瑪莎拉蒂V6發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理（四）

王鐘原

瑪莎拉蒂V6發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理（四）

王鐘原

（三）進(jìn)氣系統(tǒng)

進(jìn)氣系統(tǒng)如圖42所示。

1.空氣濾清器和殼體

在發(fā)動(dòng)機(jī)艙前部有2個(gè)紙質(zhì)濾芯空氣濾清器及其殼體。為方便檢修，無(wú)須拆卸其他部件便可進(jìn)行拆裝?？諝鉃V清器濾芯和殼體與Quattroporte V8上的完全相同，但取消了左側(cè)濾清器殼體與二次空氣系統(tǒng)之間的空氣軟管。

2.空氣流量傳感器

F160發(fā)動(dòng)機(jī)采用兩個(gè)直接安裝在空氣濾清器殼體下方的博世HFM7空氣流量傳感器。傳感器還集成了進(jìn)氣溫度傳感器（IAT）。這些傳感器與F154A V8發(fā)動(dòng)機(jī)所采用的相同。

HFM7為第七代數(shù)字式空氣流量傳感器，帶有兩條空氣流道。憑借偏心設(shè)計(jì)，水和顆粒物通過(guò)離心力與空氣分離。清潔空氣經(jīng)由一個(gè)通道進(jìn)入傳感器元件進(jìn)行測(cè)量，含有水分和顆粒物的空氣經(jīng)由另一個(gè)通道直接導(dǎo)出傳感器，從而使得傳感器元件較少受到外部物質(zhì)引起的損害和污染。這種新型傳感器的另一個(gè)特殊優(yōu)點(diǎn)是減少了壓降（在500kg/h的流量下只有0.9kPa，而上一代HFM傳感器在同樣條件下的壓降是1.4kPa）。數(shù)字式博世HFM7空氣流量傳感器使用單濾網(wǎng)空氣過(guò)濾器和4針接插件（上一代模擬HFM空氣流量傳感器使用5針接插件），如圖43所示。

圖42 進(jìn)氣系統(tǒng)

圖43 空氣流量傳感器

HFM7傳感器可生成5V的數(shù)字式變頻空氣質(zhì)量信號(hào)，對(duì)電磁干擾的敏感性更弱。但是，其信號(hào)只能使用示波器檢查。當(dāng)傳感器通電但無(wú)空氣流經(jīng)時(shí)，頻率會(huì)從固定1.8kHz開(kāi)始變化并到達(dá)在滿負(fù)荷條件下的最大約12～14kHz。在怠速期間，頻率約為2.1kHz。進(jìn)氣溫度信號(hào)為模擬式。

3.中冷器

兩個(gè)中冷器安裝在散熱器單元的每側(cè)，通過(guò)前保險(xiǎn)杠兩側(cè)的格柵與迎面風(fēng)進(jìn)行熱交換。V8 發(fā)動(dòng)機(jī)采用了相同的單元。中冷器通過(guò)減少由渦輪增壓產(chǎn)生的進(jìn)氣空氣熱量來(lái)提高進(jìn)氣系統(tǒng)的效率。在壓縮時(shí)空氣溫度會(huì)上升并相應(yīng)地失去密度，該現(xiàn)象會(huì)部分抵消對(duì)空氣壓縮所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。冷卻空氣會(huì)變得更為濃密，因此可將更多的空氣帶入汽缸內(nèi)。進(jìn)氣溫度降低會(huì)保持更濃的空氣進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)中，從而實(shí)現(xiàn)增壓。進(jìn)氣溫度降低也會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的危險(xiǎn)。中冷器保持增壓的優(yōu)勢(shì)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)輸出。F160發(fā)動(dòng)機(jī)的中冷器如同對(duì)應(yīng)風(fēng)道一樣進(jìn)行了專門(mén)設(shè)計(jì)，將進(jìn)氣阻力降至最低。

4.增壓壓力傳感器

單個(gè)增壓壓力傳感器位于進(jìn)氣通道上，節(jié)氣門(mén)正前方，如圖44所示。該傳感器包含一個(gè)壓阻式壓力傳感器元件，一條在硅芯片內(nèi)集成的信號(hào)放大和溫度補(bǔ)償電路。測(cè)定壓力可控制硅膜的上部與有效側(cè)。輸出為0～5V的模擬信號(hào)，可抵抗0～5V電源斷路故障。增壓信號(hào)由ECM用作閉環(huán)增壓壓力控制。

圖44 增壓壓力傳感器

5.節(jié)氣門(mén)體

與F154A發(fā)動(dòng)機(jī)上雙58mm節(jié)氣門(mén)不同，F(xiàn)160發(fā)動(dòng)機(jī)采用了直徑為68mm的單節(jié)氣門(mén)，如圖45所示。節(jié)氣門(mén)閥由ECM控制并具有一個(gè)雙集成電位計(jì)型傳感器，可用于閉環(huán)控制與合理性檢查。其工作原理與F136/ F154A發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的節(jié)氣門(mén)閥相同。節(jié)氣門(mén)直流電機(jī)由12V脈寬信號(hào)控制，而兩個(gè)位置傳感器可生成互補(bǔ)0～5V模擬信號(hào)。

圖45 節(jié)氣門(mén)體

6.進(jìn)氣歧管和進(jìn)氣歧管壓力傳感器

壓力傳感器（ BOSCH DS-S3-TF）安裝在進(jìn)氣歧管的后側(cè)。該傳感器可測(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。與在節(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。當(dāng)空氣密度隨著溫度升高而變小時(shí)，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。帶節(jié)氣門(mén)體的強(qiáng)化塑料進(jìn)氣歧管和位于歧管后方的歧管壓力傳感器，如圖46所示。

圖46 進(jìn)氣歧管總線

（四）渦輪增壓器

F160發(fā)動(dòng)機(jī)采用兩個(gè)平行渦輪增壓器，分別位于各汽缸組上，如圖47所示。鋼制單渦管集成在排氣歧管內(nèi)。該解決方案對(duì)比分體式歧管和渦輪結(jié)構(gòu)要更為有效和緊湊。由日本IHI專門(mén)為F160發(fā)動(dòng)機(jī)系列量身打造的水冷式渦輪增壓器具有固定幾何結(jié)構(gòu)。低慣量44.5mm渦輪由鉻鎳鐵合金構(gòu)成，而51mm壓縮機(jī)葉輪則為鋼制。排氣通道維持了極短設(shè)計(jì)，因此各汽缸組的廢氣在到達(dá)渦輪內(nèi)前不會(huì)混合。該技術(shù)改善了排氣系統(tǒng)的廢氣流動(dòng)性并使渦輪遲滯大幅下降。渦輪增壓器組成如圖48所示。圖49為1缸組（左）和2缸組（右）的IHI渦輪增壓器。注意兩個(gè)缸組間的排氣歧管設(shè)計(jì)差異。該設(shè)計(jì)順應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，以優(yōu)化排氣流量。

工作原理：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，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)排量給定的前提下增加進(jìn)氣是優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和動(dòng)力輸出的理想方式。

1.渦輪廢氣風(fēng)門(mén)

圖47 渦輪增壓器

圖48 渦輪增壓器組成

圖49 IHI渦輪增壓器位置

圖50 渦輪廢氣風(fēng)門(mén)

在排氣系統(tǒng)拆除后，可清楚地看到渦輪廢氣風(fēng)門(mén)，如圖50所示。各個(gè)渦輪增壓器均帶有一個(gè)真空操縱式渦輪廢氣風(fēng)門(mén)。渦輪廢氣風(fēng)門(mén)可在無(wú)須或僅需少量的渦輪增壓時(shí)將渦輪周?chē)膹U氣引走，并可用于限制最大增壓度。每個(gè)渦輪廢氣風(fēng)門(mén)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。真空調(diào)節(jié)器位于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的上部。渦輪廢氣風(fēng)門(mén)為常開(kāi)式并由真空關(guān)閉。

2.進(jìn)氣旁通閥

V6發(fā)動(dòng)機(jī)的一大特點(diǎn)為渦輪增壓器的進(jìn)氣旁通閥為電動(dòng)式，如圖51所示。各渦輪增壓器壓縮器的出口安裝了電控進(jìn)氣旁通閥。相比較，F(xiàn)154A V8發(fā)動(dòng)機(jī)采用了真空控制式進(jìn)氣旁通閥。當(dāng)閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，在進(jìn)氣葉輪下游建立的通路會(huì)將氣體釋放。旁通閥通過(guò)開(kāi)關(guān)型策略由ECM控制。旁通閥在節(jié)氣門(mén)突然關(guān)閉時(shí)起作用，目的是防止壓縮器輪因?yàn)楣?jié)氣門(mén)關(guān)閉所導(dǎo)致的壓力升高而減速。該策略減少了渦輪遲滯。

圖51 進(jìn)氣旁通閥位置

3.增壓控制

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)閉渦輪廢氣風(fēng)門(mén)，讓更多廢氣進(jìn)入渦輪增壓器，提高增壓器的轉(zhuǎn)速

◆進(jìn)氣葉輪轉(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，渦輪廢氣風(fēng)門(mén)維持位置不變

◆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

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)，減少增壓壓力，以消除發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。

（五）排氣系統(tǒng)

全不銹鋼排氣系統(tǒng)由每氣缸組各一個(gè)的催化轉(zhuǎn)化器、一個(gè)前消聲器、一個(gè)用于平衡系統(tǒng)背壓的X形連接管和兩個(gè)帶旁通閥的后消聲器組成。連接管的形狀和位置有助于獲得瑪莎拉蒂特有的發(fā)動(dòng)機(jī)轟鳴聲，如圖52所示。

1.催化轉(zhuǎn)化器和λ控制

金屬核心三元催化器安裝在排氣管靠近渦輪增壓器出口的位置。各氣缸組采用了兩個(gè)氧傳感器：上游氧傳感器（ BOSCH LSU） 為線性寬帶傳感器，而下游氧傳感器為傳統(tǒng)兩級(jí)式傳感器（ BOSCH LSF）。催化器的催化核心與V8發(fā)動(dòng)機(jī)上采用的相同，但對(duì)貴金屬（鉑金）活性表面的浸漬水平進(jìn)行了優(yōu)化，以滿足各種排放標(biāo)準(zhǔn)。RWD車(chē)輛（左上）和AWD車(chē)輛（右上）的催化器均有獨(dú)特的布局。由于AWD系統(tǒng)采用了略微不同的發(fā)動(dòng)機(jī)位置和空間，因此進(jìn)行了專門(mén)設(shè)計(jì)，如圖53所示。

圖52 排氣系統(tǒng)

圖53 氧傳感器位置

圖54 氧傳感器

圖55 消音器

上游氧傳感器為博世LSU4.9增強(qiáng)型。LSU4.9增強(qiáng)型為平面型ZrO2雙核限流型傳感器，并帶有加熱功能。與之前的LSU4.9版本的不同之處在于新型傳感器采用5根線，而之前的傳感器為6根線型。LSU4.9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?。上游氧傳感器用于油量的閉環(huán)控制（燃油修正），下游氧傳感器監(jiān)測(cè)催化器的效率并由ECM用于合理性檢查。如圖54所示BOSCH LSF4.2雙級(jí)氧傳感器（左）和BOSCH LSU4.9高級(jí)型寬帶氧傳感器（右）。

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)提高尾氣噪音。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。V6版全新Quattroporte可通過(guò)其雙橢圓形排氣管尾管進(jìn)行識(shí)別。所有版本的后消聲器均配備旁通閥，如圖55所示。正常I.C.E駕駛模式，旁通閥到達(dá)3000r/min時(shí)關(guān)閉、3000r/min以上時(shí)開(kāi)啟并視發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷而定。運(yùn)動(dòng)駕駛模式，旁通閥在怠速期間和3000r/min以上發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速行駛時(shí)開(kāi)啟；在3000r/min以下時(shí)關(guān)閉。

（待續(xù)）