奔馳M276/M278發(fā)動機技術(shù)亮點介紹(上)

◆文/福建 林宇清

奔馳M276/M278發(fā)動機技術(shù)亮點介紹(上)

◆文/福建 林宇清

一、M276/M278發(fā)動機的特性

新一代V型6缸和8缸汽油發(fā)動機M276和M278取代了前款非常成功的發(fā)動機M272和M273，將重點放在了減小尺寸、模塊化和技術(shù)開發(fā)等方面，使其滿足了不斷變化的市場需求和法規(guī)要求。這兩款發(fā)動機的特性分別如下：

1.M276特性

與M272相比，M276(圖1)最明顯的變化是將V型角從90°減小至60°，這樣減少了振動，不再需要平衡軸，從而降低了發(fā)動機內(nèi)部摩擦、燃油消耗量以及二氧化碳排放量。M272與M276的扭矩和功率曲線對比如圖2所示。

圖1 M276發(fā)動機

圖2 M272和M276扭矩和功率曲線

此外，全新的6缸發(fā)動機提供有以下兩種工作情況。

(1)均勻燃燒(DEH)

進行均勻燃燒時，會在整個燃燒室內(nèi)產(chǎn)生均勻的空氣/燃

油混合汽(λ=1)，且不需要任何附加的廢氣再處理措施，因為三元催化器可以對污染物進行充分轉(zhuǎn)換。

(2)層狀燃燒(DES)

進行分層燃燒時，只有火花塞附近存在可燃混合汽(λ≈1)，燃燒室其余部分的λ值各不相同，其燃油消耗量低于均勻燃燒。由于存在過量空氣(氮氣約占75%)，NOX的生成量明顯高于均勻燃燒，所以必須使用NOX存儲催化轉(zhuǎn)換器。此外，DES只能在提供無硫燃油的國家使用，因此不適用中國版，在此不作介紹。

2.M278特性

與M273相比，M278(圖3)的排量降低至4.6L，但由于每個汽缸列帶有一個增壓空氣冷卻的渦輪增壓器(即雙渦輪增壓)，因此顯著提高了發(fā)動機的功率和扭矩。M273與M278的扭矩和功率曲線對比如圖4所示。

圖3 M278發(fā)動機

圖4 M273和M278扭矩和功率曲線

本文講解該款發(fā)動機的技術(shù)亮點，即各系統(tǒng)及其功能。為便于了解，按發(fā)動機的組成和工作原理，將其分為以下幾個系統(tǒng)逐一介紹。

二、機械系統(tǒng)

1.曲軸箱

M276曲軸箱(圖5)由鋁合金壓鑄而成，汽缸襯套則由鑄鐵制成。機油散熱器位于發(fā)動機左支架的下方，節(jié)約了空間；機油濾清器的螺紋則集成在正時鏈罩中，濾清器殼體完全由塑料制成。

圖5 M276曲軸箱

為了對曲軸箱通風(fēng)(圖6)，在空氣濾清器與左側(cè)汽缸蓋之間集成了一個帶限制器和止回閥的通風(fēng)管。通風(fēng)管中只有一個離心式機油分離器，位于右側(cè)汽缸蓋后部。在所有負(fù)荷狀態(tài)下，發(fā)動機均通過調(diào)壓閥從分離器處開始通風(fēng)，為此，一條通風(fēng)管從調(diào)壓閥連接到節(jié)氣門促動器下游的進氣歧管。

圖6 M276曲軸箱通風(fēng)示意圖

M278采用了壓鑄式全鋁制曲軸箱(圖7)，基本構(gòu)造及連桿曲軸銷直徑均與前款發(fā)動機M273相同。雖然增加了增壓部分，但仍保持了M273自然吸氣式的壓縮比(ε=10.5)。

圖7 M278曲軸箱

曲軸箱的通風(fēng)和排氣系統(tǒng)配備了兩個機油分離器，左側(cè)汽缸蓋罩前部和右側(cè)汽缸蓋后部分別裝有沖擊器和離心式分離器。沖擊器是對M273容積式分離器的改進，分離器則保持不變。在部分負(fù)荷時，排氣路線從離心式分離器開始，經(jīng)過調(diào)壓閥和止回閥，通過進氣歧管到增壓空氣分配器，曲軸箱通過左側(cè)空氣濾清器與沖擊器之間的管路進行通風(fēng)。在全負(fù)荷時，發(fā)動機采用從離心機開始，經(jīng)過調(diào)壓閥和止回閥到達(dá)渦輪增壓器上游的右側(cè)空氣濾清器的排氣路線。此外，還采用經(jīng)過左側(cè)空氣濾清器與機油分離器之間的管路到渦輪增壓器上游的左側(cè)空氣濾清器的排氣路線(圖8)。

圖8 M278曲軸箱通風(fēng)示意圖

2.鏈條傳動

M276和M278配備了3根鏈條的全新兩級鏈條傳動機構(gòu)(圖9)。初級傳動的曲軸中間齒輪傳動比為1：1.33；二級傳動的凸輪軸中間齒輪傳動比為1：1.5。3根鏈條分別由3個液壓漲緊器漲緊。兩級鏈條傳動系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了緊湊型的設(shè)計，減小了發(fā)動機縱向尺寸、增加了安全性，而且進一步優(yōu)化了鏈條的聲音特性、耐用性和摩擦特性。

圖9 鏈條傳動機構(gòu)示意圖

3.曲軸

M276和M278發(fā)動機中曲軸總成(圖10)與前款發(fā)動機在以下方面有所不同：

(1)連桿縮短了2mm，連桿軸承的寬度由19mm減小至17mm，以便在鄰近的曲軸銷之間的曲軸上增加中間垂直壁板；

(2)對活塞環(huán)進行了優(yōu)化，可將漏出氣體和機油消耗量保持在合理的水平，并進一步減少摩擦；

(3)活塞高度降低了2mm，以減輕重量。此外，M276的活塞銷直徑減小了2mm，M278則增加了2mm。

圖10 曲軸總成

三、點火系統(tǒng)

傳統(tǒng)工作模式會對點火線圈充電，且每次點火循環(huán)產(chǎn)生一次火花，即單火花點火。為確保點燃混合汽，M276和M278采用了火花持續(xù)時間較長的高能點火線圈，每個點火循環(huán)還可使用多次火花，即多火花點火系統(tǒng)。多火花點火與單火花點火循環(huán)的開始方式相同，開始會對線圈充電，使其產(chǎn)生所需的初級電流，在點火點位置瞬間切斷充電電流，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，該電流直接取決于線圈的充電水平。如果該電流降至次級線圈電流閾值以下，則線圈的電控裝置會再次提供充電電流，且電流大小會受到監(jiān)測。當(dāng)達(dá)到閾值時初級電路斷開，再次感應(yīng)出高電壓，這會產(chǎn)生另一次火花，之后的火花也以相同的方式產(chǎn)生。多火花點火的優(yōu)點是能夠提高燃油效率，圖11為多火花點火系統(tǒng)的初級和次級電流曲線，點火系統(tǒng)的功能原理如圖12所示。

圖11 多火花點火系統(tǒng)的初級和次級電流曲線

四、燃油供應(yīng)系統(tǒng)

M276和M278采用新開發(fā)的第三代直接噴射系統(tǒng)，該系統(tǒng)由低壓回路和高壓回路組成，通過兩條單獨的油軌進行無回流式高壓供給。

1.低壓回路

燃油泵控制單元促動燃油泵產(chǎn)生燃油低壓(圖13、圖14)，并輸送到高壓泵；燃油壓力由濾清器上的壓力傳感器監(jiān)測。該回路的主要部件如下：

(1)燃油泵

由燃油泵控制單元促動，根據(jù)燃油溫度和轉(zhuǎn)速的變化，產(chǎn)生4.5～6.7bar(1bar=105Pa)的燃油壓力，并將其輸送至燃油高壓泵。

圖12 點火系統(tǒng)的功能原理圖

圖13 M276低壓系統(tǒng)

圖14 M278低壓系統(tǒng)

(2)燃油濾清器

燃油濾清器過濾燃油中的雜質(zhì)，此外，濾清器還帶有溢流閥、檢驗閥和抽吸引射泵。當(dāng)燃油壓力在7～9bar之間時，溢流閥打開，卸載的壓力用于驅(qū)動抽吸引射泵，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)油量平衡，引射泵輸送量為20～40L/h；檢驗閥防止在油泵關(guān)閉時的壓力下降。

(3)燃油泵控制單元

燃油泵控制單元通過PWM信號促動燃油泵，同時還讀取燃油壓力傳感器的信號，并將該壓力信號與標(biāo)準(zhǔn)壓力對比，據(jù)此促動燃油泵，以使實際壓力與標(biāo)準(zhǔn)壓力相接近。此外，還作為CAN C用戶參與CAN通信，例如與發(fā)動機控制單元通信，根據(jù)發(fā)動機的要求調(diào)節(jié)燃油泵工作。 (未完待續(xù))

更正

我刊2016年第10期資料庫欄目《閉環(huán)控制在電控發(fā)動機中的應(yīng)用(上)》一文中，圖2的配圖有誤，應(yīng)為下圖。

圖2 電子節(jié)氣門的閉環(huán)控制