奔馳轎車3.5L-V6汽油機解析(三)

◆文/江蘇 范明強

(接上期)

(2)催化轉(zhuǎn)化器和傳感器

耐高溫的雙芯催化轉(zhuǎn)化器靠近發(fā)動機直接緊固在雙層鋼板焊接中空排氣歧管上，并裝有線性調(diào)節(jié)氧傳感器和診斷/控制用氧傳感器，是廢氣后處理系統(tǒng)中的核心部件，其剖視圖示于圖27。排列在流動方向上的第1個陶瓷載體是長度為50mm的600目(每平方吋蜂窩孔數(shù))蜂窩陶瓷芯子；第2個芯子同樣也是600目而長度為70mm，整個催化轉(zhuǎn)化器的體積為2.64L。

與其他的設(shè)計方案相比，設(shè)置在兩個芯子之間間隙中的診斷和控制用氧傳感器明顯提高了空燃比動態(tài)調(diào)節(jié)的優(yōu)勢。為了使對降低燃油消耗具有重要意義的全負荷加濃減少到最低程度，兩個陶瓷載體芯子都涂有最新一代耐高溫(高達1000℃)的含有三種金屬成分的表面涂層。除此之外，這種廢氣裝置方案還為能滿足進一步加嚴的廢氣排放限值(歐Ⅴ/SULEV)提供了足夠的潛力。

不言而喻，這種體積相對較大的廢氣裝置的廢氣流入和流通能力已通過3D模擬計算針對其中的壓力和溫度分布進行了優(yōu)化，以便能確保其長期的穩(wěn)定性，這已被各種耐久運轉(zhuǎn)試驗所證實。

7.技術(shù)數(shù)據(jù)

M272 E35 V6汽油機的主要技術(shù)數(shù)據(jù)列于表1。圖28示出了M272 E35 V6汽油機的功率和扭矩特性曲線中，其平均有效壓力特性曲線與競爭機型相比處于目前FEV公司統(tǒng)計的分布帶的最上端(圖29)。因此，搭載這種自然吸氣汽油機的SLK轎車以當時絕對頂級的行駛功率達到了運動型轎車的水平，其0～100km/h的加速性僅5.5s，達到了頂級機動性的要求。

M272 E35 V6汽油機典型的燃油耗特性曲線場示于圖30。特性曲線場最低燃油消耗值得比較示于圖31。M272 E35 V6汽油機搭載于新款SLK轎車，在歐Ⅳ廢氣排放認證中所測定的燃油耗值列于表2，此時其發(fā)動機/變速器的組合示于表3。

表1 M272 E35 V6汽油機主要技術(shù)數(shù)據(jù)

表2 M272 E35 V6汽油機搭載新款SLK轎車的燃油消耗值

表3 新款SLK轎車的發(fā)動機和變速器變型

二、M272 DE 35 V6缸內(nèi)直噴式汽油機

新型M272 DE35 V6缸內(nèi)直噴式汽油機(圖32)搭載于CLS 350 CGI轎車，在2006年春季日內(nèi)瓦國際汽車博覽會上首次亮相。該機型是2004年推出的新一代M272 KE35 V6進氣道噴射汽油機首次技術(shù)升級版的代表機型，也是世界上首款采用壓電噴油器的油束引導分層燃燒缸內(nèi)直噴式汽油機，它在更大的部分負荷范圍內(nèi)實現(xiàn)了充量分層燃燒，并以非常低的燃油消耗而著稱，同時其另部件與進氣道噴射機型有很高的通用性，能在同一條流水線上生產(chǎn)。

就熱力學原理而言，與所有其他的技術(shù)措施相比(圖33)，燃油缸內(nèi)直接噴射充量分層燃燒的直噴式汽油機顯示出單一措施最大的節(jié)油潛力，而與壁面引導或空氣引導燃燒過程相比，油束引導燃燒過程的節(jié)油潛力最大，因此這種新機型能在提高行駛功率的同時降低燃油消耗。其主要的特點在于壓力高達20MPa的噴油系統(tǒng)，主要包括供油量可調(diào)節(jié)的高壓燃油泵和壓電直接控制的噴油器。為了充分利用這種新型的油束引導分層燃燒過程降低燃油消耗的潛力，該發(fā)動機在部分負荷時采用充量分層(λ＞1)運行，并借助于靠近發(fā)動機布置的三元催化器和布置在地板下的存儲式NOx催化器來實現(xiàn)廢氣凈化。為了在空氣過量情況下調(diào)節(jié)廢氣后處理系統(tǒng)，在存儲式NOx催化器前采用了溫度傳感器，而在存儲式NOx催化器后采用了NOx傳感器。不言而喻，應用這種系統(tǒng)完全能夠滿足當前所有的廢氣排放標準。

1.基礎(chǔ)發(fā)動機

新的M272 E35 V6缸內(nèi)直噴式汽油機的基礎(chǔ)發(fā)動機，采用M272 E35 V6進氣道噴射汽油機的基礎(chǔ)部件作為模塊化技術(shù)改進的基礎(chǔ)，例如曲柄連桿機構(gòu)、曲軸箱和熱管理系統(tǒng)等在這兩種機型上是相同的，而進氣系統(tǒng)則按照提高的標定轉(zhuǎn)速來匹配，但是在缸內(nèi)直噴式機型上，由于采用油束引導的燃燒過程及其相應的良好燃油霧化品質(zhì)以及進氣道的優(yōu)化，不再使用滾流閥。同樣，在這兩種機型的電控系統(tǒng)中采用了相同的控制軟件結(jié)構(gòu)，并為了滿足燃油系統(tǒng)中高壓部件的控制、修改點火以及用于充量分層運轉(zhuǎn)和廢氣后處理功能等方面的要求進行了擴展。

(1)汽缸蓋

以下介紹M272 DE35 V6直噴式汽油機汽缸蓋方案與M272 KE35 V6進氣道噴射機型的主要區(qū)別。采用進氣道噴射機型的結(jié)構(gòu)特點示于圖34(左)：①金屬模鑄造的鋁合金汽缸蓋；②四氣門；③火花塞中央布置；④氣門夾角28.5°；⑤兩根組合式凸輪軸，裝有凸輪相位調(diào)節(jié)器、滾輪式搖臂和固定式液壓挺柱；⑥凸輪軸上軸承蓋與鋁合金汽缸蓋罩壓鑄成整體式結(jié)構(gòu)；⑦壓縮比=10.7。

缸內(nèi)直噴式機型的結(jié)構(gòu)特點示于圖34(右)，與進氣道噴射機型相比，有以下區(qū)別：①壓電噴油器中央布置；②火花塞向排氣門方向偏移；③壓縮比=12.2；④外部雙路廢氣再循環(huán)；⑤20 MPa高壓燃油系統(tǒng)，采用油量可調(diào)節(jié)的高壓燃油泵。

汽缸蓋中的橫流式冷卻系統(tǒng)有利于降低排氣側(cè)的火花塞和中央布置的噴油器周邊的溫度。由于在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段提前考慮了這種技術(shù)擴展的可能性，因此確保了這兩種機型能夠在同一條自動裝配流水線上生產(chǎn)，可以根據(jù)市場的需求隨時調(diào)整這兩種機型的生產(chǎn)批量。

(2)燃油系統(tǒng)

應用新開發(fā)的A型噴嘴壓電噴油器對燃油系統(tǒng)的有一些新的要求，為滿足這些要求必須對燃油系統(tǒng)進行一些新的開發(fā)工作。三柱塞的徑向柱塞高壓燃油泵已應用于直列式M271 DE直噴式汽油機上，V6機型繼續(xù)沿用了這種型式的高壓燃油泵，而其供油量則按3.5L-V6汽油機較高的冷起動要求進行匹配，同樣也沿用了在直列式4缸機上已應用過的起動時在壓縮行程噴油的方式。燃油系統(tǒng)的構(gòu)成示于圖35。

燃油由發(fā)動機附近的汽車燃油箱供應，并在那里直接與從燃油冷卻器回流的已被冷卻的燃油混合。高壓燃油泵由右排汽缸的進氣凸輪軸驅(qū)動，可將燃油壓力最高提高到20MPa，并輸送到高壓系統(tǒng)中的燃油分配器，其平均供油量差不多是平均噴油量的兩倍，因而即使在噴油時共軌壓力仍然能保持，在向所有汽缸噴油時幾乎是相同的。

在燃油分配器旁邊裝有一個燃油壓力調(diào)節(jié)器，用于在高壓燃油泵泵油量恒定不變的情況下調(diào)節(jié)共軌中的燃油壓力。一旦高壓燃油泵轉(zhuǎn)換到泵油量調(diào)節(jié)方式供油時，燃油壓力調(diào)節(jié)器就關(guān)閉，僅僅起到一個安全閥的作用。高壓燃油泵的油量調(diào)節(jié)閥將過剩的燃油旁通到低壓側(cè)，并從那里輸往燃油冷卻器。

噴油器中的壓電執(zhí)行器要求限制這種無回油系統(tǒng)中允許的最高燃油溫度。為了在所有運轉(zhuǎn)條件下使燃油溫度都不超過允許的溫度范圍，必須要有一個燃油冷卻器，將多余的燃油引入其中進行冷卻。為了能兼容可預料到的市場上的燃油品質(zhì)，所有與燃油接觸的零件都用不銹鋼或黃銅制成。燃油共軌是機加工的模鍛件，高壓燃油泵的殼體采用同樣的方法制造。

除了燃燒過程和燃油系統(tǒng)的開發(fā)之外，發(fā)動機噪聲-振動-剛性特性的優(yōu)化也是一項重要的開發(fā)任務，其中大部分又涉及到噴油器及其在汽缸蓋上的安裝條件。與電磁閥控制噴油器相比，壓電控制噴油器的主要優(yōu)點在于其迅速的開閉時間。但是，噴油器的迅速開啟和關(guān)閉對汽缸蓋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了強烈的沖擊，其加速度最大可達到1000g。為此，除了在噴油器中及其周邊范圍內(nèi)采取各種措施之外，對燃油共軌和汽缸蓋之間的固定夾緊條件也進行了優(yōu)化，盡可能減少其機械噪聲傳入發(fā)動機結(jié)構(gòu)中去。除此之外，所采用的O型圈解決方案能使共軌-噴油器組件獲得特別有利的封裝。

如圖36所示，壓電噴油器基本上由3個主要部件組成：噴油嘴部件、壓電模塊和補償元件。向外開啟的噴油嘴位于噴油嘴部件內(nèi)，它噴出的錐形油束的錐角為85°，針閥行程約為35μm。(未完待續(xù))