奔馳M276/M278發動機技術亮點介紹(上)

◆文/福建 林宇清

奔馳M276/M278發動機技術亮點介紹(上)

◆文/福建 林宇清

一、M276/M278發動機的特性

新一代V型6缸和8缸汽油發動機M276和M278取代了前款非常成功的發動機M272和M273，將重點放在了減小尺寸、模塊化和技術開發等方面，使其滿足了不斷變化的市場需求和法規要求。這兩款發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，從而降低了發動機內部摩擦、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發動機

圖2 M272和M276扭矩和功率曲線

此外，全新的6缸發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，會在整個燃燒室內產生均勻的空氣/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發動機

圖4 M273和M278扭矩和功率曲線

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

二、機械系統

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。機油散熱器位于發動機左支架的下方，節約了空間；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。在所有負荷狀態下，發動機均通過調壓閥從分離器處開始通風，為此，一條通風管從調壓閥連接到節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，經過調壓閥和止回閥，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，發動機采用從離心機開始，經過調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。兩級鏈條傳動系統不僅實現了緊湊型的設計，減小了發動機縱向尺寸、增加了安全性，而且進一步優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發動機中曲軸總成(圖10)與前款發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)對活塞環進行了優化，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

傳統工作模式會對點火線圈充電，且每次點火循環產生一次火花，即單火花點火。為確保點燃混合汽，M276和M278采用了火花持續時間較長的高能點火線圈，每個點火循環還可使用多次火花，即多火花點火系統。多火花點火與單火花點火循環的開始方式相同，開始會對線圈充電，使其產生所需的初級電流，在點火點位置瞬間切斷充電電流，從而產生火花。但是在多火花模式下，線圈不會完全放電，系統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測。當達到閾值時初級電路斷開，再次感應出高電壓，這會產生另一次火花，之后的火花也以相同的方式產生。多火花點火的優點是能夠提高燃油效率，圖11為多火花點火系統的初級和次級電流曲線，點火系統的功能原理如圖12所示。

圖11 多火花點火系統的初級和次級電流曲線

四、燃油供應系統

M276和M278采用新開發的第三代直接噴射系統，該系統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，根據燃油溫度和轉速的變化，產生4.5～6.7bar(1bar=105Pa)的燃油壓力，并將其輸送至燃油高壓泵。

圖12 點火系統的功能原理圖

圖13 M276低壓系統

圖14 M278低壓系統

(2)燃油濾清器

燃油濾清器過濾燃油中的雜質，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，例如與發動機控制單元通信，根據發動機的要求調節燃油泵工作。 (未完待續)

更正

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

圖2 電子節氣門的閉環控制