付貽瑋，李婕，朱春紅，徐天池

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汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子點(diǎn)火系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

付貽瑋，李婕，朱春紅，徐天池

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院汽車工程學(xué)院，北京 100176）

與上一代的M272發(fā)動(dòng)機(jī)相比，梅賽德斯奔馳M276發(fā)動(dòng)機(jī)的在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放等方面均有出色的表現(xiàn)。M276發(fā)動(dòng)機(jī)采用第三代ECI點(diǎn)火系統(tǒng)，以滿足日趨苛刻的燃油排放標(biāo)準(zhǔn)，并降低油耗水平，配合修改后的發(fā)動(dòng)機(jī)停止/啟動(dòng)系統(tǒng)，理論上相較M272發(fā)動(dòng)機(jī)最高能節(jié)省24%的燃油消耗量。

M276發(fā)動(dòng)機(jī)；優(yōu)化；機(jī)械結(jié)構(gòu)；燃油供給系統(tǒng)；點(diǎn)火系統(tǒng)

前言

自2010年秋季起，梅賽德斯-奔馳的S級(jí)和S級(jí)雙門轎跑車逐漸采用新一代V6和V8型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，分別以M276和M278取代型號(hào)M272和M273。M276采用了更多新工藝新技術(shù)，比M272減少了近15公斤重量，燃油消耗降低約18%。

M276發(fā)動(dòng)機(jī)與M272相比結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、熱效率高。機(jī)油的更換量由8.0升降至6.5升，機(jī)油容積的顯著降低使油底殼尺寸得以縮小，新開發(fā)的油底殼，可將其制成經(jīng)過優(yōu)化的薄壓鑄件，可將重量減輕約2.5千克。同時(shí)冷卻液使用量由11升減少到10.2升，由于冷卻回路縮短，水泵工作所消耗的能量是M272發(fā)動(dòng)機(jī)的一半左右。此外，節(jié)溫器、水泵皮帶輪、管路均由塑料制成，使發(fā)動(dòng)機(jī)整體重量進(jìn)一步下降。同時(shí)，M276發(fā)動(dòng)機(jī)在燃油供給與噴射、點(diǎn)火系統(tǒng)等方面均有性能方面的優(yōu)化。M276與M272功率和扭矩的對(duì)比曲線如圖1所示。

圖1 M276與M272功率和扭矩的對(duì)比曲線

M276發(fā)動(dòng)機(jī)借鑒了克萊斯勒Pentastar V6發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，缸體采用60度夾角設(shè)計(jì)，而非M272型發(fā)動(dòng)機(jī)的90度夾角。取消了M272發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的平衡軸，這不僅減少了發(fā)動(dòng)機(jī)重量，也使結(jié)構(gòu)更加緊湊。扭矩震動(dòng)輕，不需使用平衡軸，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部摩擦較低，降低耗油量和二氧化碳排放量。一條初級(jí)鏈條，兩條長次級(jí)鏈條，一條機(jī)油泵鏈條，每條鏈條都有張緊器，沒有平衡軸。優(yōu)點(diǎn)為單獨(dú)鏈條負(fù)荷少，所需張緊力低，發(fā)動(dòng)機(jī)高度減少（凸輪軸鏈輪直徑減少），鏈條短，震動(dòng)少，噪音低。優(yōu)化了發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)凸輪軸調(diào)節(jié)器，凸輪軸調(diào)節(jié)器的體積更小、重量更輕，反應(yīng)更迅速、更精確，軸向鎖止螺栓。此外，曲軸采用全鋁制曲軸箱，鑄鐵氣缸套；對(duì)機(jī)油和冷卻回路進(jìn)行高級(jí)控制和優(yōu)化。

M276發(fā)動(dòng)機(jī)采用第三代ECI點(diǎn)火系統(tǒng)，以滿足日趨苛刻的燃油排放標(biāo)準(zhǔn)，并降低油耗水平，配合修改后的發(fā)動(dòng)機(jī)停止/啟動(dòng)系統(tǒng)，理論上相較M272發(fā)動(dòng)機(jī)最高能節(jié)省24%的燃油消耗量。

1 點(diǎn)火接通過程

圖2 點(diǎn)火系統(tǒng)接通工作原理

1-端子15，接通要求；10-修正編程，通信；11-發(fā)動(dòng)機(jī)診斷指示燈，促動(dòng)；12-節(jié)氣門激活器，促動(dòng)；2-端子15繼電器，促動(dòng)；3-端子15，接通狀態(tài)；4-內(nèi)燃機(jī)端子87繼電器，促動(dòng)；5-端子30，狀態(tài)；6-端子87，狀態(tài)；7-端子31，狀態(tài)；8-燃油泵，接通請(qǐng)求；9-燃油泵，促動(dòng)A1-儀表盤；A1e58-發(fā)動(dòng)機(jī)診斷指示燈；A8/1-遙控鑰匙；G1-車載電網(wǎng)蓄電池；M16/6-節(jié)氣門激活器；M3-燃油泵；N10/1-前部帶保險(xiǎn)絲和繼電器模塊的信號(hào)采集及促動(dòng)模組(SAM)控制單元；N10/1kJ-端子15繼電器；N10/1kN-發(fā)動(dòng)機(jī)端子87繼電器；N118-燃油泵控制單元；N3/10-發(fā)動(dòng)機(jī)電子設(shè)備（ME）控制單元；CAN B-車內(nèi)控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)；CAN C-驅(qū)動(dòng)裝置控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)；CAN D-診斷控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)；CAN E-底盤控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)

點(diǎn)火系統(tǒng)接通的工作原理如圖2所示。點(diǎn)火開關(guān)接通時(shí)，ME中的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)啟用，發(fā)動(dòng)機(jī)處于起動(dòng)就緒狀態(tài)。這時(shí)，電子點(diǎn)火開關(guān)控制單元（N73），通過車內(nèi)控制總線（CAN B），以及帶保險(xiǎn)絲和繼電器模塊的前部信號(hào)采集及促動(dòng)控制模組（前SAM），促動(dòng)電路15繼電器(N10/1kJ)?！半娐?5接通”信號(hào)通過底盤區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CANE1）傳輸至ME控制單元。電路15繼電器將車載電氣系統(tǒng)電壓從“電路30”供至“電路15”。如果ME的電路15處存在電壓，發(fā)動(dòng)機(jī)87繼電器（N10/1kN）通過接地信號(hào)被促動(dòng)，這會(huì)使繼電器閉合其電源觸點(diǎn)，電壓從“電路30”經(jīng)“電路87 M4”傳輸至ME控制單元，并經(jīng)“電路87 M1/2/3”傳輸至發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的各傳感器和促動(dòng)器。如果“電路87 M4”處存在電壓，則發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)開啟，且ME控制單元中的輸出級(jí)驅(qū)動(dòng)器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)電路87繼電器進(jìn)行促動(dòng)。電路31通過車載電氣系統(tǒng)蓄電池(G1)的接地點(diǎn)(W10)，再經(jīng)過多條接地線連接到左側(cè)電子總成艙的接地點(diǎn)(W16/5)而實(shí)現(xiàn)接地。

2 點(diǎn)火關(guān)閉過程

點(diǎn)火系統(tǒng)關(guān)閉的工作原理如圖3所示。點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉時(shí)，ME中的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)先后關(guān)閉。這時(shí)，N73通過CAN B和前SAM關(guān)閉電路15繼電器(N1011kJ)，“電路15斷開”通過底盤控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN E1）傳輸至ME控制單元。如果ME控制單元接收到電路15繼電器的“電路15斷開”信號(hào)，則發(fā)動(dòng)機(jī)通過切斷燃油泵(M3)、噴油器(Y76)、點(diǎn)火線圈(T1)而關(guān)閉，且開始控制單元后續(xù)運(yùn)行。電路31通過車載電氣系統(tǒng)蓄電池(G1)的接地點(diǎn)(W10)，再經(jīng)過多條接地線連接到左側(cè)電子總成艙的接地點(diǎn)(W16/5)而實(shí)現(xiàn)接地。點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉時(shí)，ME控制單元由車載電網(wǎng)蓄電池通過“帶保險(xiǎn)絲的電路30”供電。

圖3 點(diǎn)火系統(tǒng)關(guān)閉原理

1-端子15，斷開要求；2-端子15繼電器，促動(dòng)關(guān)閉；3-端子15，斷開狀態(tài)；4,-端子30，狀態(tài)；5-端子31，狀態(tài)；A8/1-遙控鑰匙；G1-車載網(wǎng)絡(luò)蓄電池；N10/1-前部帶保險(xiǎn)絲和繼電器模塊的信號(hào)采集及促動(dòng)模組(SAM)控制單元；N10/1kJ-端子15繼電器；N3/10-發(fā)動(dòng)機(jī)電子設(shè)備（ME）控制單元；U1018 適用于火花點(diǎn)火型發(fā)動(dòng)機(jī)276；W10-右前蓄電池接地點(diǎn)；W16/5-左前機(jī)組艙電子系統(tǒng)接地點(diǎn)；CAN B-車內(nèi)控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)；CAN E-底盤控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)

在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)啟用時(shí)，ME控制單元會(huì)執(zhí)行以下功能。為確保整個(gè)操作流程，燃油泵(M3)由燃油系統(tǒng)控制單元(N118)促動(dòng)，直接促動(dòng)和通過傳動(dòng)系統(tǒng)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN C）促動(dòng)，對(duì)燃油泵的促動(dòng)僅在解鎖車輛后首次接通點(diǎn)火時(shí)進(jìn)行；儀表盤(A1)中的發(fā)動(dòng)機(jī)診斷指示燈(A1e58)通過底盤控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CANE1和CAN E2）被促動(dòng)，以進(jìn)行燈光檢查； 通過底盤控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CANE1）與電子點(diǎn)火開關(guān)控制單元交換數(shù)據(jù)（電路50信號(hào)和駕駛認(rèn)可）；節(jié)氣門促動(dòng)器(M1616)檢查其回縮彈簧(通過節(jié)氣門的位置)，并調(diào)節(jié)促動(dòng)器的位置；可通過診斷連接器(X11/4)讀取和刪除ME控制單元中的故障碼存儲(chǔ)器、診斷連接器通過CANE1和診斷控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAND）與ME聯(lián)網(wǎng)；可以使用Xentry診斷系統(tǒng)通過診斷連接器執(zhí)行修正編程或診斷?？墒褂肕E中的修正編程存儲(chǔ)并啟用發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的不同特性圖，例如：針對(duì)不同燃油等級(jí)進(jìn)行自適應(yīng)的點(diǎn)火特性圖(研究法辛烷值(RON)校正)；用于在不同工況下加濃空燃混合氣的混合氣特性圖、怠速基本設(shè)置；接合檔位的怠速；平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)檢測(cè)的故障設(shè)置條件；用于打開和關(guān)閉帶集成式控制的內(nèi)燃機(jī)和空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)扇馬達(dá)(M417)的溫度校正。

3 總結(jié)

M276自上市以來得到廣泛關(guān)注，其在結(jié)構(gòu)、材料、工藝等方面都較M272有很大的變化，使得它結(jié)構(gòu)更加緊湊、質(zhì)量輕、熱效率高。M276發(fā)動(dòng)機(jī)采用第三代ECI點(diǎn)火系統(tǒng)，以滿足日趨苛刻的燃油排放標(biāo)準(zhǔn)，裝用M276發(fā)動(dòng)機(jī)的梅賽德斯-奔馳的S級(jí)和S級(jí)雙門轎跑車在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放等方面均有出色的表現(xiàn)。隨著M276發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷改進(jìn)和優(yōu)化，其發(fā)展前景廣闊。

[1] 史文庫,孫國春,田彥濤.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)隔振系統(tǒng)最優(yōu)控制[J].車輛與動(dòng)力技術(shù), 2004, 2:01-04.

[2] 陳宏羽.電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)開發(fā)及其算法研究[D].吉林大學(xué), 2016.

Optimization design of engine electronic ignition system for an automotive engine

Fu Yiwei, Li Jie, Zhu Chunhong, Xu Tianchi

( School of Automotive Engineering, Beijing Electronic Technology Vocational College, Beijing 100176 )

Compared with the previous generation of M272 engine, Mercedes-Benz M276 engine has excellent performance in power, economy, emissions and other aspects. The M276 engine uses the third generation ECI ignition system to meet the increasingly stringent fuel emission standards and reduce fuel consumption. The modified engine stop/start system can theoretically save up to 24% fuel consumption compared with the M272 engine.

M276 engine; optimization; mechanical structure; fuel supply system; ignition system

A

1671-7988(2018)22-136-03

TK418

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1671-7988(2018)22-136-03

TK418

付貽瑋（1980-），男，助理實(shí)驗(yàn)師，本科，就職于北京電子科技職業(yè)學(xué)院汽車工程學(xué)院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.048