王鐘原

瑪莎拉蒂總裁V8發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)原理（四）

王鐘原

（七）燃油系統(tǒng)

在M156 Quattroporte 上，瑪莎拉蒂首次采用直接燃油噴射（GDI-汽油直接噴射）。這意味著噴油器直接位于燃燒室內(nèi)，與間接燃油噴射相反，在間接燃油噴射中，噴油器安裝在進(jìn)氣門之前的進(jìn)氣道中（PFI-進(jìn)氣口燃油噴射）。GDI發(fā)動機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是由于燃燒過程可直接和更精確控制，提高了燃油效率并增大了動力輸出。使用GDI系統(tǒng)還可更加精確地控制排放水平。這些優(yōu)點(diǎn)可通過對根據(jù)不同的發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)而改變的燃油量和噴射正時的精確控制來實(shí)現(xiàn)。由于噴油器直接位于燃燒室內(nèi)，GDI發(fā)動機(jī)的噴射壓力與FPI發(fā)動機(jī)相比要高很多（噴射壓力一般為約350kPa）。F154A發(fā)動機(jī)采用均勻噴射。這意味著在燃燒室內(nèi)可實(shí)現(xiàn)空燃比為1的均勻燃油空氣混合氣。最大噴射壓力為20000kPa。屋脊形燃燒室的特點(diǎn)是火花塞位于中央，而高壓噴油器位于側(cè)面，如圖38所示。

1.燃油回路

燃油回路如圖39所示。

GDI系統(tǒng)和PFI系統(tǒng)之間的最明顯區(qū)別是GDI系統(tǒng)有兩個燃油回路：

低壓燃油回路將燃油從油箱輸送到安裝在發(fā)動機(jī)缸蓋上的高壓油泵中

高壓回路中含有提供噴油壓力的電控機(jī)械式高壓油泵。F154A發(fā)動機(jī)使用兩個獨(dú)立的高壓回路：每側(cè)汽缸組各一個

注意：發(fā)動機(jī)關(guān)閉后，高壓燃油回路中的壓力仍會很高。進(jìn)行任何高壓燃油回路的維修操作之前，確保先釋放其中的壓力。

圖40顯示了高壓燃油系統(tǒng)的部件：裝配壓力調(diào)節(jié)器的高壓油泵（位于噪聲隔離蓋下面）、管道以及兩個高壓燃油分配管（各裝配4個噴油器和1個壓力傳感器）。

2.燃油箱

M156 Quattroporte裝備新鞍式燃油箱（如圖41所示），位于后排乘客座椅下方。此方案有益于降低重心，不會縮小行李空間。燃油箱的幾何容量為101.6L，有效容量為80L。加油口為無蓋式。

3.低壓燃油泵單元（如圖42所示）燃油箱內(nèi)安裝了兩個低壓燃油泵/送油器。燃油泵/送油器單元與PFI系統(tǒng)使用的單元非常相似：含有直流電機(jī)驅(qū)動的油泵、燃油濾清器芯、帶內(nèi)置回油和止回閥的調(diào)壓器，以及浮子操縱的油位信號發(fā)送單元。主要區(qū)別在于新油泵單元產(chǎn)生的燃油壓力更高：可以達(dá)到500～600kPa，而PFI系統(tǒng)所使用的單元只能提供大約350kPa的輸油壓力。之所以使用這種燃油泵單元，目的在于減少蒸汽鎖閉（燃油系統(tǒng)中的高溫導(dǎo)致氣泡形成）的危險。蒸汽鎖閉對GDI系統(tǒng)非常危險， 因?yàn)楦邏河捅眯枰€(wěn)定的燃油供應(yīng)才可以實(shí)現(xiàn)冷卻和潤滑。

兩種低壓燃油泵都采用雙速控制。油泵由ECM通過3個繼電器控制。1個繼電器用于啟動2個油泵，另外2個繼電器分別用于每個油泵的高低速切換。

4.高壓燃油泵和燃油壓力調(diào)節(jié)器

Magnetti Marelli PHP高壓油泵是一個由進(jìn)氣凸輪軸進(jìn)行機(jī)械式操縱的單柱塞泵。每側(cè)汽缸組各安裝一個油泵。每側(cè)的油泵分別為對應(yīng)的4個汽缸供油。油泵由3瓣式凸輪操縱。壓力在4000～20000kPa之間變化。壓力的變化由電磁執(zhí)行器控制。執(zhí)行器作用在進(jìn)氣門上，使得流速控制始終精確。油泵中還使用了保護(hù)高壓油路的最大流量閥和限制供應(yīng)回路壓力波動的入口阻尼器。ECM按照發(fā)動機(jī)在不同運(yùn)行條件（轉(zhuǎn)速、輸出扭矩、環(huán)境條件等）下的需要改變噴油壓力。高壓油泵使用了能夠限制電磁執(zhí)行器壓力的特殊裝置，這種裝置的“嘀嗒聲”經(jīng)常會被用戶視為故障，而在GDI發(fā)動機(jī)中，代表的是向這種類型的技術(shù)徹底轉(zhuǎn)變的缺點(diǎn)。這種專利技術(shù)設(shè)備是Magneti Marelli油泵實(shí)力的一個體現(xiàn)，因?yàn)樗行У叵嗽肼暩础＿M(jìn)氣凸輪軸上的三瓣式凸輪操縱高壓油泵，如圖43所示。

5.燃油壓力控制

GDI發(fā)動機(jī)的管理系統(tǒng)控制下列新參數(shù)：

根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀況控制目標(biāo)燃油壓力

測量得到的燃油分配管內(nèi)燃油壓力

燃油壓力的閉環(huán)控制

如果高壓燃油壓力調(diào)節(jié)器控制電路中出現(xiàn)故障（例如斷路），高壓油泵將無法建立起壓力，從而使得燃油分配管中的壓力與低壓油路相同。在這種情況下，發(fā)動機(jī)可以怠速運(yùn)行，但是無法增大負(fù)載，因?yàn)闆]有充足的噴油壓力（發(fā)動機(jī)保護(hù)模式）。

6.燃油分配管和壓力傳感器

兩側(cè)汽缸組各有自己的燃油分配管。燃油分配管的作用是將燃油噴射壓力均勻分配給各缸。兩個燃油分配管中都裝有壓力傳感器（博世DSHD-KV4.2-K）。壓力測量通過鋼膜的膨脹實(shí)現(xiàn)。膜片上帶有應(yīng)變片，從而可以形成惠斯登電橋。測量得到的信號與壓力成正比。噴油壓力是GDI發(fā)動機(jī)的重要參數(shù)，需要由發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)精確控制。與高壓油泵的燃油壓力調(diào)節(jié)器一起構(gòu)成閉環(huán)控制回路。每個傳感器都有3根連線：一根用于傳感器的5V電源，一根用于傳感器接地，一根用于0.5～4.5V的線性壓力模擬信號。壓力傳感器安裝在高壓燃油分配管中，如圖44所示。燃油分配管壓力參數(shù)檢查是GDI發(fā)動機(jī)的一項(xiàng)有用診斷。可以確定低壓和高壓燃油回路是否正確工作，還可以用于檢測噴油器是否存在泄漏。

7.噴油器

F154A發(fā)動機(jī)使用帶7個噴油孔的博世HDEV 5.2 噴油器，如圖45所示。噴油器橫向布置在燃燒室中，位于兩個進(jìn)氣門下面。靠近噴油器端部的位置安裝有特氟龍燃燒密封圈。不得損壞這個特氟龍密封圈，每次將噴油器從缸蓋上拆下后應(yīng)更換該密封圈。由于安裝過程的絕對清潔要求，噴油器在燃油分配管杯座上的安裝不得在一般車間環(huán)境下進(jìn)行。出于這個原因，瑪莎拉蒂零部件部門只提供帶燃油分配管的4個噴油器總成。

噴油器控制：

GDI發(fā)動機(jī)噴油器的控制和運(yùn)行比PFI系統(tǒng)復(fù)雜。ECM根據(jù)發(fā)動機(jī)的瞬時運(yùn)行狀態(tài)獨(dú)立改變噴油定時、噴油時長和噴油壓力。由于壓力較高，電壓和電流的大小遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)PFI系統(tǒng)的值。噴油器的打開動作由大約65V的增壓電壓激活，這個電壓可以使噴油器的峰值電流達(dá)到12A左右。在這個階段完成后，噴油器會在12V脈寬信號作用下保持打開狀態(tài)，并且將電流保持在4A左右。由于噴油器的裝配需要絕對純凈的環(huán)境，不允許從噴油器上拆卸燃油分配管。噴油器必須和燃油分配管作為一個完整的總成來更換。從發(fā)動機(jī)上拆下噴油器后，必須更換噴油器端部的特氟龍燃燒密封圈。

（八）真空回路

使用進(jìn)氣增壓的后果是在一定條件下，發(fā)動機(jī)真空度不足。真空用作能量載體，使車輛內(nèi)的某些輔助系統(tǒng)和子系統(tǒng)運(yùn)行。為此，F(xiàn)154A發(fā)動機(jī)上安裝有兩個真空泵，每個汽缸組上各一個。真空泵安裝在發(fā)動機(jī)前面，由進(jìn)氣凸輪軸驅(qū)動。一個鋁制真空罐安裝在發(fā)動機(jī)艙的右下區(qū)域，如圖46所示。

以下系統(tǒng)和子系統(tǒng)使用真空：

制動助力器

廢氣旁通閥控制

進(jìn)氣旁通閥控制

二次空氣系統(tǒng)閥控制

排氣旁通閥控制

兩個真空泵安裝在發(fā)動機(jī)前面，每個進(jìn)氣凸輪軸上各安裝一個，供應(yīng)用于運(yùn)行許多輔助系統(tǒng)的真空，如圖47所示。

（九）二次空氣系統(tǒng)

二次空氣系統(tǒng)如圖48所示。

F154A發(fā)動機(jī)裝備一個二次空氣噴射裝置，其目的是減少冷啟動后發(fā)動機(jī)暖機(jī)過程中產(chǎn)生的氣體排放。冷啟動后噴射至排氣口內(nèi)的富含氧空氣將與仍然含有未燃燒燃油的排氣混合在一起。這將使排氣管道內(nèi)產(chǎn)生二次燃燒，進(jìn)而減少排氣排放物并確保催化轉(zhuǎn)化器快速達(dá)到其工作溫度。

二次空氣系統(tǒng)由以下部件組成：

兩個真空促動的二次空氣閥，安裝在發(fā)動機(jī)前部，每個汽缸蓋上各一個，如圖49所示

二次空氣管道，集成在汽缸蓋鑄件內(nèi)，將二次空氣閥與汽缸蓋內(nèi)的排氣口直接相連

1個電動空氣泵，由發(fā)動機(jī)ECU 啟動

1個電磁閥，通過真空驅(qū)動各二次空氣閥。電磁閥由發(fā)動機(jī)ECU驅(qū)動

1個二次空氣壓力傳感器，安裝在從空氣泵至兩個二次空氣閥的管道上。壓力傳感器與增壓壓力傳感器相同，由ECM（OBD 要求)用來對二次空氣系統(tǒng)進(jìn)行診斷

二次空氣泵由ECM通過前PDC內(nèi)的繼電器啟動。1個電動空氣泵（如圖50上圖所示）安裝在發(fā)動機(jī)前部的下副車架上。兩個二次空氣電磁閥安裝在支架上。二次空氣壓力傳感器（如圖50下圖所示）。

（十）EVAP系統(tǒng)和油箱泄漏檢測

燃油蒸氣活性炭罐安裝在右后側(cè)車輪拱罩區(qū)域內(nèi)，如圖51所示。存儲在活性炭罐內(nèi)的燃油蒸氣由活性炭罐回收至進(jìn)氣系統(tǒng)中?；钚蕴抗尬挥诎l(fā)動機(jī)艙內(nèi)右側(cè)，發(fā)動機(jī)上穩(wěn)定桿正下方。它由ECM通過脈寬調(diào)制（PWM）信號控制。

DMTL單元安裝在活性炭罐附近，設(shè)計用于按照OBD 法規(guī)（僅限美國/加拿大技術(shù)參數(shù)的車輛）檢測油箱泄漏。它由一個機(jī)械電子方式驅(qū)動的空氣泵以及帶集成式基準(zhǔn)限流閥的轉(zhuǎn)換閥組成。在其中一種設(shè)置下，空氣泵將空氣通過基準(zhǔn)限流閥輸送，在其他設(shè)置下通過活性炭罐輸送至燃油箱系統(tǒng)中。發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)測量空氣泵在各設(shè)置下的電流消耗量。電流值比較是檢測油箱是否泄漏的一種方式。

（十一）發(fā)動機(jī)同步和點(diǎn)火系統(tǒng)

1.發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器

發(fā)動機(jī)使用新的轉(zhuǎn)速傳感器（博世DG-23i)，傳感器位于發(fā)動機(jī)后側(cè)中央位置，如圖52所示。傳感器從58齒（60-2）調(diào)和輪提取轉(zhuǎn)速信號；調(diào)和輪安裝在發(fā)動機(jī)撓性板上。這是一個數(shù)字式霍爾效應(yīng)傳感器，具有特殊的工作參數(shù)，能夠檢測曲軸的轉(zhuǎn)動方向。傳感器能夠在發(fā)動機(jī)沒有運(yùn)行的情況下識別曲軸的位置，可以在關(guān)閉后迅速啟動發(fā)動機(jī)。這個功能使得系統(tǒng)特別適合于停車&起步功能。數(shù)字式傳感器位于飛輪端中心位置，可從58齒的調(diào)和輪上提取轉(zhuǎn)速信號。圖53顯示了轉(zhuǎn)速傳感器如何根據(jù)發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向生成不同輸出信號的過程。

2.發(fā)動機(jī)正時傳感器

所使用的發(fā)動機(jī)正時傳感器與F136發(fā)動機(jī)所使用的相同，但是新系統(tǒng)還使用了帶正時傳感器的排氣凸輪軸，因而，新系統(tǒng)總共有4個傳感器，而以前的發(fā)動機(jī)中只有2個傳感器。正時傳感器使用霍爾效應(yīng)元件，從安裝在各個凸輪軸上的調(diào)和輪上提取信號。憑借正時傳感器，ECM能夠識別發(fā)動機(jī)的位置，正時傳感器還可用于正時調(diào)節(jié)器的閉環(huán)控制?；魻栃?yīng)正時傳感器同時用于進(jìn)氣和排氣凸輪軸上，如圖54所示。兩個正時傳感器安裝在左右汽缸蓋上。正時傳感器的調(diào)和輪有4個齒（2×40°和2×140°)，如圖55所示。

3.點(diǎn)火線圈和火花塞（如圖56所示）

所用的點(diǎn)火線圈為Eldor品牌，正如F136代發(fā)動機(jī)上的一樣，但它們的點(diǎn)火電源更大、火花持續(xù)時間更長（大于1.2ms，而以前為大于0.8ms）。與進(jìn)氣道噴射發(fā)動機(jī)相比， 這是非常必要的，因?yàn)镚DI發(fā)動機(jī)上的火花塞更容易積垢。點(diǎn)火系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件采用多個火花，每個周期最多3個火花。

4.爆震控制

4個具有線性特性參數(shù)的壓電式感應(yīng)爆震傳感器（博世KS-4-K）安裝在發(fā)動機(jī)V形曲軸箱頂部。這些傳感器將結(jié)構(gòu)性震動轉(zhuǎn)換為電信號，并由ECM對這些信號進(jìn)行評估。系統(tǒng)根據(jù)爆震的強(qiáng)度和頻譜信息以及非爆震燃燒對爆震傳感器的信號進(jìn)行評估。ECM能夠使用多個變量消除發(fā)動機(jī)的爆震：點(diǎn)火正時、噴油正時和增壓壓力。博世KS-4-K爆震傳感器，如圖57所示。

（十二）可變氣門正時控制

全新F154A 發(fā)動機(jī)的獨(dú)特裝置是安裝在全部4根凸輪軸上的正時調(diào)節(jié)器。各正時調(diào)節(jié)器通過改變調(diào)節(jié)器內(nèi)不同提前室和滯后室內(nèi)的油量來工作。位于各調(diào)節(jié)器附近氣門蓋上的油壓控制閥控制流向調(diào)節(jié)器各室內(nèi)的油量。正時電磁閥由來自ECM 的脈寬調(diào)制（PWM）信號連續(xù)控制，從而使氣門正時完全連續(xù)變化。

當(dāng)發(fā)動機(jī)關(guān)閉時，調(diào)節(jié)器內(nèi)的油壓下降，調(diào)節(jié)器返回至其靜止位置，如下所述：

進(jìn)氣門凸輪軸調(diào)節(jié)器：完全滯后位置

排氣門凸輪軸調(diào)節(jié)器：完全提前位置

在正時調(diào)節(jié)器位于靜止位置或附近時，可消除氣門重疊。ECM基于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動機(jī)負(fù)荷通過使用復(fù)合特性圖啟用各汽缸組的兩個調(diào)節(jié)器。通過使用凸輪軸位置（正時）傳感器，ECM 可在閉環(huán)模式下控制可變氣門正時。兩個脈寬調(diào)制（PWM）控制的油壓控制閥用于啟用可變氣門正時，安裝在氣門蓋的后端，如圖58所示。

表14 發(fā)動機(jī)運(yùn)行模式

九、發(fā)動機(jī)運(yùn)行模式

發(fā)動機(jī)具備三種運(yùn)行模式，取決于駕駛員所選擇的駕駛類型，如表14所示。

1.正常

此模式在點(diǎn)火開關(guān)旋至開啟（ON）位置后默認(rèn)為啟用。

發(fā)動機(jī)對節(jié)氣門開度響應(yīng)靈敏度正常

正常增壓（650N·m）

排氣旁通閥在3000r/min之前保持關(guān)閉

轉(zhuǎn)速限制器設(shè)置在7000r/min

2.運(yùn)動

由于踏板瞬態(tài)性能更加強(qiáng)勁，發(fā)動機(jī)對節(jié)氣門開度響應(yīng)較快

過度增壓（710N·m）

排氣旁通閥始終打開

轉(zhuǎn)速限制器設(shè)置在7200r/min

3.I.C.E.

發(fā)動機(jī)對節(jié)氣門開度響應(yīng)比較溫和

較低增壓，發(fā)動機(jī)扭矩限制在450N·m

排氣旁通閥在5000 r/min之前保持關(guān)閉

轉(zhuǎn)速限制器設(shè)置在6700r/min

(待續(xù))