奔馳最新發(fā)動(dòng)機(jī)M256技術(shù)亮點(diǎn)解析(下)

◆文/福建 林宇清

(接2018年第3期)

2.旁通減壓功能

在車輛處于減速模式時(shí), 由于慣性的作用, 渦輪增壓器會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一段時(shí)間。因此, 當(dāng)快速關(guān)閉節(jié)氣門時(shí)，一股增壓壓力波會(huì)傳回增壓器葉輪，產(chǎn)生一個(gè)具有較低輸送量并在壓縮機(jī)葉輪處形成高壓狀態(tài)，導(dǎo)致增壓器的泵動(dòng)(短促的咆哮聲和機(jī)械應(yīng)力)。為了防止出現(xiàn)此現(xiàn)象，在ME識別到減速模式時(shí)，就會(huì)促動(dòng)旁通空氣轉(zhuǎn)換閥,從而通過增壓器進(jìn)氣側(cè)的旁通管路快速卸壓，圖16所示為減速閥剖面圖。

圖16 減速閥剖面圖

3.電動(dòng)輔助增壓功能

盡管M256使用了大功率的渦輪增壓器, 為在低速范圍下獲得明顯的響應(yīng)，還使用了電動(dòng)輔助壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)集成在48V車載電氣系統(tǒng)中，安裝位置位于發(fā)動(dòng)機(jī)左側(cè)，增壓空氣冷卻器的后面。

增壓壓力取決于渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速, 后者由廢氣流驅(qū)動(dòng)。因此在較低轉(zhuǎn)速范圍下增壓器產(chǎn)生的增壓壓力相當(dāng)?shù)?，且僅在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)增加。當(dāng)駕駛員迅速要求較高動(dòng)力時(shí)， 直到最大的增壓壓力建立為止，需要一定的時(shí)間才能使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出全部動(dòng)力，該行為被稱為“渦輪遲滯”。為抵消渦輪遲滯并在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍中擁有均勻的較高增壓壓力，在較低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)通過輔助壓縮機(jī)生成部分增壓壓力，可使用的增壓壓力最大可達(dá)到450mbar。

在任何發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，ME根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷請求、工作狀態(tài)以及環(huán)境條件計(jì)算目標(biāo)增壓壓力。由于渦輪增壓器在低轉(zhuǎn)速范圍下無法生成目標(biāo)增壓壓力，實(shí)際增壓壓力和目標(biāo)增壓壓力之間的壓差通過促動(dòng)輔助壓縮機(jī)來補(bǔ)償。為此, ME還要計(jì)算輔助壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和所需增壓壓力。在3 000 r/min的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi), ME通過CAN總線促動(dòng)輔助壓縮機(jī)。在壓縮機(jī)促動(dòng)過程中, 增壓壓力通過節(jié)氣門下游的壓力和溫度傳感器信號來監(jiān)測。

4.增壓空氣冷卻功能

增壓空氣冷卻系統(tǒng)可將增壓空氣的溫度保持在70℃以下，冷卻后的空氣密度更高，因此可增加汽缸進(jìn)氣量，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。此外，還可降低爆震趨勢和減少氮氧化合物(NOx)的形成。

水冷式增壓空氣冷卻器與低溫回路1連接，傳動(dòng)系統(tǒng)控制單元根據(jù)需要通過LIN線控制低溫回路循環(huán)泵1(M43/6)，促使回路1中的冷卻液不斷循環(huán)，以防回路中的特定點(diǎn)過熱。冷卻液流量由低溫回路轉(zhuǎn)換閥(Y73/1)進(jìn)行調(diào)節(jié)，為此，傳動(dòng)系統(tǒng)控制單元根據(jù)需要進(jìn)行促動(dòng)轉(zhuǎn)換閥。渦輪增壓器下游的壓力和溫度傳感器檢測增壓空氣溫度并將電壓信號傳送給ME分析，而低溫回路1中的冷卻液溫度通過低溫回路溫度傳感器(B10/13)檢測，信號傳送至傳動(dòng)系統(tǒng)控制單元，圖17所示為低溫回路原理圖。

圖17 低溫回路原理

七、排氣系統(tǒng)

作為新發(fā)動(dòng)機(jī)系列的成員, 除了安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)旁邊的催化轉(zhuǎn)換器，M 2 56還裝配了最先進(jìn)的汽油微粒濾清器(OPF)，如圖18所示為各部件位置。催化轉(zhuǎn)換器完全絕緣并具有模塊設(shè)計(jì)，為的是符合更嚴(yán)格的全球排放標(biāo)準(zhǔn)。使用的催化涂層是新開發(fā)的且已對背壓進(jìn)行了優(yōu)化，空燃比由ME通過評估催化轉(zhuǎn)換器上游和下游的氧傳感器信號進(jìn)行控制。汽油微粒濾清器(OPF) 位于車輛底部中第一膨脹階段，其工作原理基于柴油微粒濾清器概念，提供顯著減少廢氣中微粒數(shù)量的有效方法。

圖18 各部件位置

排氣系統(tǒng)被動(dòng)參與增壓變化(圖19), 系統(tǒng)的形狀會(huì)影響廢氣的振動(dòng)，這些振動(dòng)在排氣門打開時(shí)支持燃燒室中廢氣的釋放，并增加排氣噪音。為此，借助于可變正時(shí)和風(fēng)門來抑制該現(xiàn)象，排氣風(fēng)門促動(dòng)馬達(dá)由傳動(dòng)系統(tǒng)控制單元(N127)控制，在各排氣尾管中操作排氣風(fēng)門, 以將排氣系統(tǒng)中的噪音水平最小化。

圖19 排氣系統(tǒng)

八、冷卻系統(tǒng)

M256發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液溫度由ME內(nèi)部的熱量管理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，具有快速達(dá)到最佳工作溫度、減少廢氣排放、節(jié)約燃油和快速加熱車廂內(nèi)部的優(yōu)點(diǎn)，圖20所示為發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路。

圖20 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路

1.電動(dòng)冷卻液泵

電動(dòng)冷卻液泵(圖21)位于發(fā)動(dòng)機(jī)右前部，排氣系統(tǒng)下方，由ME通過LIN線信號促動(dòng)。電動(dòng)冷卻液泵可確保冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫回路中按需求循環(huán)。傳統(tǒng)機(jī)械驅(qū)動(dòng)冷卻液泵集成在皮帶驅(qū)動(dòng)裝置中，由于曲軸驅(qū)動(dòng)齒輪和冷卻液泵葉輪之間的傳動(dòng)比，導(dǎo)致存在一個(gè)關(guān)鍵的不利條件，其轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。這相當(dāng)于高冷卻液流率，例如, 在要求高轉(zhuǎn)速的城市高速公路上行駛或時(shí)走時(shí)停的交通狀況下, 但冷卻液流率低。相反，電動(dòng)冷卻液泵獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行操作。冷卻輸出與冷卻要求匹配。因此， 可更快達(dá)到工作溫度并保持恒定。

圖21 電動(dòng)冷卻液泵

2.冷卻液節(jié)溫器

節(jié)溫器的彈性蠟元件受溫度影響會(huì)出現(xiàn)拉伸和收縮，以機(jī)械方式打開和關(guān)閉球形轉(zhuǎn)盤閥，在溫度約105～118℃時(shí), 球形轉(zhuǎn)盤閥會(huì)完全打開。另外，還可通過促動(dòng)加熱元件以電子方式打開和關(guān)閉節(jié)溫器。球形轉(zhuǎn)盤閥具有以下3種狀態(tài)。

(1)關(guān)閉

如果滿足冷卻液溫度約低于102℃、節(jié)溫器加熱元件斷電的條件，節(jié)溫器的球形閥會(huì)關(guān)閉(圖22)，冷卻液流過發(fā)動(dòng)機(jī)回路、加熱器熱交換器以及渦輪增壓器, 根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的需要,還會(huì)流過乘客艙的加熱器熱交換器。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器未集成在冷卻液回路中。以此方式可更快地加熱冷卻液，使發(fā)動(dòng)機(jī)更快地達(dá)到工作溫度，從而減少燃油消耗。

(2)混合模式

當(dāng)冷卻液溫度達(dá)到約102℃、節(jié)溫器加熱元件通電時(shí)，彈性蠟元件開始膨脹并促動(dòng)球形轉(zhuǎn)盤閥開啟(圖23)，這會(huì)斷開到發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器的連接。球形回轉(zhuǎn)閥的開口橫截面與彈性蠟元件的溫度或冷卻液溫度成正比，以此方式可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)到發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器的冷卻液流量。

(3)冷卻器模式

如果冷卻液溫度超過約118℃，那么球形閥完全打開，冷卻液毫無限制地流過發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器。

圖22 節(jié)溫器關(guān)閉

圖23 節(jié)溫器打開

3.風(fēng)扇控制功能

傳動(dòng)系統(tǒng)控制單元通過傳動(dòng)系LIN總線促動(dòng)風(fēng)扇(M4/7)，所有轉(zhuǎn)速都可以在0～100% 的占空比范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果識別到促動(dòng)故障，那么風(fēng)扇馬達(dá)會(huì)以最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，即啟用應(yīng)急模式。在點(diǎn)火關(guān)閉后，當(dāng)冷卻液溫度或發(fā)動(dòng)機(jī)油溫度超過規(guī)定的最大值，風(fēng)扇馬達(dá)會(huì)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)最多6min。如果蓄電池電壓下降過多，則風(fēng)扇延遲關(guān)閉會(huì)被抑制。

4.過熱保護(hù)功能

當(dāng)出現(xiàn)超熱負(fù)荷時(shí)，過熱保護(hù)功能啟用，可保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)和催化轉(zhuǎn)換器, 防止過熱損壞。ME通過采取以下措施進(jìn)行過熱保護(hù)。

(1)從冷卻液溫度約為90℃ 且增壓空氣溫度約為20℃ 開始,根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速，將點(diǎn)火角設(shè)置在“延遲” 方向。

(2)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)動(dòng)速度，通過促動(dòng)節(jié)氣門馬達(dá)(M16/6m1)減小節(jié)氣門開啟角度。

(3)根據(jù)低空氣質(zhì)量, 縮短1～6 缸的噴油器(Y76/1～Y76/6)的噴油時(shí)間。

九、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)

為了對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行精確控制，ME綜合讀取各傳感器和CAN網(wǎng)絡(luò)的信號，據(jù)此促動(dòng)各執(zhí)行器和反饋?zhàn)陨磉\(yùn)轉(zhuǎn)狀況至CAN網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)過程可通過圖24、25來理解。

圖中箭頭代表控制方向或信號傳輸方向。CAN總線由兩條平行的導(dǎo)線組成，具有雙向性，即能傳輸又能接收信息，不同CAN網(wǎng)絡(luò)之間的通信需要借助中央網(wǎng)關(guān)N73來完成，即N73確定信號優(yōu)先權(quán)和轉(zhuǎn)換CAN信號類型。這樣，整個(gè)框圖可理解為：ME綜合分析各傳感器和CAN信號，然后做出相應(yīng)的控制，并將自身的請求、指令、運(yùn)轉(zhuǎn)狀況等信號傳送至CAN網(wǎng)絡(luò)。如：ME接受到N73傳來的啟動(dòng)信號后，促動(dòng)點(diǎn)火線圈和噴油嘴工作；另外，ME又將轉(zhuǎn)速信號傳送給A1，從而在儀表盤顯示轉(zhuǎn)速值。此外，圖中還有LIN線傳輸，如：N127與M4/7之間的通信，與CAN線一樣具有雙向性，所不同的是LIN線是單線的，即N127通過LIN線控制M4/7的轉(zhuǎn)速，而M4/7又將轉(zhuǎn)速信息反饋給N127。

圖24 ME直通線聯(lián)網(wǎng)框圖

圖25 CAN網(wǎng)絡(luò)框圖