瑪莎拉蒂總裁V8發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理（三）

王鐘原

瑪莎拉蒂總裁V8發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理（三）

王鐘原

5.節(jié)氣門(mén)體

F154A的新特性是使用了兩個(gè)獨(dú)立的節(jié)氣門(mén)體，每側(cè)汽缸組各一個(gè)，如圖26所示。與F136發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的80mm單節(jié)氣門(mén)體相比，新節(jié)氣門(mén)體的直徑減小為58mm。兩個(gè)節(jié)氣門(mén)體都由ECM控制。每個(gè)節(jié)氣門(mén)體都帶有兩個(gè)電位計(jì)式位置傳感器，通過(guò)這個(gè)傳感器可以實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門(mén)的閉環(huán)控制和合理性檢查。新節(jié)氣門(mén)體的工作原理與F136發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的節(jié)氣門(mén)相同。節(jié)氣門(mén)直流電機(jī)由12V脈寬信號(hào)控制，兩個(gè)位置傳感器產(chǎn)生互補(bǔ)的0～5V模擬信號(hào)。

圖26 節(jié)氣門(mén)體

6.進(jìn)氣歧管和進(jìn)氣歧管壓力傳感器

兩側(cè)汽缸組的進(jìn)氣歧管上都安裝了壓力傳感器（博世DS-S3-TF）。這個(gè)傳感器測(cè)量節(jié)氣門(mén)下游位置的歧管實(shí)際壓力。壓力測(cè)量方式與增壓壓力傳感器（博世DS-S3）相同，但由于增加了NTC電阻，因而還能測(cè)量歧管空氣溫度。與節(jié)氣門(mén)上游安裝的壓力傳感器相似，歧管傳感器用于增壓管理。歧管空氣溫度信號(hào)可以讓ECM對(duì)增壓過(guò)程空氣溫度的變化進(jìn)行補(bǔ)償，因?yàn)榭諝獾拿芏葧?huì)隨著溫度的升高而變小。歧管壓力傳感器位置如圖27所示。

（五）渦輪增壓器

圖27 進(jìn)氣歧管壓力傳感器

渦輪增壓器結(jié)構(gòu)如圖28、圖29所示。

圖30為汽缸組1和汽缸組2（如圖31所示）的IHI雙渦管式渦輪增壓器。注意兩個(gè)汽缸組的排氣歧管設(shè)計(jì)不同。它們與發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火相適應(yīng)，以使排氣氣流最佳化。

1.工作原理

圖28 渦輪增壓器1

圖29 渦輪增壓器2

每個(gè)增壓器包括兩個(gè)主要部分。廢氣渦輪置于排氣路徑內(nèi)，由熱廢氣驅(qū)動(dòng)。離開(kāi)燃燒室的廢氣包含大量的熱能和動(dòng)能，否則會(huì)損失掉。在渦輪中，這種能量被轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，使渦輪葉輪旋轉(zhuǎn)。渦輪葉輪與壓縮機(jī)葉輪安裝在同一根軸上，壓縮機(jī)安裝在進(jìn)氣軌道上。壓縮機(jī)葉輪快速旋轉(zhuǎn)，提高了進(jìn)氣速度，增加進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)的空氣壓力，這就叫作增壓或充氣。由于發(fā)動(dòng)機(jī)能夠產(chǎn)生的扭矩量主要由每個(gè)循環(huán)所消耗的空氣流量來(lái)確定，在發(fā)動(dòng)機(jī)排量給定的前提下，進(jìn)氣系統(tǒng)充氣是增加發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和動(dòng)力輸出的理想方式。

圖30 汽缸組1渦輪增壓器

圖31 汽缸組2渦輪增壓器

圖32 廢氣門(mén)

2.說(shuō)明

F154A發(fā)動(dòng)機(jī)采用兩個(gè)平行增壓器，分別在每個(gè)汽缸組上。這些增壓器的渦輪與排氣歧管集成一體。與歧管和渦輪單獨(dú)構(gòu)造相比，此方案更有效、更緊湊。由日本專(zhuān)家IHI專(zhuān)門(mén)為F154A發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的水冷增壓器具有固定幾何并采用“雙滾” 技術(shù)：每個(gè)歧管的排氣道為2對(duì)2匹配，直接到達(dá)渦輪葉輪上。排氣路徑極短，在達(dá)到渦輪之前一個(gè)汽缸組的廢氣不會(huì)混合。該技術(shù)提高了排氣系統(tǒng)的廢氣流動(dòng)并使渦輪遲滯大幅下降。

3.廢氣門(mén)

每個(gè)渦輪增壓器都有一個(gè)真空驅(qū)動(dòng)廢氣門(mén)，如圖32所示。當(dāng)不需要增壓或僅需要較少增壓時(shí)， 廢氣門(mén)使廢氣繞過(guò)渦輪葉輪，用于限制最大增壓。每個(gè)廢氣門(mén)閥由真空?qǐng)?zhí)行器來(lái)驅(qū)動(dòng)。ECM根據(jù)增壓目標(biāo)通過(guò)PWM信號(hào)來(lái)激活真空調(diào)節(jié)電磁閥。這使發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)能夠精確控制繞過(guò)渦輪的廢氣量，從而控制進(jìn)氣充氣量。

4.進(jìn)氣旁通閥

渦輪增壓器壓縮腔的出口安裝有真空操縱的進(jìn)氣旁通閥，如圖33所示。閥門(mén)打開(kāi)時(shí)，將壓縮空氣泄壓釋放。進(jìn)氣旁通閥通過(guò)電磁閥操縱，電磁閥由ECM通過(guò)開(kāi)/關(guān)策略控制。進(jìn)氣旁通閥在節(jié)氣門(mén)突然關(guān)閉時(shí)起作用，目的是防止進(jìn)氣葉輪因?yàn)楣?jié)氣門(mén)關(guān)閉所導(dǎo)致的壓力升高而產(chǎn)生渦輪遲滯。這一策略減少了增壓器的延遲。

5.增壓控制

圖33 進(jìn)氣旁通閥位置

為實(shí)現(xiàn)對(duì)感應(yīng)增壓的控制，發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)對(duì)下列新參數(shù)進(jìn)行管理：

◆進(jìn)氣壓縮在節(jié)氣門(mén)開(kāi)度達(dá)到100%、系統(tǒng)需要更大扭矩時(shí)開(kāi)始

◆根據(jù)駕駛員的扭矩請(qǐng)求確定節(jié)氣門(mén)上游的目標(biāo)增壓壓力

◆ECM關(guān)閉廢氣旁通閥，讓更多廢氣進(jìn)入渦輪增壓器，提高增壓器的轉(zhuǎn)速

◆壓縮輪轉(zhuǎn)速升高，壓縮進(jìn)氣

◆當(dāng)增壓壓力傳感器測(cè)量得到的進(jìn)氣壓力達(dá)到目標(biāo)值后，廢氣旁通閥保持在相應(yīng)位置

◆進(jìn)氣旁通閥在增壓壓力過(guò)高時(shí)，或在特定過(guò)程（“松油門(mén)”階段）釋放部分壓力

圖34 排氣系統(tǒng)

圖35 氧傳感器位置

圖36 上游氧傳感器

圖37 消音器

如果歧管內(nèi)空氣溫度升高，進(jìn)氣的密度會(huì)降低。因而，ECM將提高增壓壓力，以便保持目標(biāo)質(zhì)量型空氣流量。質(zhì)量型空氣流量直接與發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩相關(guān)。當(dāng)歧管空氣溫度超過(guò)50℃時(shí)，增壓壓力補(bǔ)償作用停止。這是為了消除發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。

（六）排氣系統(tǒng)

全不銹鋼排氣系統(tǒng)由每個(gè)汽缸組的各一個(gè)催化轉(zhuǎn)化器、一個(gè)前消聲器、一個(gè)用于平衡系統(tǒng)背壓的連接管和兩個(gè)帶旁通閥的后消聲器組成，如圖34所示。

1.催化轉(zhuǎn)化器和λ控制

三元催化器安裝在排氣管靠近渦輪增壓器出口的位置，如圖35所示。兩個(gè)氧傳感器用于兩側(cè)汽缸組：上游氧傳感器（博世LSU）為線性寬頻帶傳感器，下游氧傳感器是傳統(tǒng)的雙電位傳感器（博世LSF）。

上游氧傳感器采用博世提供的LSU 4.9高級(jí)型傳感器。LSU 4.9高級(jí)型傳感器是一個(gè)平面型氧化鋯雙腔限流傳感器，帶有集成式加熱器。博世LSU 4.9高級(jí)型氧傳感器安裝在緊靠渦輪出口的位置，如圖36所示。與以前的發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的傳統(tǒng)LSU 4.9傳感器之間的不同之處在于使用5針電氣接插件代替了6針電氣接插件。LSU 4.9高級(jí)型傳感器不再使用修正電阻，因?yàn)樾?zhǔn)現(xiàn)在由傳感器自身執(zhí)行。該新型傳感器精度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，同時(shí)傳感器加熱時(shí)間從小于10s提升到小于5s。傳感器加熱時(shí)間指的是從加熱過(guò)程開(kāi)始，到泵送電流穩(wěn)定在最終值附近規(guī)定偏差帶內(nèi)之間的時(shí)間。這個(gè)傳感器的輸出信號(hào)是一個(gè)線性電流信號(hào)，在混合氣較濃時(shí)為負(fù)值，當(dāng)λ值為1（理論空燃比）達(dá)到零，而當(dāng)混合氣變得較稀時(shí)開(kāi)始變?yōu)檎怠Ｉ嫌窝鮽鞲衅饔糜谟土康拈]環(huán)控制（“燃油修正”），下游氧傳感器監(jiān)測(cè)催化轉(zhuǎn)化器的效率并由ECM用于合理性檢查。

2.帶旁通閥的后消音器

后消音器旁通閥打開(kāi)時(shí)，排氣管將更容易釋放尾氣。這樣既可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩，同時(shí)提高尾氣噪聲。這已經(jīng)成為瑪莎拉蒂汽車(chē)的獨(dú)特標(biāo)志。兩個(gè)后消音器中的真空操縱旁通閥均由安裝在后副車(chē)架上的電磁閥控制。電子閥由發(fā)動(dòng)機(jī)ECU通過(guò)開(kāi)/關(guān)型控制策略控制。雙梯形排氣尾管是裝配V8發(fā)動(dòng)機(jī)的Quattroporte的獨(dú)有特性，如圖37所示。正常駕駛模式，旁通閥達(dá)到3000r/min時(shí)打開(kāi)；運(yùn)動(dòng)駕駛模式，旁通閥打開(kāi)；I.C.E.駕駛模式，旁通閥達(dá)到5000r/min時(shí)打開(kāi)。

（待續(xù)）