奔馳最新8缸發(fā)動機(jī)M176簡介(中)

◆文/福建 林宇清

(接2018年第7期)

點火模式使用多火花點火，與傳統(tǒng)的單火花工作模式相比，多火花點火使用了更多的火花。這并不是一系列的數(shù)個單火花一個接一個地點火，而是點火線圈在期間反復(fù)充電以便為火花重復(fù)提供充足的能量。多火花點火的開始階段和單火花點火一樣，點火線圈從一開始就充電，直至達(dá)到所需的初級線圈電流，該電流在點火時刻中斷，由此產(chǎn)生火花，點火系統(tǒng)曲線如圖17所示。但是，點火線圈未完全放電，次級線圈電流的大小取決于點火線圈充電量，并在點火線圈中進(jìn)行測量。如果次級線圈電流降至閾值以下，那么線圈電子裝置會再次提供充電電流，流過的初級電流大小也會受到監(jiān)測，當(dāng)達(dá)到電流閾值時，則初級電路斷開， 并再次切換至高電壓生成模式，產(chǎn)生另一次火花。之后的火花產(chǎn)生原理相同，發(fā)動機(jī)點火順序如圖18所示。

圖17 點火系統(tǒng)曲線

圖18 發(fā)動機(jī)點火順序

五、燃油供應(yīng)系統(tǒng)

M176的燃油供給系統(tǒng)與M278相同，由低壓回路和高壓回路組成，在所有工況下，從燃油箱中將已過濾的低壓燃油供至高壓泵，然后通過油軌進(jìn)行無回流式高壓噴入缸內(nèi)燃燒。

1.低壓回路

低壓回路如圖19所示，燃油泵由燃油系統(tǒng)控制單元(N118)促動，然后從油箱中抽取燃油，產(chǎn)生大約4.5～6.7bar(1bar=105Pa)的燃油低壓，并通過燃油濾清器輸送至高壓泵。燃油濾清器上集成了溢流閥、止回閥和虹吸泵。溢流閥在約為7～9bar的油壓范圍內(nèi)打開，卸載的壓力用于驅(qū)動虹吸泵，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)的油量平衡；止回閥在燃油泵關(guān)閉時，防止燃油壓力下降至約4.5bar以下。

N118不斷讀取燃油壓力傳感器(B4/7)的電壓信號，用于評估當(dāng)前的燃油壓力，并將其與標(biāo)準(zhǔn)的燃油壓力進(jìn)行比較，據(jù)此促動燃油泵，從而使實際壓力接近于標(biāo)準(zhǔn)壓力。為確定燃油需求，ME對燃油壓力和負(fù)荷要求進(jìn)行評估，然后將信息通過CAN總線反饋給N118處理，從而將供油量調(diào)節(jié)在0～130L/h的范圍內(nèi)。

圖19 低壓回路

2.高壓回路

高壓回路如圖20所示，M176具有兩個高壓泵，位于汽缸蓋的上方，由排氣凸輪軸驅(qū)動，將燃油壓縮至直接噴射所需的最大為200bar的高壓，然后通過8個噴油器精細(xì)霧化后噴入缸內(nèi)燃燒。高壓泵上集成了一個油量控制閥(Y94/1和Y94/2)，由ME的脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 信號促動，可根據(jù)需求調(diào)節(jié)進(jìn)入高壓泵的燃油流量。燃油壓力和溫度傳感器集成在油軌上，檢測當(dāng)前的燃油高壓以及燃油溫度，相應(yīng)的信號傳送給ME分析，然后由ME通過CAN網(wǎng)絡(luò)傳送至N118分析，用于調(diào)節(jié)油壓。高壓泵的最高壓力為200bar，只有當(dāng)車輛靜止且擋位在“N” 或“P”時， 壓力才會降至130bar，以減少高壓泵的噪音。如果發(fā)動機(jī)在較熱時關(guān)閉，高壓回路中的油壓可能會升高至250bar，一旦達(dá)到該閾值，高壓泵內(nèi)的限壓閥會立即打開，隨后壓力降低，再次啟動發(fā)動機(jī)時，壓力迅速降至200bar的標(biāo)準(zhǔn)工作壓力。

3.低壓緊急運行

當(dāng)高壓泵有故障而無法建立高壓時，燃油系統(tǒng)低壓緊急運行模式啟用，油壓維持在4.5～6.7bar之間，油量控制閥打開，燃油通過控制閥進(jìn)入油軌，噴油嘴促動時間延長，發(fā)動機(jī)功率降低，限定車速最高為70km/h。

六、渦輪增壓系統(tǒng)

在M176上，空氣通過濾清器凈化和渦輪增壓器壓縮后輸送至增壓空氣冷卻器，為獲得盡可能短的增壓空氣路徑(圖21)，兩個節(jié)氣門構(gòu)成了增壓空氣冷卻器和增壓空氣分配器之間的連接.增壓空氣分配器通過螺栓直接固定在每個汽缸蓋的進(jìn)氣口上。

為獲得更佳的響應(yīng)性，V8雙渦輪發(fā)動機(jī)的汽缸蓋已進(jìn)行重新設(shè)計，進(jìn)氣側(cè)在外側(cè)，排氣側(cè)在內(nèi)側(cè)(圖22)。其“Hot inside V”(內(nèi)置渦輪增壓器)使V8雙渦輪增壓器更緊湊。為保護(hù)發(fā)動機(jī)部件，歧管和排氣渦輪增壓器已單獨隔離。

1.增壓壓力控制

排氣的流動能量用于驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)葉輪由于剛性連接到渦輪上而以相同的速度被帶動，從而壓縮干凈的空氣，然后壓縮的增壓空氣通過增壓空氣冷卻器和分配器流至汽缸。

增壓壓力通過壓力轉(zhuǎn)換器(Y77/1)以電子氣動方式進(jìn)行控制(圖23)，真空由發(fā)動機(jī)上的機(jī)械真空泵產(chǎn)生。ME根據(jù)控制單元內(nèi)部的特性圖和負(fù)荷來促動壓力轉(zhuǎn)換器，以控制增壓壓力，在全負(fù)荷操作時，產(chǎn)生最大增壓壓力。為降低增壓壓力，ME促動壓力轉(zhuǎn)換器，然后轉(zhuǎn)換器利用真空組件和連桿打開增壓壓力控制風(fēng)門，即打開旁通回路，使部分廢氣流通過旁路繞過渦輪進(jìn)入排氣管，整個控制原理與M278相同。通過這種方式，可根據(jù)發(fā)動機(jī)的當(dāng)前負(fù)荷需求調(diào)節(jié)增壓壓力。

圖23 增壓壓力控制

如果真空泵和真空室之間的管路出現(xiàn)泄漏，則增壓壓力無法升高。為監(jiān)測當(dāng)前增壓壓力， ME需要綜合評估節(jié)氣門上游左側(cè)和右側(cè)壓力傳感器信號以及空氣濾清器下游的壓力傳感器器信號。

2.旁通減壓功能

在車輛啟動減速模式之后，由于慣性的影響，渦輪增壓器會繼續(xù)轉(zhuǎn)動一段時間。這樣，在快速關(guān)閉節(jié)氣門的情況下，渦輪增壓器下游的氣流會產(chǎn)生背壓和不良振動，即壓力波，導(dǎo)致增壓器振動(短促的嚎叫聲和機(jī)械應(yīng)力)。

如果ME通過左側(cè)和右側(cè)實際數(shù)值電位計1(M16/60r1和M16/61r1)和左側(cè)和右側(cè)實際數(shù)值電位計2(M16/60r2和M16/61r2)識別到節(jié)氣門關(guān)閉而進(jìn)入減速模式，就會促動左側(cè)和右側(cè)旁通空氣轉(zhuǎn)換閥(圖24)。轉(zhuǎn)換閥位于增壓空氣冷卻器上，會打開自渦輪增壓器下游增壓空氣側(cè)至空氣濾清器下游吸入側(cè)的旁通通路，使多余的增壓壓力和相應(yīng)的空氣量快速降低和減少， 從而防止渦輪增壓器上的壓縮機(jī)葉輪制動。

圖24 旁通空氣轉(zhuǎn)換閥

3.增壓空氣冷卻

兩個汽缸列各有一個增壓空氣冷卻器，并與帶低溫冷卻器和循環(huán)泵(M43/6)的低溫冷卻回路相連?？諝庖驂嚎s而受熱，通過增壓空氣管流至增壓空氣冷卻器降溫。增壓空氣冷卻系統(tǒng)使增壓空氣溫度保持60℃，冷卻后的氣流具有較高密度，會增大汽缸容積效率， 從而改善發(fā)動機(jī)性能。排氣溫度的降低減少了爆震的可能性，也使氮氧化物(NOx)的排量減少。

增壓空氣溫度由左側(cè)和右側(cè)增壓空氣溫度傳感器檢測，然后以電壓信號的形式傳送至ME分析和評估。如果增壓空氣溫度高于35℃，ME將信號通過傳動系統(tǒng)CAN總線傳遞給傳動系統(tǒng)控制單元(N127)，由N127通過LIN線促動循環(huán)泵，直至增壓空氣溫度降至25℃以下，循環(huán)泵才會關(guān)閉，低溫回路如圖25所示。

圖25 低溫回路圖

七、排氣系統(tǒng)

排氣系統(tǒng)由催化轉(zhuǎn)換器、催化轉(zhuǎn)換器上游和下游的氧傳感器以及消音器組成。廢氣處理系統(tǒng)的任務(wù)是減少廢氣中CO、HC、NOx的排放，同時，將混合物的空燃比嚴(yán)格控制在λ=1的限制范圍內(nèi)，實現(xiàn)催化轉(zhuǎn)換器中更高的廢氣轉(zhuǎn)換率。

八、冷卻系統(tǒng)

發(fā)動機(jī)的冷卻液溫度由ME內(nèi)部的熱量管理系統(tǒng)控制，具有快速達(dá)到工作溫度、減少廢氣排放、節(jié)約燃油(最高約4%)和提高加熱舒適性的優(yōu)點。發(fā)動機(jī)冷卻回路如圖26所示。

1.冷卻液節(jié)溫器調(diào)節(jié)

冷卻液溫度可通過可加熱的雙滑閥式節(jié)溫器進(jìn)行控制，節(jié)溫器中帶有一個加熱元件， 在必要時會由ME通過接地信號促動。雙滑閥式節(jié)溫器可調(diào)節(jié)為以下五個位置。(1)關(guān)閉(圖27)

在冷卻液溫度＜80℃且發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速＜3 000r/min的情況下，節(jié)溫器上的兩個閥門完全關(guān)閉，這樣，通過靜止的冷卻液縮短發(fā)動機(jī)暖機(jī)階段，從而可節(jié)省燃油，減少CO2排放.

圖26 發(fā)動機(jī)冷卻回路

圖27 關(guān)閉位置

(2)旁通模式（圖28）

在部分負(fù)荷時，冷卻液溫度可升高至約105℃，此時加熱元件斷電，隨著發(fā)動機(jī)油溫度的升高，摩擦力得到改善。

(3)混合模式（圖29）

當(dāng)冷卻系統(tǒng)在混合狀態(tài)下工作時，如果冷卻液溫度在105～120℃區(qū)間內(nèi)，加熱元件斷電；如果在65～90℃區(qū)間內(nèi)，加熱元件通電。以此方式可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)到發(fā)動機(jī)散熱器的冷卻液流量。

圖28 旁通模式

圖29 混合模式

(4)散熱器工作

在全負(fù)荷情況下， 雙滑閥式節(jié)溫器可以非常迅速地打開，確保冷卻液大量的散熱，實現(xiàn)最佳的發(fā)動機(jī)冷卻效果和無爆震燃燒(圖30)。

圖30 散熱模式

(未完待續(xù))