554途观18TSI发动机结构组成及常见故障诊断讲解.docx
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554途观18TSI发动机结构组成及常见故障诊断讲解
途观1.8TSI发动机结构组成及常见故障诊断
摘要：
汽车整体技术日新月异，而作为汽车的心脏——发动机技术的进步显得更
受关注。
这就要求我们要对发动机的组成和原理有一定深度的认识。
通过本课题
的要就让我们弄懂途观1.8TSI发动机的组成和基本工作原理，另外还介绍了该
型发动机的常见故障及诊断思路。
关键词：
途观1.8TSI发动机；结构组成；直喷原理；故障诊断
一、概述
（一）TSI发动机的含义及技术特点
1、TSI发动机的含义
TSI（Turbo-chargingSuper-chargingInjection）缸内直喷涡轮增压汽油
机。
2、该TSI发动机的技术特性
1）发动机控制策略采用基于扭矩控制。
2）增压器在发动机停止后有独立冷却系统。
3）具有电子超速回流控制，防止增压器损坏。
4）连续可变进气配气相位（曲轴转角60度），令油耗降低，提高功率。
5）链条传动。
寿命长，终身免换，可靠性远远高于以前的齿带传动。
（二）大众途观1.8TSI发动机的外形与基本参数
1、途观1.8TSI发动机的外形介绍如图1所示。
图1途观发动机的外形图
1
2、途观1.8TSI发动机的性能参数如表1、图2所示。
表1
途观性能参数表
标识字母
CEA
CGM
排量
L
1.798
1.984
功率
KW
118
147
扭矩
Nm
250
280
缸径
mm
82.5
82.5
行程
mm
84.1
92.8
压缩比
9.6
9.6
ROZ
97/93
97
喷射装置/
点火装置
FSI
FSI
点火顺序
1-3-4-2
1-3-4-2
爆震控制
是
是
增压
是
是
废气再循环
否
否
可变进气管
是
是
凸轮轴调节
是
是
二次空气
否
否
图2途观的速度特性曲线图
2
二、大众途观1.8TSI发动机的组成
（一）曲柄连杆机构
曲柄连杆机构如图3所示，是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。
它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。
功能：
曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。
它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。
在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。
而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。
图3曲柄连杆机构
1、曲轴
曲轴由经过感应淬火的钢材制成。
为了达到内部的一个最佳平衡，它拥有五个轴承和八个配重。
为了改善曲轴箱的刚性，内部的三个主要轴承的轴承盖是用螺钉垂直地拧紧固定，侧面也是用螺钉跟曲轴箱连接的。
曲轴下面的五个半轴承盖拥有一个润滑槽，并且可以通过不同厚度的半盖对曲轴进行径向调整。
轴向间隙的调整通过中间轴承中的轴向轴承盖进行。
2、连杆
连杆如2.0升的TFSI-发动机中的一样，是脉冲式连杆。
为了更好地进行力
3
的分配，连杆头设计成梯形的，并且活塞连杆瓦是用黄铜合金制成的。
上面的轴承盖和下面的轴承盖是用不同的材料材料制成的，为了保持高的力度等级，这里的上盖是深颜色的，是由一种有阻抗的材料制成的。
3、活塞
跟2.0升的TFSI-发动机完全一样，这里上面的活塞部分使用的也是一个环形托架。
另外还保留了活塞套的轻型结构，以及石墨涂层，这样就能达到一种长久的耐用性，一种高度平静的运行和一种极小的摩擦损失。
活塞头新的造型为产生一种最佳的均匀混合起到了重要的作用。
4、齿轮模块
曲轴向各种不同的控制链条进行力的输送是通过一个齿轮模块来进行的。
曲轴螺栓起到了一个连接的作用，即锲形唇皮带的皮带盘和齿轮模块跟曲轴之间的连接，这样一来，所有三个元件都固定地，并且互相地连接起来了。
除此之外，为了增加接触面积，在所有三个元件的侧面都装有齿轮，使它们互相啮合在一起，这样就能够用一个小直径的部件来传送一个大的扭矩了。
曲轴末端上的齿轮可以将一个高的曲轴扭矩传送给控制驱动的装置。
在所有的侧面齿轮上都插入了一个宽齿，这样，对于所有的三个元件来说都是只具有一个唯一可以安装的位置了。
5、缸体
途观1.8TSI发动机缸体如图4所示。
图4发动机缸体
4
（二）配气机构
配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。
它主要由进气门、排气门、摇臂、凸轮轴、正时齿轮等组成，结构如图5
所示。
图5配气机构
途观采用了双顶置凸轮轴（DOHC），凸轮轴直接驱动摇臂，省去了挺柱和推杆，使往复运动质量大大减小，因此适用于高速发动机。
但正是传动机构复杂，且为拆装缸盖造成一定困难。
顶置双凸轮轴即为进、排气门各为一根轴控制。
其罩盖用铝合金浇铸而成。
进气阀门和排气阀门都由滚子凸轮随动件驱动。
塑料盖子旋转后可以打开，其作用是在不拆缸头的情况下，拆卸缸盖螺栓。
增压机跟废气弯管一起组成了一个单元，在其下侧借助于一条夹紧板固定在气缸头上，这样的话，拆和装都方便。
在吸气侧上有一个连接接头，是用于连接曲轴箱排气管道的，另外一个是用于连接排放出之于燃油槽的油气的。
增压机是用水进行冷却和用油进行润滑的。
增压机包括电磁阀门N75，它是
用来限制增压压力的，还有相应的过压阀门以及循环空气的阀门N249。
它拥有
一个装在增压机压力接管出口处的谐振消音器，它的存在能够减小由于压力脉冲
5
而产生的噪音。
增压机的结构如图6所示。
图6增压机组成图
（三）燃油供给系统
汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混
合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去。
燃油供给系统是由一根输送燃油的真空管道一个高压泵，一个高压燃油分配
管道和四个喷油嘴组成的，如图7所示。
真空分配器管道不仅具有一个真空传感器，还有一个过压，或者叫做回流的
阀门。
需要的燃油压力由发动机控制器进行计算，控制器通过一个PWM-的信号
来控制装在燃油储罐中的电动泵J538，使得在真空循环中产生出所需要的压力在
4Bar-8Bar之间。
6
图7燃油系统的组成图
图8燃油高压泵的位置图
如图8所示，燃油高压泵是通过装在排气凸轮轴末端上的一个四边形的凸轮
来驱动的，如图8所示。
凸轮轴是通过一个滚柱推杆来驱动泵的活塞，这样的话
就减少了摩擦由链条输送的力。
这样得到的效果是：
磨损小，发动机的运行平静
度高，产生的噪音小，以及降低了燃油的消耗。
在高压循环系统中取消了过压阀
门，取而代之的是装在机械泵中的一个调节阀门，这个阀门在200Bar的压力下
开始开启，并且将燃油送回到真空循环中去，这样就阻止了零部件因为过压而可
7
能造成的损坏了，尤其是在发动机加热以后的推进阶段和工作阶段。
燃油分配器
管道使用不锈钢材料制成的，是在真空的情况下将燃油输送到喷油阀门中去的。
高压循环系统中的压力是通过调节阀门N276进行调节的，这个阀门是在机
械高压泵中的。
高压循环系统中的压力可以根据发动机的负荷存在于50-150Bar
之间。
发动机控制器通过压力传感器G247能够识别到每个时间点的，分配器管
道中的压力，调节阀门N276可以对其进行调节，使其跟高压循环中的系统压力
相匹配。
压力传感器N247可以在200Bar以下的压力范围内进行调节。
喷油嘴示意图如图9所示。
图9喷油嘴示意图
1-径向补偿件；2-燃烧室密封环；3-喷嘴；
4-隔离环；5-O型环；6-支撑环
（四）点火系统
点火系统的功用是按规定时刻及时点燃气缸中的压缩混合气。
由曲轴位置传
1
感器、凸轮轴位置传感器、爆震传感器、电控单元（ECM）、点火线圈、火花塞等
组成。
电脑根据曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器以及其他传感器的信号计算
出最佳点火时刻和通电时间，控制点火线圈的初级电路导通与截止，从而点燃各
缸的混合气，同时利用爆燃传感器对缸体的爆燃情况进行分析，从而提高点火系
统的控制精度。
途观的点火方式为单缸独立点火，点火顺序为1-3-4-2，每个缸有独立的点火
线圈。
点火系统的主要部件如图10所示。
8
图10点火系统组成图
1-爆震传感器；2-带功率输出级的点火线圈；3-火花塞；4-螺栓；5-螺栓；6-霍尔传感器G40；
7-O形圈
（五）冷却系统
冷却系统组成：
水冷式由水套、水泵、散热器、风扇、节温器等组成。
风冷
式由风扇和散热片等组成。
功能：
冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动
机在最适宜的温度状态下工作。
这个冷却循环是按照横流原理进行工作的。
冷却液从冷却器流到冷却液泵
中，然后再由泵送入发动机组，如图11所示。
跟其他充电的燃油发动机一样，这里的冷却循环也有一个电动泵V51，用于
冷却液再循环的。
这个泵对调整好的发动机的增压机的过热进行保护，并且阻止
了聚集在透平轴上的油发生焦化。
电动泵是由发动机控制器控制的，当发动机停止以后，它最多能工作15分
钟。
在这个操作阶段，泵将冷却液泵入相反的方向，即从冷却器到增压机。
9
图11冷却液循环图
图12冷却系统原理图
从冷却器中出来的冷却液通过泵送入发动机组，如图12所示。
冷却液从发动
机组的吸入侧流向排放侧，同时冲淋着气缸。
接着将冷却液送入气缸头，并且从
排放侧到吸入侧对其进行冷却。
变热了的冷却液聚集在一个室内，然后送往冷却
液泵，这其中有衡热器。
根据这个测量点上的冷却液温度，将冷却液送到冷却器
中进行冷却（节温器自95摄氏度时开启），或者是直接进入泵（节温器关闭）。
通过发动机组中进行运行的一个小沟槽将一部分的冷却液送至油的冷却器，
这个油的冷却器是装在辅助机架上的。
在气缸头飞轮那一侧的末端，也有一部分
10
的冷却液送至加热装置的热交换器和冷却液的平衡罐。
冷却液泵，冷却液的温度传感器G62和恒温器都是属于一个共同的模块的。
这个模块装在发动机外壳上的进气管道下面，是用螺钉固定的。
吸气侧上的平衡轴通过一个皮带驱动装置来驱动冷却液泵，所使用的两个传
动轮的作用产生了一个变速比，并因此而降低了转速，这个转速差不多跟曲轴的
转速持平。
为了达到这个变速比，冷却液泵的传动轴上使用了一个直径较大的驱动轮，
在这个轴上还有一个跟驱动轮焊接在一起的翼形齿轮。
这个翼形齿轮承担了风机
的功能，并能给皮带驱动装置引入空气和冷却。
这个带皮带驱动装置的冷却系统
是不需要保养的。
不过，节温器，温度传感器和皮带的罩盖都是可以单独地进行更换的。
为了
保证节温器正确的安装位置，在外壳上装有一个中心销。
（六）润滑系统
组成：
由油底壳、机油泵、集滤器、限压阀、油道、机油滤清器、曲轴箱通
风系统等组成。
油盘结构如图13所示。
图13油盘示意图
油盘是以尽可能地紧凑为目的进行设计的，这样就能减小了发动机的结构高
度。
这个目标是通过改变曲轴箱中平衡轴的安装位置才得以达到的。
油盘是由三
部分组成的：
油盘的上面部分，它是由一种铝合金材料制成的，并且是用螺钉跟曲轴箱连
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接起来的，作为曲轴箱的辅助加固以及油泵的底座，油盘的密封是在跟曲轴箱连
接的连接侧上，通过使用一种液态的密封剂来完成的。
要拆下油盘的上面部分时
必须先拆下飞轮，这样才能接触到双侧的螺钉。
油盘的中间部分是由聚酰胺材料制成的，油盘的上面部分就是用螺钉固定在
它上面的。
这个中间部分的作用是为了防止油盘中的油进水。
油盘的下面部分，是由钢板制作的。
为了保证密封，这个零件是在是使用一
种液态密封材料的情况下跟油盘的上面部分用螺钉连接在一起的。
油盘的下面部
分集油，并通过一个排放螺钉进行排油。
油泵装在油盘的上方，是用螺钉固定的，是由曲轴通过一个链条驱动装置来
驱动的。
泵中的油压调节是通过一个调节阀门进行的。
这个阀门在循环中能够保
持一个恒定的压力，它是由一个金属活塞和一个调节弹簧构成的，如图14所示。
它调节BYT发动机的压力是3.5Bar（对于BZB-发动机是调整到2.9Bar的）。
一个由一个金属球和一个调节到11Bar的调节弹簧构成的安全阀门，对这个
系统的过压进行保护，尤其是对它的冷启动进行保护。
图14机油泵示意图
油过滤器是装在辅助机架上的，是用螺钉固定的，并且可以从发动机的上侧
接触到过滤器。
对于已经装入的，并且已经用螺钉固定好了的油过滤器，从油冷却器里出来
的，带着压力的油涌流着通过过滤器。
由于所存在的油压，过滤器内部的回流阀
门开启，如图15所示，这样，经过过滤的油就能够流回到发动机的润滑循环中去
了。
12
在更换过滤器时，机架中的聚酰胺材质的锁芯开启，随着锁芯的开启，一根
回流管也开启了，这样，尚留在油过滤器中的聚集起来的油能够流回到油盘中去
了。
必须将过滤器拧下来才能进行更换，在完全取下过滤器之前要等待2-3秒钟，
避免有流出来的油进入发动机。
图15机油流向图
三、缸内直喷技术
（一）缸内直喷概念
缸内直喷又称FSI（FuelStratifiedInjection），即燃料分层喷射技
术。
喷油嘴设置在进排气门之间，高压燃油直接注入燃烧室平顺高效地燃烧，
缸内直喷所宣扬的是通过均匀燃烧和分层燃烧实现了高负荷、尤其是低负荷下的
燃油消耗降低，动力还有很大提升的一种技术。
（二）缸内直喷原理
通过高压燃油泵提供所需的100bar以上的压力，将汽油提供给位于汽
缸内的电磁喷射器，如图16所示。
然后通过ECU控制喷射器将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室，其控制的精确度接近毫秒，其关键是考虑喷射器的安装，必须在汽缸上部留给其一定的空间。
由于汽缸顶部已经布置了火花塞和多个气门，已经相当紧凑，所以将其布置在靠近进气门侧。
由
13
于喷射器的加入导致了对设计和制造的要求都相当的高，如果布置不合理、
制造精度达不到要求导致刚度不足甚至漏气只能得不偿失。
另外FSI引擎
对燃油品质的要求也比较高，途观TSI发动机必须使用97号汽油且建议使用上海大众生产的汽油添加剂。
此外，FSI技术采用了三种不同的注油模式，
即分层模式、均质希混合气模式、均质混合气模式。
图16缸内直喷结构图
1、分层模式
发动机低速或中速运转时采用分层注油模式，如图17所示。
此时节气门为半开状态，空气由进气管进入汽缸撞在活塞顶部，由于活塞顶部制作成特殊的形状从而在火花塞附近形成期望中的涡流。
当压缩过程接近尾声时，少量的燃油由喷射器喷出，形成可燃气体。
这种分层注油方式可充分提高发动机的经济性，因为在转速较低、负荷较小时除了火花塞周围需要形成浓度较高的油气混合物外，燃烧室的其它地方只需空气含量较高的混合气即可，而FSI使其与理想状态非常接近。
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图17分层注油模式示意图
2、均质稀混合气模式
进气与分层充气相同，节气门大开，此时进气歧管翻板关闭。
燃油约
在点火上止点前300°时喷入（吸气行程）空燃比约=1,55。
混合气形成可
用时间较长。
燃烧发生在整个燃烧室内，点火时间可自由选择。
如图18所
示。
图18均质希混合气模式示意图
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3、均质模式节气门按照油门踏板的位置来打开，进气歧管翻板根据工作点来打开
或关闭。
该模式在中等负荷和转速范围时是关闭的。
喷油、混合气形成和燃烧与均质稀混合气模式是一样的，空燃比=1，如图19所示。
图19均匀模式示意图
四、常见故障诊断
（一）诊断工具
配备有上海大众专用仪器VAS5052A，如图20所示。
图20VAS5052A外观图
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（二）常见故障诊断流程图
图21发动机不能起动诊断流程图
（三）常见故障案例分析
1、故障案例一
故障现象：
途观1.8TSI发动机运转至热车后怠速只有400rpm，踩下油门踏
板就可以恢复到正常的怠速转速。
发动机排放灯与EPC灯同时点亮。
故障检修过程：
1、用电脑检测发动机的故障代码无故障。
2、清洗了节气门
后重新匹配进行试车故障未排除。
3、读取发动机数据组140组发现怠速高压压
力为69bar压力很不稳定并且持续波动，找来了相同车型的车进行了数据对比发
现正常的压力为39.33bar到40bar波动，由此该怀疑该车是由于上述原因造成，
进而检查该车汽油供给系统进行了逐一排查先后检查了高压油泵、汽油格及汽油
泵，与同样车型的高压油泵进行互换试车还是存在这个故障，于是拆下汽油滤清
器进行检查发现该车的汽油滤清器里面的燃油非常脏，所以就怀疑是油品问题造
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成的故障，我们决定拆下油箱中的汽油泵进行检查，发现汽油泵上的滤网粘满了
黑黑的东西，汽油泵的滤网已经堵塞，在进行了上述检查后做了更换汽油泵、清
洗油箱、更换汽油滤清器的修理方案，在安装好后对发动机的140组的数据进行
读取，数据恢复正常值，经过一段时间的试车后故障未出现，故障排除。
（以上
故障时由于车子在加油站加了品质非常恶劣的燃油造成）。
数据如图22所示。
图22故障案例1数据图
故障排除：
更换汽油泵、清洗油箱、更换汽油滤清器。
2、故障案例二
故障现象：
途观2.0T定速巡航失效，仪表板显示里程位置出现感叹符号，
同时发动机EPC灯亮起，车辆加速无力！
一般容易出现的时间是早上第一次启
动时，在车辆定速后比较容易出现。
故障检修过程：
用5052A诊断仪检查发动机控制单元故障是：
节气门踏板位置传感器开关B
电路性能范围（静态）。
1：
节气门位置传感器B是在节气门位置，用5052A读取节气门位置传感器的数据流未发现异常数据流正常；2：
按照维修手册检查节气门到发动机控制单元线路未发现异常。
3：
更换节气门控制单元试车故障未消除；
4:
经过插拔节气门线束插头后用5052A检查发动机控制单元故障节气门踏板位
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置传感器开关B电路性能范围（间歇式）处理节气门插脚，然后清除故障后经过
试车，但是故障并未排除。
经过分析在经过拔插节气门控制单元插头后故障变为
偶发故障而且更换过新的节气门控制单元故障应该是出现在发动机线束上面，更
换发动机线束后经过试车故障未出现，故障排除。
数据如图23所示。
图23故障案例2数据图
故障排除：
更换发动机线束后经过试车故障未出现，故障排除。
19
结束语
本设计的完成是在蒋老师的细心指导下进行的。
在每次设计遇到问题时老师
不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。
从设计的选题到资料的搜集直至最
后设计的修改的整个过程中，花费了蒋老师很多的宝贵时间和精力，在此向蒋老
师表示衷心地感谢！
导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将
使学生受益终生！
这次论文写作，不仅锻炼了自己的写作能力，也使理论知识的学习和实习中
的实践相结合，增强了对发动机整体的认识。
通过与老师的交流，对论文的修改
使我了解到目前自己的不足，在今后的学习工作过程中要继续锻炼。
再次感谢蒋老师对我的大力帮助和教导。
20
参考文献
[1]大众途观维修手册[J].上海大众汽J车公司出版，2011
[2]大众途观用户手册[J].上海大众汽车公司出版，2011
[3]陈博伟.上海大众途观发动机培训教材[M].2011.7
[4]关文达.汽车构造第三版[M].北京：
机械工业出版社，2011
[5]张德军.汽车电子控制系统原理与检修[M].北京：
机械工业出版社.2006
21
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