汽車發動機電子點火系統優化設計

付貽瑋，李婕，朱春紅，徐天池

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汽車發動機電子點火系統優化設計

付貽瑋，李婕，朱春紅，徐天池

（北京電子科技職業學院汽車工程學院，北京 100176）

與上一代的M272發動機相比，梅賽德斯奔馳M276發動機的在動力性、經濟性、排放等方面均有出色的表現。M276發動機采用第三代ECI點火系統，以滿足日趨苛刻的燃油排放標準，并降低油耗水平，配合修改后的發動機停止/啟動系統，理論上相較M272發動機最高能節省24%的燃油消耗量。

M276發動機；優化；機械結構；燃油供給系統；點火系統

前言

自2010年秋季起，梅賽德斯-奔馳的S級和S級雙門轎跑車逐漸采用新一代V6和V8型汽油發動機，分別以M276和M278取代型號M272和M273。M276采用了更多新工藝新技術，比M272減少了近15公斤重量，燃油消耗降低約18%。

M276發動機與M272相比結構緊湊、質量輕、熱效率高。機油的更換量由8.0升降至6.5升，機油容積的顯著降低使油底殼尺寸得以縮小，新開發的油底殼，可將其制成經過優化的薄壓鑄件，可將重量減輕約2.5千克。同時冷卻液使用量由11升減少到10.2升，由于冷卻回路縮短，水泵工作所消耗的能量是M272發動機的一半左右。此外，節溫器、水泵皮帶輪、管路均由塑料制成，使發動機整體重量進一步下降。同時，M276發動機在燃油供給與噴射、點火系統等方面均有性能方面的優化。M276與M272功率和扭矩的對比曲線如圖1所示。

圖1 M276與M272功率和扭矩的對比曲線

M276發動機借鑒了克萊斯勒Pentastar V6發動機設計，缸體采用60度夾角設計，而非M272型發動機的90度夾角。取消了M272發動機上使用的平衡軸，這不僅減少了發動機重量，也使結構更加緊湊。扭矩震動輕，不需使用平衡軸，發動機內部摩擦較低，降低耗油量和二氧化碳排放量。一條初級鏈條，兩條長次級鏈條，一條機油泵鏈條，每條鏈條都有張緊器，沒有平衡軸。優點為單獨鏈條負荷少，所需張緊力低，發動機高度減少（凸輪軸鏈輪直徑減少），鏈條短，震動少，噪音低。優化了發動機正時凸輪軸調節器，凸輪軸調節器的體積更小、重量更輕，反應更迅速、更精確，軸向鎖止螺栓。此外，曲軸采用全鋁制曲軸箱，鑄鐵氣缸套；對機油和冷卻回路進行高級控制和優化。

M276發動機采用第三代ECI點火系統，以滿足日趨苛刻的燃油排放標準，并降低油耗水平，配合修改后的發動機停止/啟動系統，理論上相較M272發動機最高能節省24%的燃油消耗量。

1 點火接通過程

圖2 點火系統接通工作原理

1-端子15，接通要求；10-修正編程，通信；11-發動機診斷指示燈，促動；12-節氣門激活器，促動；2-端子15繼電器，促動；3-端子15，接通狀態；4-內燃機端子87繼電器，促動；5-端子30，狀態；6-端子87，狀態；7-端子31，狀態；8-燃油泵，接通請求；9-燃油泵，促動A1-儀表盤；A1e58-發動機診斷指示燈；A8/1-遙控鑰匙；G1-車載電網蓄電池；M16/6-節氣門激活器；M3-燃油泵；N10/1-前部帶保險絲和繼電器模塊的信號采集及促動模組(SAM)控制單元；N10/1kJ-端子15繼電器；N10/1kN-發動機端子87繼電器；N118-燃油泵控制單元；N3/10-發動機電子設備（ME）控制單元；CAN B-車內控制器區域網絡；CAN C-驅動裝置控制器區域網絡；CAN D-診斷控制器區域網絡；CAN E-底盤控制器區域網絡

點火系統接通的工作原理如圖2所示。點火開關接通時，ME中的發動機管理系統啟用，發動機處于起動就緒狀態。這時，電子點火開關控制單元（N73），通過車內控制總線（CAN B），以及帶保險絲和繼電器模塊的前部信號采集及促動控制模組（前SAM），促動電路15繼電器(N10/1kJ)。“電路15接通”信號通過底盤區域網絡（CANE1）傳輸至ME控制單元。電路15繼電器將車載電氣系統電壓從“電路30”供至“電路15”。如果ME的電路15處存在電壓，發動機87繼電器（N10/1kN）通過接地信號被促動，這會使繼電器閉合其電源觸點，電壓從“電路30”經“電路87 M4”傳輸至ME控制單元，并經“電路87 M1/2/3”傳輸至發動機管理系統的各傳感器和促動器。如果“電路87 M4”處存在電壓，則發動機管理系統開啟，且ME控制單元中的輸出級驅動器對發動機電路87繼電器進行促動。電路31通過車載電氣系統蓄電池(G1)的接地點(W10)，再經過多條接地線連接到左側電子總成艙的接地點(W16/5)而實現接地。

2 點火關閉過程

點火系統關閉的工作原理如圖3所示。點火開關關閉時，ME中的發動機管理系統先后關閉。這時，N73通過CAN B和前SAM關閉電路15繼電器(N1011kJ)，“電路15斷開”通過底盤控制器區域網絡（CAN E1）傳輸至ME控制單元。如果ME控制單元接收到電路15繼電器的“電路15斷開”信號，則發動機通過切斷燃油泵(M3)、噴油器(Y76)、點火線圈(T1)而關閉，且開始控制單元后續運行。電路31通過車載電氣系統蓄電池(G1)的接地點(W10)，再經過多條接地線連接到左側電子總成艙的接地點(W16/5)而實現接地。點火開關關閉時，ME控制單元由車載電網蓄電池通過“帶保險絲的電路30”供電。

圖3 點火系統關閉原理

1-端子15，斷開要求；2-端子15繼電器，促動關閉；3-端子15，斷開狀態；4,-端子30，狀態；5-端子31，狀態；A8/1-遙控鑰匙；G1-車載網絡蓄電池；N10/1-前部帶保險絲和繼電器模塊的信號采集及促動模組(SAM)控制單元；N10/1kJ-端子15繼電器；N3/10-發動機電子設備（ME）控制單元；U1018 適用于火花點火型發動機276；W10-右前蓄電池接地點；W16/5-左前機組艙電子系統接地點；CAN B-車內控制器區域網絡；CAN E-底盤控制器區域網絡

在發動機工作過程中，發動機管理系統啟用時，ME控制單元會執行以下功能。為確保整個操作流程，燃油泵(M3)由燃油系統控制單元(N118)促動，直接促動和通過傳動系統區域網絡（CAN C）促動，對燃油泵的促動僅在解鎖車輛后首次接通點火時進行；儀表盤(A1)中的發動機診斷指示燈(A1e58)通過底盤控制器區域網絡（CANE1和CAN E2）被促動，以進行燈光檢查； 通過底盤控制器區域網絡（CANE1）與電子點火開關控制單元交換數據（電路50信號和駕駛認可）；節氣門促動器(M1616)檢查其回縮彈簧(通過節氣門的位置)，并調節促動器的位置；可通過診斷連接器(X11/4)讀取和刪除ME控制單元中的故障碼存儲器、診斷連接器通過CANE1和診斷控制器區域網絡（CAND）與ME聯網；可以使用Xentry診斷系統通過診斷連接器執行修正編程或診斷。可使用ME中的修正編程存儲并啟用發動機管理系統的不同特性圖，例如：針對不同燃油等級進行自適應的點火特性圖(研究法辛烷值(RON)校正)；用于在不同工況下加濃空燃混合氣的混合氣特性圖、怠速基本設置；接合檔位的怠速；平穩運轉檢測的故障設置條件；用于打開和關閉帶集成式控制的內燃機和空調系統風扇馬達(M417)的溫度校正。

3 總結

M276自上市以來得到廣泛關注，其在結構、材料、工藝等方面都較M272有很大的變化，使得它結構更加緊湊、質量輕、熱效率高。M276發動機采用第三代ECI點火系統，以滿足日趨苛刻的燃油排放標準，裝用M276發動機的梅賽德斯-奔馳的S級和S級雙門轎跑車在動力性、經濟性、排放等方面均有出色的表現。隨著M276發動機技術的不斷改進和優化，其發展前景廣闊。

[1] 史文庫,孫國春,田彥濤.汽車發動機主動隔振系統最優控制[J].車輛與動力技術, 2004, 2:01-04.

[2] 陳宏羽.電子節氣門控制系統開發及其算法研究[D].吉林大學, 2016.

Optimization design of engine electronic ignition system for an automotive engine

Fu Yiwei, Li Jie, Zhu Chunhong, Xu Tianchi

( School of Automotive Engineering, Beijing Electronic Technology Vocational College, Beijing 100176 )

Compared with the previous generation of M272 engine, Mercedes-Benz M276 engine has excellent performance in power, economy, emissions and other aspects. The M276 engine uses the third generation ECI ignition system to meet the increasingly stringent fuel emission standards and reduce fuel consumption. The modified engine stop/start system can theoretically save up to 24% fuel consumption compared with the M272 engine.

M276 engine; optimization; mechanical structure; fuel supply system; ignition system

A

1671-7988(2018)22-136-03

TK418

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1671-7988(2018)22-136-03

TK418

付貽瑋（1980-），男，助理實驗師，本科，就職于北京電子科技職業學院汽車工程學院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.048