◆文/福建 林宇清

奔馳M276/M278發(fā)動機技術亮點介紹(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(圖6)，在空氣濾清器與左側汽缸蓋之間集成了一個帶限制器和止回閥的通風管。通風管中只有一個離心式機油分離器，位于右側汽缸蓋后部。在所有負荷狀態(tài)下，發(fā)動機均通過調(diào)壓閥從分離器處開始通風，為此，一條通風管從調(diào)壓閥連接到節(jié)氣門促動器下游的進氣歧管。

圖6 M276曲軸箱通風示意圖

M278采用了壓鑄式全鋁制曲軸箱(圖7)，基本構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

曲軸箱的通風和排氣系統(tǒng)配備了兩個機油分離器，左側汽缸蓋罩前部和右側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，曲軸箱通過左側空氣濾清器與沖擊器之間的管路進行通風。在全負荷時，發(fā)動機采用從離心機開始，經(jīng)過調(diào)壓閥和止回閥到達渦輪增壓器上游的右側空氣濾清器的排氣路線。此外，還采用經(jīng)過左側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空氣濾清器的排氣路線(圖8)。

圖8 M278曲軸箱通風示意圖

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(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。當達到閾值時初級電路斷開，再次感應出高電壓，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，確保油箱左右兩側油量平衡，引射泵輸送量為20～40L/h；檢驗閥防止在油泵關閉時的壓力下降。

(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準壓力對比，據(jù)此促動燃油泵，以使實際壓力與標準壓力相接近。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)動機中的應用(上)》一文中，圖2的配圖有誤，應為下圖。

圖2 電子節(jié)氣門的閉環(huán)控制