奔馳最新8缸發動機M176簡介(中)

◆文/福建 林宇清

(接2018年第7期)

點火模式使用多火花點火，與傳統的單火花工作模式相比，多火花點火使用了更多的火花。這并不是一系列的數個單火花一個接一個地點火，而是點火線圈在期間反復充電以便為火花重復提供充足的能量。多火花點火的開始階段和單火花點火一樣，點火線圈從一開始就充電，直至達到所需的初級線圈電流，該電流在點火時刻中斷，由此產生火花，點火系統曲線如圖17所示。但是，點火線圈未完全放電，次級線圈電流的大小取決于點火線圈充電量，并在點火線圈中進行測量。如果次級線圈電流降至閾值以下，那么線圈電子裝置會再次提供充電電流，流過的初級電流大小也會受到監測，當達到電流閾值時，則初級電路斷開， 并再次切換至高電壓生成模式，產生另一次火花。之后的火花產生原理相同，發動機點火順序如圖18所示。

圖17 點火系統曲線

圖18 發動機點火順序

五、燃油供應系統

M176的燃油供給系統與M278相同，由低壓回路和高壓回路組成，在所有工況下，從燃油箱中將已過濾的低壓燃油供至高壓泵，然后通過油軌進行無回流式高壓噴入缸內燃燒。

1.低壓回路

低壓回路如圖19所示，燃油泵由燃油系統控制單元(N118)促動，然后從油箱中抽取燃油，產生大約4.5～6.7bar(1bar=105Pa)的燃油低壓，并通過燃油濾清器輸送至高壓泵。燃油濾清器上集成了溢流閥、止回閥和虹吸泵。溢流閥在約為7～9bar的油壓范圍內打開，卸載的壓力用于驅動虹吸泵，以便將左半油箱中的燃油抽吸到右半油箱，確保油箱左右兩側的油量平衡；止回閥在燃油泵關閉時，防止燃油壓力下降至約4.5bar以下。

N118不斷讀取燃油壓力傳感器(B4/7)的電壓信號，用于評估當前的燃油壓力，并將其與標準的燃油壓力進行比較，據此促動燃油泵，從而使實際壓力接近于標準壓力。為確定燃油需求，ME對燃油壓力和負荷要求進行評估，然后將信息通過CAN總線反饋給N118處理，從而將供油量調節在0～130L/h的范圍內。

圖19 低壓回路

2.高壓回路

高壓回路如圖20所示，M176具有兩個高壓泵，位于汽缸蓋的上方，由排氣凸輪軸驅動，將燃油壓縮至直接噴射所需的最大為200bar的高壓，然后通過8個噴油器精細霧化后噴入缸內燃燒。高壓泵上集成了一個油量控制閥(Y94/1和Y94/2)，由ME的脈沖寬度調制 (PWM) 信號促動，可根據需求調節進入高壓泵的燃油流量。燃油壓力和溫度傳感器集成在油軌上，檢測當前的燃油高壓以及燃油溫度，相應的信號傳送給ME分析，然后由ME通過CAN網絡傳送至N118分析，用于調節油壓。高壓泵的最高壓力為200bar，只有當車輛靜止且擋位在“N” 或“P”時， 壓力才會降至130bar，以減少高壓泵的噪音。如果發動機在較熱時關閉，高壓回路中的油壓可能會升高至250bar，一旦達到該閾值，高壓泵內的限壓閥會立即打開，隨后壓力降低，再次啟動發動機時，壓力迅速降至200bar的標準工作壓力。

3.低壓緊急運行

當高壓泵有故障而無法建立高壓時，燃油系統低壓緊急運行模式啟用，油壓維持在4.5～6.7bar之間，油量控制閥打開，燃油通過控制閥進入油軌，噴油嘴促動時間延長，發動機功率降低，限定車速最高為70km/h。

六、渦輪增壓系統

在M176上，空氣通過濾清器凈化和渦輪增壓器壓縮后輸送至增壓空氣冷卻器，為獲得盡可能短的增壓空氣路徑(圖21)，兩個節氣門構成了增壓空氣冷卻器和增壓空氣分配器之間的連接.增壓空氣分配器通過螺栓直接固定在每個汽缸蓋的進氣口上。

為獲得更佳的響應性，V8雙渦輪發動機的汽缸蓋已進行重新設計，進氣側在外側，排氣側在內側(圖22)。其“Hot inside V”(內置渦輪增壓器)使V8雙渦輪增壓器更緊湊。為保護發動機部件，歧管和排氣渦輪增壓器已單獨隔離。

1.增壓壓力控制

排氣的流動能量用于驅動渦輪旋轉，壓縮機葉輪由于剛性連接到渦輪上而以相同的速度被帶動，從而壓縮干凈的空氣，然后壓縮的增壓空氣通過增壓空氣冷卻器和分配器流至汽缸。

增壓壓力通過壓力轉換器(Y77/1)以電子氣動方式進行控制(圖23)，真空由發動機上的機械真空泵產生。ME根據控制單元內部的特性圖和負荷來促動壓力轉換器，以控制增壓壓力，在全負荷操作時，產生最大增壓壓力。為降低增壓壓力，ME促動壓力轉換器，然后轉換器利用真空組件和連桿打開增壓壓力控制風門，即打開旁通回路，使部分廢氣流通過旁路繞過渦輪進入排氣管，整個控制原理與M278相同。通過這種方式，可根據發動機的當前負荷需求調節增壓壓力。

圖23 增壓壓力控制

如果真空泵和真空室之間的管路出現泄漏，則增壓壓力無法升高。為監測當前增壓壓力， ME需要綜合評估節氣門上游左側和右側壓力傳感器信號以及空氣濾清器下游的壓力傳感器器信號。

2.旁通減壓功能

在車輛啟動減速模式之后，由于慣性的影響，渦輪增壓器會繼續轉動一段時間。這樣，在快速關閉節氣門的情況下，渦輪增壓器下游的氣流會產生背壓和不良振動，即壓力波，導致增壓器振動(短促的嚎叫聲和機械應力)。

如果ME通過左側和右側實際數值電位計1(M16/60r1和M16/61r1)和左側和右側實際數值電位計2(M16/60r2和M16/61r2)識別到節氣門關閉而進入減速模式，就會促動左側和右側旁通空氣轉換閥(圖24)。轉換閥位于增壓空氣冷卻器上，會打開自渦輪增壓器下游增壓空氣側至空氣濾清器下游吸入側的旁通通路，使多余的增壓壓力和相應的空氣量快速降低和減少， 從而防止渦輪增壓器上的壓縮機葉輪制動。

圖24 旁通空氣轉換閥

3.增壓空氣冷卻

兩個汽缸列各有一個增壓空氣冷卻器，并與帶低溫冷卻器和循環泵(M43/6)的低溫冷卻回路相連。空氣因壓縮而受熱，通過增壓空氣管流至增壓空氣冷卻器降溫。增壓空氣冷卻系統使增壓空氣溫度保持60℃，冷卻后的氣流具有較高密度，會增大汽缸容積效率， 從而改善發動機性能。排氣溫度的降低減少了爆震的可能性，也使氮氧化物(NOx)的排量減少。

增壓空氣溫度由左側和右側增壓空氣溫度傳感器檢測，然后以電壓信號的形式傳送至ME分析和評估。如果增壓空氣溫度高于35℃，ME將信號通過傳動系統CAN總線傳遞給傳動系統控制單元(N127)，由N127通過LIN線促動循環泵，直至增壓空氣溫度降至25℃以下，循環泵才會關閉，低溫回路如圖25所示。

圖25 低溫回路圖

七、排氣系統

排氣系統由催化轉換器、催化轉換器上游和下游的氧傳感器以及消音器組成。廢氣處理系統的任務是減少廢氣中CO、HC、NOx的排放，同時，將混合物的空燃比嚴格控制在λ=1的限制范圍內，實現催化轉換器中更高的廢氣轉換率。

八、冷卻系統

發動機的冷卻液溫度由ME內部的熱量管理系統控制，具有快速達到工作溫度、減少廢氣排放、節約燃油(最高約4%)和提高加熱舒適性的優點。發動機冷卻回路如圖26所示。

1.冷卻液節溫器調節

冷卻液溫度可通過可加熱的雙滑閥式節溫器進行控制，節溫器中帶有一個加熱元件， 在必要時會由ME通過接地信號促動。雙滑閥式節溫器可調節為以下五個位置。(1)關閉(圖27)

在冷卻液溫度＜80℃且發動機轉速＜3 000r/min的情況下，節溫器上的兩個閥門完全關閉，這樣，通過靜止的冷卻液縮短發動機暖機階段，從而可節省燃油，減少CO2排放.

圖26 發動機冷卻回路

圖27 關閉位置

(2)旁通模式（圖28）

在部分負荷時，冷卻液溫度可升高至約105℃，此時加熱元件斷電，隨著發動機油溫度的升高，摩擦力得到改善。

(3)混合模式（圖29）

當冷卻系統在混合狀態下工作時，如果冷卻液溫度在105～120℃區間內，加熱元件斷電；如果在65～90℃區間內，加熱元件通電。以此方式可以根據需要調節到發動機散熱器的冷卻液流量。

圖28 旁通模式

圖29 混合模式

(4)散熱器工作

在全負荷情況下， 雙滑閥式節溫器可以非常迅速地打開，確保冷卻液大量的散熱，實現最佳的發動機冷卻效果和無爆震燃燒(圖30)。

圖30 散熱模式

(未完待續)