统
2、TFSI发动机的冷却系统
3、课堂小结
教学内容与过程
活动三TFSI发动机的机油循环系统
一、润滑系统：
循环管路如下图所示（10分钟）
二、机油供给（10分钟）
随着机油循环系统的发展，发动机内部摩擦实现了最小化。
为达到此目的，使用了一种自调节的双离心机油泵，该机油泵通过链条传动由曲轴驱动，齿轮用于减速（减速比i=0.6）。
另外一个改进的重点是方便维修，为达到此目的，机油滤清器安装在上部便于更换的位置。
机油由机油冷却器来冷却。
其用螺栓固定在曲轴箱上，并集成在冷却系统中。
用于检查机油压力的机油压力开关F1安装在气缸盖的内侧。
机油油位/油温传感器G266（TOLS传感器，TOLS=热敏机油油位传感器）集成在油底壳上。
来自该传感器的信号用于机油更换周期的计算和“机油最小量识别”的报警。
由F1和G266产生的信号由组合仪表带显示器的控制单元J285显示。
三、发动机上的机油循环系统（10分钟）
管路如图所示
四、改进的机油滤清器（10分钟）
机油滤清器模块被机油滤清器总成替代，滤清器可以从上面装配，便于维修。
五、自调节的双离心机油泵（10分钟）
双离心机油泵结构如图所示，机油泵安装在气缸壳体上，并由一个独立链条驱动。
安装在SOP上的滚子链，以后会被齿轮链条所取代。
如果由于发动机转速增加需要更多的机油，在机油循环系统中的压力会降低。
因此，调节弹簧释放了调节环的压力，并将其移开，增加了泵腔的容积，泵的输送率增加。
如图1所示。
发动机转速降低时，其需要较少的机油，在机油循环系统中的压力增加。
调节环被移开，按压调节弹簧。
调节环的旋转降低了泵腔的容积。
这样就降低了机油输送率。
如图2所示。
奥迪1.4LTFSI发动机采用双循环冷却系统
系统如图所示。
因此，发动机配备两套独立的冷却循环管路：
一套循环管路负责冷却废气涡轮增压器和增压空气；另一套循环管路负责冷却发动机的主冷却管路。
一、主冷却循环管路（5分钟）
限流器把增压空气冷却循环管路从主冷却循环管路中分离出来。
主冷却循环管路细分成两个循环管路。
一个循环管路流过气缸体，另一个循环管路流过气缸盖，如图所示。
二、温度控制装置（10分钟）
冷却系统是以气缸体迅速加热，气缸体的温度明显高于气缸盖这样的方式而设计的。
为了实现此功能，使用了两个节温器。
冷却液节温器安装于普通壳体中，节温器由膨胀元件控制，安装位置和结构如图所示。
三、分流冷却液（10分钟）
三分之一流经发动机缸体，用于冷却气缸；三分之二流过气缸盖，用于冷却燃烧室。
使用不同的节温器截面来控制流速，由于两个循环管路中不同的温度，可能存在不同的压力状态。
在这种情况下，两个系统被两个节温器分离。
如图所示。
四、节温器（10分钟）
87℃时节温器87℃-105℃时节温器超过105℃时节温器
五、课后小结：
（5分钟）
1、TFSI发动机的机油循环系统
2、TFSI发动机的冷却系统
3、课堂小结
互动：
润滑油路
互动：
机油泵原理
互动：
主冷却循环管路
互动：
节温器
第3次课教学整体设计
课题
活动五TFSI发动机的燃油系统
授课时间
第2周星期二（9月10日）第1-2节
课时
2
授课类型
理论课（√）实训课（）习题课（）讨论课（）现场教学（）理实一体（）其他（）
教学资源
挂图（）模型（）实物（）多媒体（√）音像（）报纸（）其它：
黑板、粉笔（）
教学方法
讲授法（）讨论法（）启发式（）案例教学法（）现场教学法（）
角色扮演法（）项目教学法（√）情境教学法（）其它：
教学目标（包括职业素质、能力、知识目标）
1、掌握TFSI发动机的燃油系统的结构及工作原理
重点：
燃油系统的结构
难点：
燃油系统的工作原理
课后作业与思考题：
（根据课程内容适当设计巩固性作业、项目式作业、预习性作业、推荐参考书及资料）
1、简述燃油系统的结构
2、简述燃油系统的工作原理
课后小结：
1、燃油系统的结构
2、燃油系统的工作原理
3、课堂纪律小结
教学内容与过程
活动五奥迪1.4LTFSI发动机的燃油系统
一、奥迪1.4LTFSI燃油系统的组成（25分钟）
最先进的按需供给的燃油系统，在此系统中，燃油箱里的电动燃油泵和高压燃油泵在任何时候都仅仅是按发动机实际需求供给燃油。
因此，燃油泵的电驱动功率和机械驱动功率会保持在最低水平。
从而节省了燃油，同时也减少了驱动油泵所消耗的功率。
二、低压燃油系统（15分钟）
为调节燃油泵的输送率，燃油泵控制单元通过一个PWM信号调节供给电压。
在此方式下，泵电压设定在6V和蓄电池电压之间，由发动机控制单元供给正确的泵电压信号。
为此，来自发动机控制单元的PWM信号传递到燃油泵控制单元。
存储在发动机控制单元的特征脉谱图确定泵的输送率。
泵的输送率也会改变，此为泵电压的功能之一，如图所示。
燃油系统维持4bar的恒压。
三、高压燃油系统（15分钟）
根据发动机负载，奥迪1.4LTFSI发动机的燃油系统的高压压力可在35bar到100bar之间任意调节。
高压燃油系统包括以下部件：
1、高压燃油泵
最新的第三代高压燃油泵使用在1.4LTFSI发动机上，此泵由Hitachi公司制造，如图所示。
该泵的主要新特征：
（1）更小的输油行程（3mm）；
（2）集成在泵上的限压阀，无需来自燃油分配器的回流管。
2、高压燃油泵调节
就是按需供给的燃油调节
（1）限压阀
（2）燃油调节过程
四、燃油系统部件（15分钟）
1、燃油压力传感器G247
2、高压喷嘴N30–N33
五、混合气控制（15分钟）
管该发动机符合欧IV排放标准，但是不需要二次空气喷射系统和废气再循环系统。
六、课后小结：
（5分钟）
1、燃油系统的结构
2、燃油系统的工作原理
3、课堂纪律小结
互动：
奥迪1.4LTFSI燃油系统的组成
互动：
燃油调节过程
第4次课教学整体设计
课题
活动六奥迪1.4LTFSI发动机进排气系统
授课时间
第2周星期四（9月12日）第3-4节
课时
2
授课类型
理论课（√）实训课（）习题课（）讨论课（）现场教学（）理实一体（）其他（）
教学资源
挂图（）模型（）实物（）多媒体（√）音像（）报纸（）其它：
黑板、粉笔（）
教学方法
讲授法（）讨论法（）启发式（）案例教学法（）现场教学法（）
角色扮演法（）项目教学法（√）情境教学法（）其它：
教学目标（包括职业素质、能力、知识目标）
1、掌握TFSI发动机的燃油系统的结构组及工作原理
重点：
主循环管路、温度控制
难点：
温度控制
课后作业与思考题：
（根据课程内容适当设计巩固性作业、项目式作业、预习性作业、推荐参考书及资料）
1、简述TFSI发动机的燃油系统的结构组及工作原理
2、简述主循环管路
课后小结：
1、TFSI发动机的燃油系统的结构组及工作原理
2、主循环管路
3、课堂纪律小结
教学内容与过程
活动六奥迪1.4LTFSI发动机进排气系统
一、废气涡轮增压器（15分钟）
废气涡轮增压器和排气歧管一同构成了一个模块。
涡轮增压器循环空气阀N249和控制增压空气的真空压力罐都是独立的可更换零件。
为使发动机低转速下获得良好性能而投入了巨大的精力。
废气涡轮增压器在发动机转速仅高于怠速水平时具有良好的性能。
二、奥迪1.4LTFSI发动机进气系统（35分钟）
奥迪1.4LTFSI发动机进气系统结构非常紧凑。
研发目标是尽可能地缩短气流路径，最终系统无需配备空冷式增压空气冷却器和相应的增压空气管路。
实际上，进气歧管上直接集成了水冷式增压空气冷却器。
这确保了废气涡轮增压器和进气门之间的空气容积占一半以上，降低了压力和气流损失，实现了应对增压系统的明显改进。
因此，发动机有了更高的总体效率。
图1、2为奥迪1.4LTFSI发动机进气系统结构和原理图。
三、增压压力控制（15分钟）
增压压力由废气阀门（旁通阀）进行调节。
废气阀门由真空压力罐通过一个连杆操控，为此，要根据增压压力控制电磁阀N75匹配模块化的增压压力。
增压压力控制系统决定与调节发动机所需的空气流量。
p/n控制系统使用两个压力和温度传感器。
四、增压空气冷却器（15分钟）
该发动机系列首次采用了水冷式增压空气冷却系统的冷却方式，其结构如图所示。
在该系统中，冷却液流经的增压空气冷却器直接安装在进气歧管上。
增压空气冷却器自带循环管路，集成在发动机冷却系统中。
废气涡轮增压器也是该循环管路中的一个集成零件。
1、增压空气冷却器
结构和功能类似于常规的水冷式冷却器，如图所示。
冷却液流过集成在铝制薄片总成上的管路，热空气流过这些铝片，并把热量传递到铝片上，这些铝片将吸收到的热量传递给冷却液，然后经加热的冷却液流入增压空气系统的辅助冷却器，在那里得到冷却。
2、冷却液循环泵V50（5分钟）
冷却液循环泵V50在进气歧管的下方并用螺栓固定在缸体上,它是一个独立冷却系统的组成部件。
冷却液循环泵把冷却液从汽车前端的辅助冷却器输送至增压空气冷却器和废气涡轮增压器。
五、课后小结：
（5分钟）
1、TFSI发动机的燃油系统的结构组及工作原理
2、主循环管路
3、课堂纪律小结
互动：
废气涡轮增压器原理
互动：
增压空气冷却器
第5次课教学整体设计
课题
项目二双离合变速箱DSG
活动一DSG概述活动二OAM的机械结构
授课时间
第3周星期二（9月17日）第1-2节
课时
2
授课类型
理论课（√）实训课（）习题课（）讨论课（）现场教学（）理实一体（）其他（）
教学资源
挂图（）模型（）实物（）多媒体（√）音像（）报纸（）其它：
黑板、粉笔（）
教学方法
讲授法（）讨论法（）启发式（）案例教学法（）现场教学法（）
角色扮演法（）项目教学法（√）情境教学法（）其它：
教学目标（包括职业素质、能力、知识目标）
1、掌握DSG的结构组及工作原理
重点：
DSG的结构
难点：
DSG的工作原理
课后作业与思考题：
（根据课程内容适当设计巩固性作业、项目式作业、预习性作业、推荐参考书及资料）
1、简述DSG的结构
2、简述DSG的工作原理
课后小结：
1、DSG概述
2、OAM的机械结构
3、课堂纪律小结
教学内容与过程
活动一DSG概述
一、DSG的基本概念（10分钟）
DSG（DirectShiftGearbox）中文表面意思为“直接换挡变速器”，DSG有别于一般的半自动变速箱系统，它是基于手动变速箱而不是自动变速箱，因此，它也是AMT（机械式自动变速器）的一员。
二、DSG的起源（10分钟）
其设计来自赛车运动，而其实际应用早在80年代初的保时捷Prosche962C和1985年的奥迪AudisportquattroS1RC赛车上，并为他们赢取多项冠军立下汗马功劳，双重离合器的概念是非常先进，但作为新科技都存在着耐用性不佳的问题，耐用性的好坏同样决定了其成本的多少，这项技术在经过十余年的发展后，才真正被普通汽车所用。
三、DSG的优势（10分钟）
DSG变速器旨在满足消费者对驾驶运动感和车辆节油的双重要求，为那些酷爱手动变速器的驾驶者们提供了最佳选择。
DSG带来低油耗的同时，车辆性能方面没有任何损失，同样具有出色的加速性和最高时速，并且与传统自动变速器一样可以实现顺畅换挡，不影响牵引力。
四、自动双离合器变速箱的换挡控制方法（10分钟）
一种用于对一个自动化的双离合器变速箱进行换挡控制的方法。
五、双离合器式自动变速器控制系统的关键技术（10分钟）
DCT由机械系统和控制系统组成，控制系统是的DCT关键部件，而起步控制策略的制定、综合智能换挡规律的制定和换挡品质的改善方法是控制系统的核心技术，对整车的起步性能、换挡品质、动力性和经济性等有着重要的影响。
1、DCT的起步控制技术
（1）DCT的起步控制技术的研究现状
综合当前的研究成果，通过优化离合器的动力学模型、完善离合器接合的控制策略及提高离合器执行机构的跟踪品质，是提高车辆起步性能的主要途径。
应从提高离合器动力学模型的精度、完善离合器控制策略及提高执行机构的跟踪精度三方面来优化离合器的起步性能，离合器控制策略的完善最为关键。
（2）DCT起步控制技术的评价及发展动态
2、换挡规律的制定
基于经验的换挡规律HAYASHI等利用模糊控制和神经网络方法，对优秀驾驶员的换挡规律进行辨识，建立了基于经验的换挡规律，提高了车辆在爬坡及制动工况时的性能。
3、换挡品质
换挡品质研究的主要目标，就是缩短换挡时间，且使换挡过程中的冲击度和滑摩功符合要求。
优化离合器的切换规律，控制离合器的接合、分离速度，是提高DCT换挡品质的重要途径。
动力传动系的综合控制也是提高换挡品质的重要途径，基于CAN总线的动力传动系综合控制，能够根据发动机电子控制单元和变速器电子控制单元之间的信息共享，通过发动机的供油控制，缩短换挡的时间，优化换挡品质。
六、双离合器变速箱的工作原理（10分钟）
双离合自动变速器（简称DCT）基于手动变速箱基础之上。
而与手动变速箱所不同的是，DCT中的两幅离合器与二根输入轴相连，换挡和离合操作都是通过一集成电子和液压元件的机械电子模块来实现。
而不再通过离合器踏板操作，就像tiptronic液力自动变速器一样，驾驶员可以手动换挡或将变速杆处于全自动D挡（舒适型，在发动机低速运行时换挡）或S挡（任务型，在发动机高速运行时换挡）模式。
活动二双离合器变速箱0AM的机械结构
双离合器变速箱0AM的结构特点：
（1）变速箱的模块化设计，离合器，机电装置单元和变速箱共同组成一个整体；
（2）干式双离合器；
（3）机电装置单元和机械式变速箱各有一套独立的免维护型机油循环管路；
（4）7个挡位分布于4根轴上；
（5）按需工作的机油泵；
（6）无机油/水热交换器
一、选挡杆（10分钟）
双离合器变速箱0AM同样提供Tiptronic选挡模式。
准确来讲，带自动变速箱的车辆，选挡杆还装备了选挡杆锁止器和点火钥匙防拔出锁。
（一）选挡杆位置
选挡杆位置有：
1、P-驻车挡
2、R-倒挡
3、N-空挡
4、D-行驶挡
5、S-运动挡
6、+和-
（二）选挡杆的结构
1、选挡杆E313
2、选挡杆锁止电磁铁N110
3、选挡杆挡位P锁止开关F319
4、选挡杆锁止电磁铁N110
（1）选挡杆置于“P”挡
如果选挡杆置于“P”挡，则锁止销处于“P”挡锁止销孔，这样可预防不经意地移动锁止杆，如图1所示。
4、选挡杆锁止电磁铁N110
（1）选挡杆置于“P”挡
如果选挡杆置于“P”挡，则锁止销处于“P”挡锁止销孔，这样可预防不经意地移动锁止杆，如图1所示。
（2）松开选挡杆
打开点火开关并踩下制动踏板后，选挡杆传感器控制单元J587对选挡杆锁止电磁铁N110提供电流，因此，锁止销从“P”挡锁止销孔移出，此时可将选挡杆移至行驶挡。
如图2所示。
（3）选挡杆置于“N”挡
如果选挡杆置于“N”挡超过2秒，控制单元对电磁铁提供电流。
当锁止销压入“N”挡锁止销孔，选挡杆便不会不经意地挂入其它挡，踩下制动踏板，锁止销松开。
如图3所示。
（4）紧急解锁
如果供给选挡杆锁止电磁铁N110的电压出现故障，选挡杆无法移动，因为一旦电源出现故障，选挡杆“P”挡锁止器仍保持激活状态。
利用细窄物体，手动按压锁止销，即可解锁，选挡杆可“紧急解锁”至“N”挡，车辆又可继续移动了，如图4所示。
5、点火钥匙防拔出锁
如果驻车锁止器没有啮合，点火钥匙防拔出锁将阻止点火钥匙转回至拔出位置，它通过电子机械操作，由转向柱电子装置控制单元J527控制，转向柱电子装置控制单元J527检测开关打开，点火钥匙防拔出锁电磁铁N376没有电流供给，电磁阀里的压缩弹簧推动锁止销至解锁位置，其结构如图所示。
二、变速箱的机械结构（15分钟）
（一）基本传动原理
0AM包含两个独立的齿轮副。
（二）扭矩输入
扭矩从固定在曲轴上的双质量飞轮传递到双离合器。
因此双质量飞轮上装有内齿，它们和双离合器支承环上的外齿互相啮合，并将扭矩传递至双离合器。
（三）双离合器驱动盘
扭矩从支承环传递至双离合器上的驱动盘，因此支承环和驱动盘需紧密连接在一起，驱动盘固定在驱动轴2上作为怠速挡。
（四）离合器
有两个独立的干式离合器在操作，它们在各自的齿轮副内独立传递扭矩。
两个离合器可能的状态：
（1）当发动机关闭或怠速时，两个离合器都处于打开状态；
（2）当车辆运行时，两个离合器中只有一个处于闭合状态。
1、离合器K1
离合器K1传递1
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