瑪莎拉蒂總裁V8發(fā)動機結(jié)構(gòu)原理（三）

王鐘原

瑪莎拉蒂總裁V8發(fā)動機結(jié)構(gòu)原理（三）

王鐘原

5.節(jié)氣門體

F154A的新特性是使用了兩個獨立的節(jié)氣門體，每側(cè)汽缸組各一個，如圖26所示。與F136發(fā)動機所使用的80mm單節(jié)氣門體相比，新節(jié)氣門體的直徑減小為58mm。兩個節(jié)氣門體都由ECM控制。每個節(jié)氣門體都帶有兩個電位計式位置傳感器，通過這個傳感器可以實現(xiàn)節(jié)氣門的閉環(huán)控制和合理性檢查。新節(jié)氣門體的工作原理與F136發(fā)動機所使用的節(jié)氣門相同。節(jié)氣門直流電機由12V脈寬信號控制，兩個位置傳感器產(chǎn)生互補的0～5V模擬信號。

圖26 節(jié)氣門體

6.進(jìn)氣歧管和進(jìn)氣歧管壓力傳感器

兩側(cè)汽缸組的進(jìn)氣歧管上都安裝了壓力傳感器（博世DS-S3-TF）。這個傳感器測量節(jié)氣門下游位置的歧管實際壓力。壓力測量方式與增壓壓力傳感器（博世DS-S3）相同，但由于增加了NTC電阻，因而還能測量歧管空氣溫度。與節(jié)氣門上游安裝的壓力傳感器相似，歧管傳感器用于增壓管理。歧管空氣溫度信號可以讓ECM對增壓過程空氣溫度的變化進(jìn)行補償，因為空氣的密度會隨著溫度的升高而變小。歧管壓力傳感器位置如圖27所示。

（五）渦輪增壓器

圖27 進(jìn)氣歧管壓力傳感器

渦輪增壓器結(jié)構(gòu)如圖28、圖29所示。

圖30為汽缸組1和汽缸組2（如圖31所示）的IHI雙渦管式渦輪增壓器。注意兩個汽缸組的排氣歧管設(shè)計不同。它們與發(fā)動機點火相適應(yīng)，以使排氣氣流最佳化。

1.工作原理

圖28 渦輪增壓器1

圖29 渦輪增壓器2

每個增壓器包括兩個主要部分。廢氣渦輪置于排氣路徑內(nèi)，由熱廢氣驅(qū)動。離開燃燒室的廢氣包含大量的熱能和動能，否則會損失掉。在渦輪中，這種能量被轉(zhuǎn)換為動能，使渦輪葉輪旋轉(zhuǎn)。渦輪葉輪與壓縮機葉輪安裝在同一根軸上，壓縮機安裝在進(jìn)氣軌道上。壓縮機葉輪快速旋轉(zhuǎn)，提高了進(jìn)氣速度，增加進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)的空氣壓力，這就叫作增壓或充氣。由于發(fā)動機能夠產(chǎn)生的扭矩量主要由每個循環(huán)所消耗的空氣流量來確定，在發(fā)動機排量給定的前提下，進(jìn)氣系統(tǒng)充氣是增加發(fā)動機扭矩和動力輸出的理想方式。

圖30 汽缸組1渦輪增壓器

圖31 汽缸組2渦輪增壓器

圖32 廢氣門

2.說明

F154A發(fā)動機采用兩個平行增壓器，分別在每個汽缸組上。這些增壓器的渦輪與排氣歧管集成一體。與歧管和渦輪單獨構(gòu)造相比，此方案更有效、更緊湊。由日本專家IHI專門為F154A發(fā)動機研發(fā)的水冷增壓器具有固定幾何并采用“雙滾” 技術(shù)：每個歧管的排氣道為2對2匹配，直接到達(dá)渦輪葉輪上。排氣路徑極短，在達(dá)到渦輪之前一個汽缸組的廢氣不會混合。該技術(shù)提高了排氣系統(tǒng)的廢氣流動并使渦輪遲滯大幅下降。

3.廢氣門

每個渦輪增壓器都有一個真空驅(qū)動廢氣門，如圖32所示。當(dāng)不需要增壓或僅需要較少增壓時， 廢氣門使廢氣繞過渦輪葉輪，用于限制最大增壓。每個廢氣門閥由真空執(zhí)行器來驅(qū)動。ECM根據(jù)增壓目標(biāo)通過PWM信號來激活真空調(diào)節(jié)電磁閥。這使發(fā)動機管理系統(tǒng)能夠精確控制繞過渦輪的廢氣量，從而控制進(jìn)氣充氣量。

4.進(jìn)氣旁通閥

渦輪增壓器壓縮腔的出口安裝有真空操縱的進(jìn)氣旁通閥，如圖33所示。閥門打開時，將壓縮空氣泄壓釋放。進(jìn)氣旁通閥通過電磁閥操縱，電磁閥由ECM通過開/關(guān)策略控制。進(jìn)氣旁通閥在節(jié)氣門突然關(guān)閉時起作用，目的是防止進(jìn)氣葉輪因為節(jié)氣門關(guān)閉所導(dǎo)致的壓力升高而產(chǎn)生渦輪遲滯。這一策略減少了增壓器的延遲。

5.增壓控制

圖33 進(jìn)氣旁通閥位置

為實現(xiàn)對感應(yīng)增壓的控制，發(fā)動機管理系統(tǒng)對下列新參數(shù)進(jìn)行管理：

◆進(jìn)氣壓縮在節(jié)氣門開度達(dá)到100%、系統(tǒng)需要更大扭矩時開始

◆根據(jù)駕駛員的扭矩請求確定節(jié)氣門上游的目標(biāo)增壓壓力

◆ECM關(guān)閉廢氣旁通閥，讓更多廢氣進(jìn)入渦輪增壓器，提高增壓器的轉(zhuǎn)速

◆壓縮輪轉(zhuǎn)速升高，壓縮進(jìn)氣

◆當(dāng)增壓壓力傳感器測量得到的進(jìn)氣壓力達(dá)到目標(biāo)值后，廢氣旁通閥保持在相應(yīng)位置

◆進(jìn)氣旁通閥在增壓壓力過高時，或在特定過程（“松油門”階段）釋放部分壓力

圖34 排氣系統(tǒng)

圖35 氧傳感器位置

圖36 上游氧傳感器

圖37 消音器

如果歧管內(nèi)空氣溫度升高，進(jìn)氣的密度會降低。因而，ECM將提高增壓壓力，以便保持目標(biāo)質(zhì)量型空氣流量。質(zhì)量型空氣流量直接與發(fā)動機扭矩相關(guān)。當(dāng)歧管空氣溫度超過50℃時，增壓壓力補償作用停止。這是為了消除發(fā)動機爆震。

（六）排氣系統(tǒng)

全不銹鋼排氣系統(tǒng)由每個汽缸組的各一個催化轉(zhuǎn)化器、一個前消聲器、一個用于平衡系統(tǒng)背壓的連接管和兩個帶旁通閥的后消聲器組成，如圖34所示。

1.催化轉(zhuǎn)化器和λ控制

三元催化器安裝在排氣管靠近渦輪增壓器出口的位置，如圖35所示。兩個氧傳感器用于兩側(cè)汽缸組：上游氧傳感器（博世LSU）為線性寬頻帶傳感器，下游氧傳感器是傳統(tǒng)的雙電位傳感器（博世LSF）。

上游氧傳感器采用博世提供的LSU 4.9高級型傳感器。LSU 4.9高級型傳感器是一個平面型氧化鋯雙腔限流傳感器，帶有集成式加熱器。博世LSU 4.9高級型氧傳感器安裝在緊靠渦輪出口的位置，如圖36所示。與以前的發(fā)動機中使用的傳統(tǒng)LSU 4.9傳感器之間的不同之處在于使用5針電氣接插件代替了6針電氣接插件。LSU 4.9高級型傳感器不再使用修正電阻，因為校準(zhǔn)現(xiàn)在由傳感器自身執(zhí)行。該新型傳感器精度高，穩(wěn)定性強，同時傳感器加熱時間從小于10s提升到小于5s。傳感器加熱時間指的是從加熱過程開始，到泵送電流穩(wěn)定在最終值附近規(guī)定偏差帶內(nèi)之間的時間。這個傳感器的輸出信號是一個線性電流信號，在混合氣較濃時為負(fù)值，當(dāng)λ值為1（理論空燃比）達(dá)到零，而當(dāng)混合氣變得較稀時開始變?yōu)檎怠Ｉ嫌窝鮽鞲衅饔糜谟土康拈]環(huán)控制（“燃油修正”），下游氧傳感器監(jiān)測催化轉(zhuǎn)化器的效率并由ECM用于合理性檢查。

2.帶旁通閥的后消音器

后消音器旁通閥打開時，排氣管將更容易釋放尾氣。這樣既可以增加發(fā)動機最大扭矩，同時提高尾氣噪聲。這已經(jīng)成為瑪莎拉蒂汽車的獨特標(biāo)志。兩個后消音器中的真空操縱旁通閥均由安裝在后副車架上的電磁閥控制。電子閥由發(fā)動機ECU通過開/關(guān)型控制策略控制。雙梯形排氣尾管是裝配V8發(fā)動機的Quattroporte的獨有特性，如圖37所示。正常駕駛模式，旁通閥達(dá)到3000r/min時打開；運動駕駛模式，旁通閥打開；I.C.E.駕駛模式，旁通閥達(dá)到5000r/min時打開。

（待續(xù)）