奔馳M274發(fā)動機簡介(上)

◆文/福建 林宇清

新一代4缸帶直噴和渦輪增壓技術的汽油發(fā)動機M274(圖1)取代了發(fā)動機M271EVO，這一全新的發(fā)動機在提高功率、扭矩和舒適型的同時，執(zhí)行更嚴格的二氧化碳排放限制。為便于了解,按發(fā)動機的組成和工作原理,將其分為以下若干系統(tǒng)逐一介紹。

圖1 M274發(fā)動機

一、機械系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括了發(fā)動機的主要機械部件和機構,如汽缸蓋、凸輪軸調(diào)節(jié)、曲軸箱等。

1.汽缸蓋

與M271EVO一樣，M274的汽缸蓋(圖2)依舊采用四氣門設計，并改進和優(yōu)化了凸輪軸、調(diào)節(jié)器和進氣門的工作，以滿足均質(zhì)直接噴射的要求。

圖2 M274汽缸蓋

2.凸輪軸調(diào)節(jié)機構

新型鍛造的進氣和排氣凸輪軸調(diào)節(jié)器(圖3)是采用液壓旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方式的葉片式調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)了對正時更加迅速的無級調(diào)節(jié)。凸輪軸無級調(diào)節(jié)最多40°曲軸轉(zhuǎn)角，即進氣調(diào)節(jié)器提前最大30°曲軸轉(zhuǎn)角，排氣調(diào)節(jié)器延遲最大40°曲軸轉(zhuǎn)角。這樣，氣門重疊角可在較寬的限制范圍內(nèi)變化，從而優(yōu)化了發(fā)動機扭矩，改善了排氣特性。另外，由于調(diào)節(jié)器質(zhì)量更小，使調(diào)節(jié)更迅速和更精確。

凸輪軸調(diào)節(jié)由發(fā)動機控制單元(ME)控制，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷，ME通過PWM信號促動凸輪軸電磁閥，然后推動控制柱塞，這樣，來自凸輪軸油道內(nèi)的油壓就會進入與凸輪軸相連的葉片型調(diào)節(jié)器，推動調(diào)節(jié)器旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)凸輪軸調(diào)節(jié)，如圖4所示為凸輪軸調(diào)節(jié)器控制原理。

圖4 凸輪軸調(diào)節(jié)器控制原理

3.鏈條傳動

凸輪軸由帶齒鏈條驅(qū)動，鏈條傳動(圖5)包括兩個導軌和一個漲緊軌，由于導軌和漲緊軌不與正時箱蓋罩接觸，因而顯著降低了噪音。

圖5 鏈條傳動

4.曲軸箱

M274的曲軸箱(圖6)由鋁合金壓鑄而成，由于多重橫向和縱向支撐的設計，曲軸箱的硬度較高。該裝配有兩個曲軸箱通風系統(tǒng)(圖7)：部分負荷通風系統(tǒng)和全負荷通風系統(tǒng)。

圖6 M274曲軸箱

圖7 曲軸箱通風系統(tǒng)

(1)部分負荷通風系統(tǒng)

通風從機油分離器開始到增壓空氣分配管，安裝在部分負荷通風管上部分負荷通風系統(tǒng)電磁閥(Y58/2)保持常開狀態(tài)。在減速模式下，由ME促動該電磁閥，關閉從曲軸箱至增壓空氣分配管的部分負荷通風管。

(2)全負荷通風系統(tǒng)

通風從機油分離器開始至進氣管，通風氣體從排氣側(cè)排出，從而可高效且精確地分離機油。位于全負荷通風管上的加熱器元件(R39/2)由ME控制，一旦外界氣溫降到7℃以下，ME就會促動R39/2，防止通風系統(tǒng)結冰以及相應的發(fā)動機損壞。

5.曲軸連桿機構

曲軸通過采用中空鑄造顯著降低了質(zhì)量，并帶有4個平衡器；連桿長度增加了8.7mm；活塞直徑增加了1mm，但質(zhì)量并未因此而增加；壓縮行程從85mm減小至73.7mm。這些改進使曲軸箱連桿機構(圖8)與燃燒系統(tǒng)和噴油嘴的位置可以更好地相匹配。

圖8 曲軸連桿機構

6.皮帶驅(qū)動

與M271EVO相比，M274取消了動力轉(zhuǎn)向泵，這樣，曲軸皮帶輪的驅(qū)動范圍縮小為制冷壓縮機、發(fā)電機、冷卻液泵。這些部件由一根低維護的多楔V型皮帶驅(qū)動，如圖9所示，該皮帶由帶漲緊輪的自動皮帶漲緊器漲緊。

圖9 皮帶驅(qū)動

二、點火系統(tǒng)

傳統(tǒng)點火系統(tǒng)采用單火花點火，即在每次點火循環(huán)內(nèi)產(chǎn)生一次火花。為確保點燃混合汽，M274采用了高能點火線圈，火花持續(xù)時間較長，且每個點火循環(huán)可使用多次火花，該系統(tǒng)叫多火花點火系統(tǒng)(圖10)。多火花與單火花點火的開始方式相同，最初會對線圈充電，使其產(chǎn)生初級電流，在點著火點的瞬間，充電電流切斷，從而產(chǎn)生火花。但是在多火花模式下，線圈不會完全放電，系統(tǒng)會對線圈中的次級電流進行測量，該次級電流的大小取決于線圈的充電水平。如果該電流降至閾值以下，則線圈的電控裝置會再次提供充電電流；當達到閾值時，初級電路斷開，再次感應出高電壓，產(chǎn)生另一次火花,之后的火花也以相同的方式產(chǎn)生。多火花點火能夠降低燃油消耗量。

圖10 多火花點火系統(tǒng)

三、燃油供應系統(tǒng)

M274的燃油供應系統(tǒng)由低壓回路和高壓回路組成,低壓回路提供燃油壓力,經(jīng)高壓回路壓縮至200bar(1bar=105Pa)左右的高壓后,兩個回路的組成部件及相應的工作原理如下。

1.低壓回路

燃油泵控制單元促動燃油泵，產(chǎn)生4.0～6.7bar的燃油低壓，經(jīng)燃油濾清器過濾雜質(zhì)和吸收不規(guī)則的壓力波動后，輸送至高壓泵，最大輸送量為130L/h，如圖11所示為M274低壓系統(tǒng)原理圖。需要注意的是：在實車中燃油泵和濾清器集成為一體。

圖11 M274低壓系統(tǒng)

2.高壓回路

高壓泵為單柱塞泵，位于汽缸蓋的后部，圖12所示為高壓泵結構示意圖，由進氣凸輪軸驅(qū)動，根據(jù)直噴的需求，將低壓燃油壓縮至200bar左右,并輸送至油軌,然后通過噴油嘴以高壓噴入缸內(nèi)燃燒，燃油高壓由油軌上的壓力傳感器監(jiān)測，然后將相應的信號傳送至ME,ME再通過CAN總線將信息傳輸至燃油泵控制單元，用于調(diào)節(jié)油壓。此外，在高壓泵上集成了一個流量控制閥,用于調(diào)節(jié)進入高壓泵的燃油量，其功能相當于進油節(jié)流閥(比例閥)，圖13所示為燃油高壓系統(tǒng)。

圖12 高壓泵

圖13 燃油高壓系統(tǒng)

3.低壓緊急運行

當高壓回路出現(xiàn)故障而無法建立高壓時，低壓緊急運行啟用(圖14)。此時，燃油低壓升高到4.5～6.7bar，流量調(diào)節(jié)閥不通電并因此打開，燃油通過調(diào)節(jié)閥進入油軌，噴油嘴促動的時間延長，發(fā)動機功率降低，最大車速為70km/h。

圖14 緊急運行

四、進氣系統(tǒng)

M274采用了帶空氣冷卻的渦輪增壓器(圖15)，以增加進氣壓力，因此，提高了輸出功率和扭矩。

圖15 渦輪增壓器

1.增壓功能

廢氣通過排氣歧管進入渦輪增壓器，用于驅(qū)動渦輪；增壓器的壓縮機葉輪通過一根軸與渦輪剛性連接，從而以相同速度被帶動。當空氣流向壓縮機入口時，就會被壓縮并帶來溫度升高，然后進入增壓空氣冷卻器,冷卻增壓空氣。增壓器上的消音器可以減少增壓過程中產(chǎn)生的氣流噪音，并抑制增壓壓力的變化。該渦輪增壓的最大增壓壓力為1.1bar，圖16所示為渦輪增壓功能原理圖。

2.增壓壓力控制壓力轉(zhuǎn)換器

增壓壓力控制壓力轉(zhuǎn)換器(Y31/5)位于在正時箱蓋上方，由ME根據(jù)特性圖和負荷促動。其結構和原理如圖17、18所示，在電磁閥未被促動的情況下，通道1和3相通，即通道3通大氣。當電磁閥被促動時，固定板由線圈吸出，并且密封橡膠塊關閉通風口，通道2和3之間的連接被打開，這樣從進氣歧管到真空單元之間的真空就被建立，圖19所示為真空供應原理圖。

圖16 渦輪增壓功能原理圖

圖17 轉(zhuǎn)換閥結構

圖18 電磁閥工作原理

(未完待續(xù))