奔馳M276/M278發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)亮點(diǎn)介紹(上)

◆文/福建 林宇清

奔馳M276/M278發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)亮點(diǎn)介紹(上)

◆文/福建 林宇清

一、M276/M278發(fā)動(dòng)機(jī)的特性

新一代V型6缸和8缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)M276和M278取代了前款非常成功的發(fā)動(dòng)機(jī)M272和M273，將重點(diǎn)放在了減小尺寸、模塊化和技術(shù)開發(fā)等方面，使其滿足了不斷變化的市場(chǎng)需求和法規(guī)要求。這兩款發(fā)動(dòng)機(jī)的特性分別如下：

1.M276特性

與M272相比，M276(圖1)最明顯的變化是將V型角從90°減小至60°，這樣減少了振動(dòng)，不再需要平衡軸，從而降低了發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部摩擦、燃油消耗量以及二氧化碳排放量。M272與M276的扭矩和功率曲線對(duì)比如圖2所示。

圖1 M276發(fā)動(dòng)機(jī)

圖2 M272和M276扭矩和功率曲線

此外，全新的6缸發(fā)動(dòng)機(jī)提供有以下兩種工作情況。

(1)均勻燃燒(DEH)

進(jìn)行均勻燃燒時(shí)，會(huì)在整個(gè)燃燒室內(nèi)產(chǎn)生均勻的空氣/燃

油混合汽(λ=1)，且不需要任何附加的廢氣再處理措施，因?yàn)槿呋骺梢詫?duì)污染物進(jìn)行充分轉(zhuǎn)換。

(2)層狀燃燒(DES)

進(jìn)行分層燃燒時(shí)，只有火花塞附近存在可燃混合汽(λ≈1)，燃燒室其余部分的λ值各不相同，其燃油消耗量低于均勻燃燒。由于存在過(guò)量空氣(氮?dú)饧s占75%)，NOX的生成量明顯高于均勻燃燒，所以必須使用NOX存儲(chǔ)催化轉(zhuǎn)換器。此外，DES只能在提供無(wú)硫燃油的國(guó)家使用，因此不適用中國(guó)版，在此不作介紹。

2.M278特性

與M273相比，M278(圖3)的排量降低至4.6L，但由于每個(gè)汽缸列帶有一個(gè)增壓空氣冷卻的渦輪增壓器(即雙渦輪增壓)，因此顯著提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩。M273與M278的扭矩和功率曲線對(duì)比如圖4所示。

圖3 M278發(fā)動(dòng)機(jī)

圖4 M273和M278扭矩和功率曲線

本文講解該款發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)亮點(diǎn)，即各系統(tǒng)及其功能。為便于了解，按發(fā)動(dòng)機(jī)的組成和工作原理，將其分為以下幾個(gè)系統(tǒng)逐一介紹。

二、機(jī)械系統(tǒng)

1.曲軸箱

M276曲軸箱(圖5)由鋁合金壓鑄而成，汽缸襯套則由鑄鐵制成。機(jī)油散熱器位于發(fā)動(dòng)機(jī)左支架的下方，節(jié)約了空間；機(jī)油濾清器的螺紋則集成在正時(shí)鏈罩中，濾清器殼體完全由塑料制成。

圖5 M276曲軸箱

為了對(duì)曲軸箱通風(fēng)(圖6)，在空氣濾清器與左側(cè)汽缸蓋之間集成了一個(gè)帶限制器和止回閥的通風(fēng)管。通風(fēng)管中只有一個(gè)離心式機(jī)油分離器，位于右側(cè)汽缸蓋后部。在所有負(fù)荷狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)均通過(guò)調(diào)壓閥從分離器處開始通風(fēng)，為此，一條通風(fēng)管從調(diào)壓閥連接到節(jié)氣門促動(dòng)器下游的進(jìn)氣歧管。

圖6 M276曲軸箱通風(fēng)示意圖

M278采用了壓鑄式全鋁制曲軸箱(圖7)，基本構(gòu)造及連桿曲軸銷直徑均與前款發(fā)動(dòng)機(jī)M273相同。雖然增加了增壓部分，但仍保持了M273自然吸氣式的壓縮比(ε=10.5)。

圖7 M278曲軸箱

曲軸箱的通風(fēng)和排氣系統(tǒng)配備了兩個(gè)機(jī)油分離器，左側(cè)汽缸蓋罩前部和右側(cè)汽缸蓋后部分別裝有沖擊器和離心式分離器。沖擊器是對(duì)M273容積式分離器的改進(jìn)，分離器則保持不變。在部分負(fù)荷時(shí)，排氣路線從離心式分離器開始，經(jīng)過(guò)調(diào)壓閥和止回閥，通過(guò)進(jìn)氣歧管到增壓空氣分配器，曲軸箱通過(guò)左側(cè)空氣濾清器與沖擊器之間的管路進(jìn)行通風(fēng)。在全負(fù)荷時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)采用從離心機(jī)開始，經(jīng)過(guò)調(diào)壓閥和止回閥到達(dá)渦輪增壓器上游的右側(cè)空氣濾清器的排氣路線。此外，還采用經(jīng)過(guò)左側(cè)空氣濾清器與機(jī)油分離器之間的管路到渦輪增壓器上游的左側(cè)空氣濾清器的排氣路線(圖8)。

圖8 M278曲軸箱通風(fēng)示意圖

2.鏈條傳動(dòng)

M276和M278配備了3根鏈條的全新兩級(jí)鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(圖9)。初級(jí)傳動(dòng)的曲軸中間齒輪傳動(dòng)比為1：1.33；二級(jí)傳動(dòng)的凸輪軸中間齒輪傳動(dòng)比為1：1.5。3根鏈條分別由3個(gè)液壓漲緊器漲緊。兩級(jí)鏈條傳動(dòng)系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了緊湊型的設(shè)計(jì)，減小了發(fā)動(dòng)機(jī)縱向尺寸、增加了安全性，而且進(jìn)一步優(yōu)化了鏈條的聲音特性、耐用性和摩擦特性。

圖9 鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖

3.曲軸

M276和M278發(fā)動(dòng)機(jī)中曲軸總成(圖10)與前款發(fā)動(dòng)機(jī)在以下方面有所不同：

(1)連桿縮短了2mm，連桿軸承的寬度由19mm減小至17mm，以便在鄰近的曲軸銷之間的曲軸上增加中間垂直壁板；

(2)對(duì)活塞環(huán)進(jìn)行了優(yōu)化，可將漏出氣體和機(jī)油消耗量保持在合理的水平，并進(jìn)一步減少摩擦；

(3)活塞高度降低了2mm，以減輕重量。此外，M276的活塞銷直徑減小了2mm，M278則增加了2mm。

圖10 曲軸總成

三、點(diǎn)火系統(tǒng)

傳統(tǒng)工作模式會(huì)對(duì)點(diǎn)火線圈充電，且每次點(diǎn)火循環(huán)產(chǎn)生一次火花，即單火花點(diǎn)火。為確保點(diǎn)燃混合汽，M276和M278采用了火花持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的高能點(diǎn)火線圈，每個(gè)點(diǎn)火循環(huán)還可使用多次火花，即多火花點(diǎn)火系統(tǒng)。多火花點(diǎn)火與單火花點(diǎn)火循環(huán)的開始方式相同，開始會(huì)對(duì)線圈充電，使其產(chǎn)生所需的初級(jí)電流，在點(diǎn)火點(diǎn)位置瞬間切斷充電電流，從而產(chǎn)生火花。但是在多火花模式下，線圈不會(huì)完全放電，系統(tǒng)會(huì)對(duì)線圈中的次級(jí)電流進(jìn)行測(cè)量，該電流直接取決于線圈的充電水平。如果該電流降至次級(jí)線圈電流閾值以下，則線圈的電控裝置會(huì)再次提供充電電流，且電流大小會(huì)受到監(jiān)測(cè)。當(dāng)達(dá)到閾值時(shí)初級(jí)電路斷開，再次感應(yīng)出高電壓，這會(huì)產(chǎn)生另一次火花，之后的火花也以相同的方式產(chǎn)生。多火花點(diǎn)火的優(yōu)點(diǎn)是能夠提高燃油效率，圖11為多火花點(diǎn)火系統(tǒng)的初級(jí)和次級(jí)電流曲線，點(diǎn)火系統(tǒng)的功能原理如圖12所示。

圖11 多火花點(diǎn)火系統(tǒng)的初級(jí)和次級(jí)電流曲線

四、燃油供應(yīng)系統(tǒng)

M276和M278采用新開發(fā)的第三代直接噴射系統(tǒng)，該系統(tǒng)由低壓回路和高壓回路組成，通過(guò)兩條單獨(dú)的油軌進(jìn)行無(wú)回流式高壓供給。

1.低壓回路

燃油泵控制單元促動(dòng)燃油泵產(chǎn)生燃油低壓(圖13、圖14)，并輸送到高壓泵；燃油壓力由濾清器上的壓力傳感器監(jiān)測(cè)。該回路的主要部件如下：

(1)燃油泵

由燃油泵控制單元促動(dòng)，根據(jù)燃油溫度和轉(zhuǎn)速的變化，產(chǎn)生4.5～6.7bar(1bar=105Pa)的燃油壓力，并將其輸送至燃油高壓泵。

圖12 點(diǎn)火系統(tǒng)的功能原理圖

圖13 M276低壓系統(tǒng)

圖14 M278低壓系統(tǒng)

(2)燃油濾清器

燃油濾清器過(guò)濾燃油中的雜質(zhì)，此外，濾清器還帶有溢流閥、檢驗(yàn)閥和抽吸引射泵。當(dāng)燃油壓力在7～9bar之間時(shí)，溢流閥打開，卸載的壓力用于驅(qū)動(dòng)抽吸引射泵，以便將左半油箱中的燃油抽吸到右半油箱，確保油箱左右兩側(cè)油量平衡，引射泵輸送量為20～40L/h；檢驗(yàn)閥防止在油泵關(guān)閉時(shí)的壓力下降。

(3)燃油泵控制單元

燃油泵控制單元通過(guò)PWM信號(hào)促動(dòng)燃油泵，同時(shí)還讀取燃油壓力傳感器的信號(hào)，并將該壓力信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)壓力對(duì)比，據(jù)此促動(dòng)燃油泵，以使實(shí)際壓力與標(biāo)準(zhǔn)壓力相接近。此外，還作為CAN C用戶參與CAN通信，例如與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元通信，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求調(diào)節(jié)燃油泵工作。 (未完待續(xù))

更正

我刊2016年第10期資料庫(kù)欄目《閉環(huán)控制在電控發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用(上)》一文中，圖2的配圖有誤，應(yīng)為下圖。

圖2 電子節(jié)氣門的閉環(huán)控制