瑪莎拉蒂V6發(fā)動機結構原理（四）

王鐘原

瑪莎拉蒂V6發(fā)動機結構原理（四）

王鐘原

（三）進氣系統(tǒng)

進氣系統(tǒng)如圖42所示。

1.空氣濾清器和殼體

在發(fā)動機艙前部有2個紙質濾芯空氣濾清器及其殼體。為方便檢修，無須拆卸其他部件便可進行拆裝。空氣濾清器濾芯和殼體與Quattroporte V8上的完全相同，但取消了左側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)動機采用兩個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。傳感器還集成了進氣溫度傳感器（IAT）。這些傳感器與F154A V8發(fā)動機所采用的相同。

HFM7為第七代數字式空氣流量傳感器，帶有兩條空氣流道。憑借偏心設計，水和顆粒物通過離心力與空氣分離。清潔空氣經由一個通道進入傳感器元件進行測量，含有水分和顆粒物的空氣經由另一個通道直接導出傳感器，從而使得傳感器元件較少受到外部物質引起的損害和污染。這種新型傳感器的另一個特殊優(yōu)點是減少了壓降（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）。數字式博世HFM7空氣流量傳感器使用單濾網空氣過濾器和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 進氣系統(tǒng)

圖43 空氣流量傳感器

HFM7傳感器可生成5V的數字式變頻空氣質量信號，對電磁干擾的敏感性更弱。但是，其信號只能使用示波器檢查。當傳感器通電但無空氣流經時，頻率會從固定1.8kHz開始變化并到達在滿負荷條件下的最大約12～14kHz。在怠速期間，頻率約為2.1kHz。進氣溫度信號為模擬式。

3.中冷器

兩個中冷器安裝在散熱器單元的每側，通過前保險杠兩側的格柵與迎面風進行熱交換。V8 發(fā)動機采用了相同的單元。中冷器通過減少由渦輪增壓產生的進氣空氣熱量來提高進氣系統(tǒng)的效率。在壓縮時空氣溫度會上升并相應地失去密度，該現(xiàn)象會部分抵消對空氣壓縮所帶來的優(yōu)勢。冷卻空氣會變得更為濃密，因此可將更多的空氣帶入汽缸內。進氣溫度降低會保持更濃的空氣進入到發(fā)動機中，從而實現(xiàn)增壓。進氣溫度降低也會降低發(fā)動機爆震的危險。中冷器保持增壓的優(yōu)勢，提高發(fā)動機輸出。F160發(fā)動機的中冷器如同對應風道一樣進行了專門設計，將進氣阻力降至最低。

4.增壓壓力傳感器

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

圖44 增壓壓力傳感器

5.節(jié)氣門體

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

圖45 節(jié)氣門體

6.進氣歧管和進氣歧管壓力傳感器

壓力傳感器（ BOSCH DS-S3-TF）安裝在進氣歧管的后側。該傳感器可測量節(jié)氣門下游位置的歧管實際壓力。壓力測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，因而還能測量歧管空氣溫度。與在節(jié)氣門上游安裝的壓力傳感器相似，歧管傳感器用于增壓管理。當空氣密度隨著溫度升高而變小時，歧管空氣溫度信號可以讓ECM對增壓過程空氣溫度的變化進行補償。帶節(jié)氣門體的強化塑料進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 進氣歧管總線

（四）渦輪增壓器

F160發(fā)動機采用兩個平行渦輪增壓器，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。該解決方案對比分體式歧管和渦輪結構要更為有效和緊湊。由日本IHI專門為F160發(fā)動機系列量身打造的水冷式渦輪增壓器具有固定幾何結構。低慣量44.5mm渦輪由鉻鎳鐵合金構成，而51mm壓縮機葉輪則為鋼制。排氣通道維持了極短設計，因此各汽缸組的廢氣在到達渦輪內前不會混合。該技術改善了排氣系統(tǒng)的廢氣流動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。注意兩個缸組間的排氣歧管設計差異。該設計順應于發(fā)動機點火，以優(yōu)化排氣流量。

工作原理：每個增壓器包括兩個主要部分。廢氣渦輪置于排氣路徑內，由熱廢氣驅動。離開燃燒室的廢氣包含大量的熱能和動能，否則會損失掉。在渦輪中，這種能量被轉換為動能，使渦輪葉輪旋轉。渦輪葉輪與壓縮機葉輪安裝在同一根軸上，壓縮機安裝在進氣軌道上。壓縮機葉輪快速旋轉，提高了進氣速度，增加進氣系統(tǒng)內的空氣壓力，這就叫作增壓或充氣。由于發(fā)動機能夠產生的扭矩量主要由每個循環(huán)所消耗的空氣流量來確定，因此在發(fā)動機排量給定的前提下增加進氣是優(yōu)化發(fā)動機扭矩和動力輸出的理想方式。

1.渦輪廢氣風門

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 渦輪廢氣風門

在排氣系統(tǒng)拆除后，可清楚地看到渦輪廢氣風門，如圖50所示。各個渦輪增壓器均帶有一個真空操縱式渦輪廢氣風門。渦輪廢氣風門可在無須或僅需少量的渦輪增壓時將渦輪周圍的廢氣引走，并可用于限制最大增壓度。每個渦輪廢氣風門由真空執(zhí)行器來驅動。ECM根據增壓目標通過PWM信號來激活真空調節(jié)電磁閥。這使發(fā)動機管理系統(tǒng)能夠精確控制繞過渦輪的廢氣量，從而控制進氣充氣量。真空調節(jié)器位于發(fā)動機進氣歧管的上部。渦輪廢氣風門為常開式并由真空關閉。

2.進氣旁通閥

V6發(fā)動機的一大特點為渦輪增壓器的進氣旁通閥為電動式，如圖51所示。各渦輪增壓器壓縮器的出口安裝了電控進氣旁通閥。相比較，F(xiàn)154A V8發(fā)動機采用了真空控制式進氣旁通閥。當閥門開啟時，在進氣葉輪下游建立的通路會將氣體釋放。旁通閥通過開關型策略由ECM控制。旁通閥在節(jié)氣門突然關閉時起作用，目的是防止壓縮器輪因為節(jié)氣門關閉所導致的壓力升高而減速。該策略減少了渦輪遲滯。

圖51 進氣旁通閥位置

3.增壓控制

為實現(xiàn)對感應增壓的控制，發(fā)動機管理系統(tǒng)對下列新參數進行管理：

◆進氣壓縮在節(jié)氣門開度達到100%，系統(tǒng)需要更大扭矩時開始

◆根據駕駛員的扭矩請求確定節(jié)氣門上游的目標增壓壓力

◆ECM關閉渦輪廢氣風門，讓更多廢氣進入渦輪增壓器，提高增壓器的轉速

◆進氣葉輪轉速升高，壓縮進氣

◆當增壓壓力傳感器測量得到的進氣壓力達到目標值后，渦輪廢氣風門維持位置不變

◆進氣旁通閥在增壓壓力過高時，或在特定過程（“松油門”階段）釋放部分壓力

如果歧管內空氣溫度升高，進氣的密度會降低。因而，ECM將提高增壓壓力，以便保持目標質量型空氣流量。質量型空氣流量直接與發(fā)動機扭矩相關。當歧管空氣溫度超過50℃時，減少增壓壓力，以消除發(fā)動機爆震。

（五）排氣系統(tǒng)

全不銹鋼排氣系統(tǒng)由每氣缸組各一個的催化轉化器、一個前消聲器、一個用于平衡系統(tǒng)背壓的X形連接管和兩個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)動機轟鳴聲，如圖52所示。

1.催化轉化器和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)兩級式傳感器（ BOSCH LSF）。催化器的催化核心與V8發(fā)動機上采用的相同，但對貴金屬（鉑金）活性表面的浸漬水平進行了優(yōu)化，以滿足各種排放標準。RWD車輛（左上）和AWD車輛（右上）的催化器均有獨特的布局。由于AWD系統(tǒng)采用了略微不同的發(fā)動機位置和空間，因此進行了專門設計，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增強型。LSU4.9增強型為平面型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高級型傳感器不再使用修正電阻，因為校準現(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，同時傳感器加熱時間從小于10s提升到小于5s。傳感器加熱時間指的是從加熱過程開始，到泵送電流穩(wěn)定在最終值附近規(guī)定偏差帶內之間的時間。這個傳感器的輸出信號是一個線性電流信號，在混合氣較濃時為負值，當λ值為1（理論空燃比）達到零，而當混合氣變得較稀時開始變?yōu)檎怠Ｉ嫌窝鮽鞲衅饔糜谟土康拈]環(huán)控制（燃油修正），下游氧傳感器監(jiān)測催化器的效率并由ECM用于合理性檢查。如圖54所示BOSCH LSF4.2雙級氧傳感器（左）和BOSCH LSU4.9高級型寬帶氧傳感器（右）。

2.帶旁通閥的后消音器

后消音器旁通閥打開時，排氣管將更容易釋放尾氣。這樣既可以增加發(fā)動機最大扭矩，同時提高尾氣噪音。這已經成為瑪莎拉蒂汽車的獨特標志。兩個后消音器中的真空操縱旁通閥均由安裝在后副車架上的電磁閥控制。電子閥由發(fā)動機ECU通過開/關型控制策略控制。V6版全新Quattroporte可通過其雙橢圓形排氣管尾管進行識別。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3000r/min時關閉、3000r/min以上時開啟并視發(fā)動機負荷而定。運動駕駛模式，旁通閥在怠速期間和3000r/min以上發(fā)動機轉速行駛時開啟；在3000r/min以下時關閉。

（待續(xù)）