奔驰M274发动机简介(上)

2018-12-06福建林宇清

汽车维修与保养 2018年9期

关键词：曲轴箱凸轮轴火花

◆文/福建林宇清

新一代4缸带直喷和涡轮增压技术的汽油发动机M274(图1)取代了发动机M271EVO，这一全新的发动机在提高功率、扭矩和舒适型的同时，执行更严格的二氧化碳排放限制。为便于了解,按发动机的组成和工作原理,将其分为以下若干系统逐一介绍。

图1 M274发动机

一、机械系统

该系统包括了发动机的主要机械部件和机构,如汽缸盖、凸轮轴调节、曲轴箱等。

1.汽缸盖

与M271EVO一样，M274的汽缸盖(图2)依旧采用四气门设计，并改进和优化了凸轮轴、调节器和进气门的工作，以满足均质直接喷射的要求。

图2 M274汽缸盖

2.凸轮轴调节机构

新型锻造的进气和排气凸轮轴调节器(图3)是采用液压旋转驱动方式的叶片式调节器，实现了对正时更加迅速的无级调节。凸轮轴无级调节最多40°曲轴转角，即进气调节器提前最大30°曲轴转角，排气调节器延迟最大40°曲轴转角。这样，气门重叠角可在较宽的限制范围内变化，从而优化了发动机扭矩，改善了排气特性。另外，由于调节器质量更小，使调节更迅速和更精确。

凸轮轴调节由发动机控制单元(ME)控制，根据发动机转速和负荷，ME通过PWM信号促动凸轮轴电磁阀，然后推动控制柱塞，这样，来自凸轮轴油道内的油压就会进入与凸轮轴相连的叶片型调节器，推动调节器旋转，实现凸轮轴调节，如图4所示为凸轮轴调节器控制原理。

图4 凸轮轴调节器控制原理

3.链条传动

凸轮轴由带齿链条驱动，链条传动(图5)包括两个导轨和一个涨紧轨，由于导轨和涨紧轨不与正时箱盖罩接触，因而显著降低了噪音。

图5 链条传动

4.曲轴箱

M274的曲轴箱(图6)由铝合金压铸而成，由于多重横向和纵向支撑的设计，曲轴箱的硬度较高。该装配有两个曲轴箱通风系统(图7)：部分负荷通风系统和全负荷通风系统。

图6 M274曲轴箱

图7 曲轴箱通风系统

(1)部分负荷通风系统

通风从机油分离器开始到增压空气分配管，安装在部分负荷通风管上部分负荷通风系统电磁阀(Y58/2)保持常开状态。在减速模式下，由ME促动该电磁阀，关闭从曲轴箱至增压空气分配管的部分负荷通风管。

(2)全负荷通风系统

通风从机油分离器开始至进气管，通风气体从排气侧排出，从而可高效且精确地分离机油。位于全负荷通风管上的加热器元件(R39/2)由ME控制，一旦外界气温降到7℃以下，ME就会促动R39/2，防止通风系统结冰以及相应的发动机损坏。

5.曲轴连杆机构

曲轴通过采用中空铸造显著降低了质量，并带有4个平衡器；连杆长度增加了8.7mm；活塞直径增加了1mm，但质量并未因此而增加；压缩行程从85mm减小至73.7mm。这些改进使曲轴箱连杆机构(图8)与燃烧系统和喷油嘴的位置可以更好地相匹配。

图8 曲轴连杆机构

6.皮带驱动

与M271EVO相比，M274取消了动力转向泵，这样，曲轴皮带轮的驱动范围缩小为制冷压缩机、发电机、冷却液泵。这些部件由一根低维护的多楔V型皮带驱动，如图9所示，该皮带由带涨紧轮的自动皮带涨紧器涨紧。

图9 皮带驱动

二、点火系统

传统点火系统采用单火花点火，即在每次点火循环内产生一次火花。为确保点燃混合汽，M274采用了高能点火线圈，火花持续时间较长，且每个点火循环可使用多次火花，该系统叫多火花点火系统(图10)。多火花与单火花点火的开始方式相同，最初会对线圈充电，使其产生初级电流，在点着火点的瞬间，充电电流切断，从而产生火花。但是在多火花模式下，线圈不会完全放电，系统会对线圈中的次级电流进行测量，该次级电流的大小取决于线圈的充电水平。如果该电流降至阈值以下，则线圈的电控装置会再次提供充电电流；当达到阈值时，初级电路断开，再次感应出高电压，产生另一次火花,之后的火花也以相同的方式产生。多火花点火能够降低燃油消耗量。

图10 多火花点火系统

三、燃油供应系统

M274的燃油供应系统由低压回路和高压回路组成,低压回路提供燃油压力,经高压回路压缩至200bar(1bar=105Pa)左右的高压后,两个回路的组成部件及相应的工作原理如下。

1.低压回路

燃油泵控制单元促动燃油泵，产生4.0～6.7bar的燃油低压，经燃油滤清器过滤杂质和吸收不规则的压力波动后，输送至高压泵，最大输送量为130L/h，如图11所示为M274低压系统原理图。需要注意的是：在实车中燃油泵和滤清器集成为一体。

图11 M274低压系统

2.高压回路

高压泵为单柱塞泵，位于汽缸盖的后部，图12所示为高压泵结构示意图，由进气凸轮轴驱动，根据直喷的需求，将低压燃油压缩至200bar左右,并输送至油轨,然后通过喷油嘴以高压喷入缸内燃烧，燃油高压由油轨上的压力传感器监测，然后将相应的信号传送至ME,ME再通过CAN总线将信息传输至燃油泵控制单元，用于调节油压。此外，在高压泵上集成了一个流量控制阀,用于调节进入高压泵的燃油量，其功能相当于进油节流阀(比例阀)，图13所示为燃油高压系统。

图12 高压泵

图13 燃油高压系统

3.低压紧急运行

当高压回路出现故障而无法建立高压时，低压紧急运行启用(图14)。此时，燃油低压升高到4.5～6.7bar，流量调节阀不通电并因此打开，燃油通过调节阀进入油轨，喷油嘴促动的时间延长，发动机功率降低，最大车速为70km/h。

图14 紧急运行

四、进气系统

M274采用了带空气冷却的涡轮增压器(图15)，以增加进气压力，因此，提高了输出功率和扭矩。

图15 涡轮增压器

1.增压功能

废气通过排气歧管进入涡轮增压器，用于驱动涡轮；增压器的压缩机叶轮通过一根轴与涡轮刚性连接，从而以相同速度被带动。当空气流向压缩机入口时，就会被压缩并带来温度升高，然后进入增压空气冷却器,冷却增压空气。增压器上的消音器可以减少增压过程中产生的气流噪音，并抑制增压压力的变化。该涡轮增压的最大增压压力为1.1bar，图16所示为涡轮增压功能原理图。

2.增压压力控制压力转换器

增压压力控制压力转换器(Y31/5)位于在正时箱盖上方，由ME根据特性图和负荷促动。其结构和原理如图17、18所示，在电磁阀未被促动的情况下，通道1和3相通，即通道3通大气。当电磁阀被促动时，固定板由线圈吸出，并且密封橡胶块关闭通风口，通道2和3之间的连接被打开，这样从进气歧管到真空单元之间的真空就被建立，图19所示为真空供应原理图。