奔馳轎車3.5L-V6汽油機解析(二)

◆文/江蘇 范明強

奔馳轎車3.5L-V6汽油機解析(二)

◆文/江蘇 范明強

范明強

(本刊專家委員會委員)

教授級高級工程師，參加過陜西汽車制造總廠的籌建工作，主管柴油機的產品開發，1984年調往機械工業部無錫油泵油嘴研究所，曾任一汽無錫柴油機廠、第一汽車集團公司無錫研究所高級技術顧問、湖南奔騰動力科技有限公司總工程師。(接上期)

氣計算已證實，與進氣道上述優化相結合，長度可兩級調節的進氣管能獲得最佳的扭矩特性曲線形狀，特別是對動態運行范圍不會產生不利的影響。圖16示出了這種可調式進氣管的兩種運行狀況：①開關閥板關閉時，形成長進氣管，其中空氣振蕩特性有利于增大進氣量，從而能獲得高的低轉速扭矩；②開關閥板打開時，形成短進氣管，其簡短的進氣途徑能確保在高轉速范圍內達到高的比功率。

通過模擬計算、調整尺寸和不斷地改進空氣系統中的細部結構，使得充氣系數改善了大約12%。為了同時也能考慮到部分負荷的需求，采用進氣滾流閥使進入汽缸的充量形成滾流運動來改善燃燒品質。如圖17所示，滾流閥板位于進氣管到汽缸蓋進氣道的過渡部位附近，從圖中可以真實地看到滾流閥板是怎樣定位的。隨著轉速和負荷的提高，當無需進氣滾流時，它可全部打開并下沉到進氣道壁面中而不會干擾進氣空氣的流動，以減少進氣流通阻力。而在部分負荷時要使用滾流閥產生明顯的充量滾流運動，這種滾流流動在壓縮行程過程中將逐步蛻變成紊流(圖18)。圖19示出了在某個部分負荷工況點滾流閥對汽缸中充量滾流數及其所導致的紊流變化曲線的影響，其中在對燃燒穩定性有重要影響的范圍內大約700°曲軸轉角時紊流值幾乎增大了一倍。對燃燒所產生的有利影響示于圖20，在圖示的運行工況點燃燒持效期最多可縮短30°曲軸轉角，這反映在進一步提高了殘余廢氣適應性和較小的循環波動，并最終反映在所力求的節油效果上(圖21)。

5.發動機管理和燃油噴射

發動機管理系統是與系統供應商博世公司共同合作開發的。在以扭矩為基礎進行控制和調節的M9.7電控系統中綜合了當今所應用的軟件結構(圖22)，以滿足控制和監測燃燒和廢氣品質的要求。不言而喻，集成了所有應用的診斷功能，這是廢氣排放法規所要求的，也是全球市場維修和保養所必需的。

用于防盜鎖和為連結變速器操縱的控制與監測功能的安全編碼則是標準的。如圖23所示，發動機電控單元被固定在發動機上，并被集成在發動機罩中，而發動機罩則是根據進氣管和汽缸蓋罩外形來設計的。在這種情況下，電控單元的連接電路的設計已注意到路程盡量短，以盡可能減少干擾影響(電磁兼容性)。點火級集成在由德爾福公司供應的點火線圈中，它被直接布置在火花塞上方。

在當今對汽車發動機要求越來越高的嚴峻形勢下，人們致力于盡可能提高汽油發動機的經濟性，并降低其廢氣排放，其中對燃油噴射過程的控制和調節是最重要的課題之一。除了提高燃油噴束的品質之外，還必須大大提高其安裝的自由度，以適應發動機進氣管的設計，這對于V型發動機的設計而言尤為重要。

例如在這種M272-V6汽油機上，從發動機橫剖視圖上可看到，由于在V型夾角內布置了長度可兩級調節的進氣管，在進氣管與汽缸蓋之間的間隙中噴油器的安裝空間受到很大的限制，而噴射油束又必須與汽缸蓋中的進氣道形狀和進氣門位置很好地匹配，因此無論是噴油器的本體的長度還是噴束的方位和錐角都要求有很大的選擇自由度。

為此，這種M272-V6汽油機選用了西門子VDO公司開發的新一代Deka-7型汽油噴油器，它針對未來歐Ⅴ和特超低排放汽車(SULEV)廢氣排放標準要求進一步優化噴束品質的同時，還為汽油發動機開發者提供了更大的選擇自由度，從2003年9月起在意大利(2004年7月起在美國開始)生產。它是在已廣泛應用的前一代Deka-4型汽油噴油器的基礎上采用新結構并改進了材料，不僅明顯地提高了燃油噴束品質，質量也足足減輕了35%，而且更重要的特點是其所具有的選擇自由度。在燃油噴束品質特性相同情況下，有3種噴油器本體長度變型：60.4mm(長型)，48.4mm(標準型)和34.5mm(短型)(圖24)；而噴油嘴針閥體的長度也有3種變型：標準型，加長10mm和加長15mm，它們彼此之間能夠相互自由組合，這就給發動機開發商提供了很大的自由度，有助于發動機進氣管道的優化設計，即使在燃油分配管與進氣管之間的安裝空間非常小的情況下也能滿足噴束起點進一步向進氣道內移動的要求，噴油器這樣的位置布置有助于減少燃油潤濕壁面，特別是能在冷起動階段減少燃油的聚集，具備減少在這種臨界運轉階段HC排放的潛力。

M272-V6汽油機選用了長型噴油器本體與特長型噴油嘴針閥體組合的Deka-7型汽油噴油器，它采用通用的12Ω標準電阻的新型線圈體，通過優化磁回路成功地增大了磁通量，而且由于實現了高效的磁回路循環而減輕了質量。鑒于未來的汽車電路，新一代噴油器與合適的電控單元相組合也能用于42V電壓運行。

新一代Deka-7型汽油噴油器是為所有的汽油機燃油和含甲醇燃料而設計的，并以典型的0.3～0.5MPa壓力工作。噴油器內所有與燃油接觸的噴射閥零件都用不銹鋼制成，其所形成的噴束(圖25)可在3種形狀中選擇：①單錐形噴束(錐角10°～30°)；②雙錐形噴束(噴束夾角15°～30°)；③偏轉的單或雙錐形噴束(偏轉角5°～25°)。

M272-V6汽油機選用了偏轉的單錐形噴束，其偏轉角度和噴束錐角按發動機設計要求而定。這種噴油器從1.2ms極短的噴油脈寬開始就能達到線性噴油量特性的要求，其動態流量范圍(動態最小與最大線性噴油之比)能完全滿足發動機最低穩定怠速和高功率的要求。

6.廢氣系統

為了獲得高效的廢氣后處理系統，除了可應用的系統標準部件之外，還必須適應所搭載車型的邊界條件。在新款SLK轎車情況下，就所要求的運動型轎車噪聲設計而言，通常的前消聲器被安置在差不多汽車中心位置的地板下，而且整個裝置被設計成帶有交叉點的雙管路和相應設計的后消聲器，此外還能滿足未來歐Ⅴ排放標準限值的要求，并且整個系統具有達到特超低排放汽車(SULEV)排放要求的能力。

(1)廢氣系統的總體方案

為滿足上述要求確定了如圖26所示的整個廢氣系統。所選擇的廢氣管道直徑及其雙管路之間交叉部位的位置，均按照有利于針對扭矩要求的發動機設計原則來確定的。

廢氣后處理系統的總體方案是按照系統將附加引入二次空氣工作而需要較大的流通能力設計的，并通過優化引入部位，將適當的二次空氣質量引入排氣道，以滿足廢氣后處理的需要。(未完待續)