汽车发动机电子点火系统优化设计

付贻玮，李婕，朱春红，徐天池



汽车发动机电子点火系统优化设计

付贻玮，李婕，朱春红，徐天池

（北京电子科技职业学院汽车工程学院，北京 100176）

与上一代的M272发动机相比，梅赛德斯奔驰M276发动机的在动力性、经济性、排放等方面均有出色的表现。M276发动机采用第三代ECI点火系统，以满足日趋苛刻的燃油排放标准，并降低油耗水平，配合修改后的发动机停止/启动系统，理论上相较M272发动机最高能节省24%的燃油消耗量。

M276发动机；优化；机械结构；燃油供给系统；点火系统

前言

自2010年秋季起，梅赛德斯-奔驰的S级和S级双门轿跑车逐渐采用新一代V6和V8型汽油发动机，分别以M276和M278取代型号M272和M273。M276采用了更多新工艺新技术，比M272减少了近15公斤重量，燃油消耗降低约18%。

M276发动机与M272相比结构紧凑、质量轻、热效率高。机油的更换量由8.0升降至6.5升，机油容积的显著降低使油底壳尺寸得以缩小，新开发的油底壳，可将其制成经过优化的薄压铸件，可将重量减轻约2.5千克。同时冷却液使用量由11升减少到10.2升，由于冷却回路缩短，水泵工作所消耗的能量是M272发动机的一半左右。此外，节温器、水泵皮带轮、管路均由塑料制成，使发动机整体重量进一步下降。同时，M276发动机在燃油供给与喷射、点火系统等方面均有性能方面的优化。M276与M272功率和扭矩的对比曲线如图1所示。

图1 M276与M272功率和扭矩的对比曲线

M276发动机借鉴了克莱斯勒Pentastar V6发动机设计，缸体采用60度夹角设计，而非M272型发动机的90度夹角。取消了M272发动机上使用的平衡轴，这不仅减少了发动机重量，也使结构更加紧凑。扭矩震动轻，不需使用平衡轴，发动机内部摩擦较低，降低耗油量和二氧化碳排放量。一条初级链条，两条长次级链条，一条机油泵链条，每条链条都有张紧器，没有平衡轴。优点为单独链条负荷少，所需张紧力低，发动机高度减少（凸轮轴链轮直径减少），链条短，震动少，噪音低。优化了发动机正时凸轮轴调节器，凸轮轴调节器的体积更小、重量更轻，反应更迅速、更精确，轴向锁止螺栓。此外，曲轴采用全铝制曲轴箱，铸铁气缸套；对机油和冷却回路进行高级控制和优化。

M276发动机采用第三代ECI点火系统，以满足日趋苛刻的燃油排放标准，并降低油耗水平，配合修改后的发动机停止/启动系统，理论上相较M272发动机最高能节省24%的燃油消耗量。

1 点火接通过程

图2 点火系统接通工作原理

1-端子15，接通要求；10-修正编程，通信；11-发动机诊断指示灯，促动；12-节气门激活器，促动；2-端子15继电器，促动；3-端子15，接通状态；4-内燃机端子87继电器，促动；5-端子30，状态；6-端子87，状态；7-端子31，状态；8-燃油泵，接通请求；9-燃油泵，促动A1-仪表盘；A1e58-发动机诊断指示灯；A8/1-遥控钥匙；G1-车载电网蓄电池；M16/6-节气门激活器；M3-燃油泵；N10/1-前部带保险丝和继电器模块的信号采集及促动模组(SAM)控制单元；N10/1kJ-端子15继电器；N10/1kN-发动机端子87继电器；N118-燃油泵控制单元；N3/10-发动机电子设备（ME）控制单元；CAN B-车内控制器区域网络；CAN C-驱动装置控制器区域网络；CAN D-诊断控制器区域网络；CAN E-底盘控制器区域网络

点火系统接通的工作原理如图2所示。点火开关接通时，ME中的发动机管理系统启用，发动机处于起动就绪状态。这时，电子点火开关控制单元（N73），通过车内控制总线（CAN B），以及带保险丝和继电器模块的前部信号采集及促动控制模组（前SAM），促动电路15继电器(N10/1kJ)。“电路15接通”信号通过底盘区域网络（CANE1）传输至ME控制单元。电路15继电器将车载电气系统电压从“电路30”供至“电路15”。如果ME的电路15处存在电压，发动机87继电器（N10/1kN）通过接地信号被促动，这会使继电器闭合其电源触点，电压从“电路30”经“电路87 M4”传输至ME控制单元，并经“电路87 M1/2/3”传输至发动机管理系统的各传感器和促动器。如果“电路87 M4”处存在电压，则发动机管理系统开启，且ME控制单元中的输出级驱动器对发动机电路87继电器进行促动。电路31通过车载电气系统蓄电池(G1)的接地点(W10)，再经过多条接地线连接到左侧电子总成舱的接地点(W16/5)而实现接地。

2 点火关闭过程

点火系统关闭的工作原理如图3所示。点火开关关闭时，ME中的发动机管理系统先后关闭。这时，N73通过CAN B和前SAM关闭电路15继电器(N1011kJ)，“电路15断开”通过底盘控制器区域网络（CAN E1）传输至ME控制单元。如果ME控制单元接收到电路15继电器的“电路15断开”信号，则发动机通过切断燃油泵(M3)、喷油器(Y76)、点火线圈(T1)而关闭，且开始控制单元后续运行。电路31通过车载电气系统蓄电池(G1)的接地点(W10)，再经过多条接地线连接到左侧电子总成舱的接地点(W16/5)而实现接地。点火开关关闭时，ME控制单元由车载电网蓄电池通过“带保险丝的电路30”供电。

图3 点火系统关闭原理

1-端子15，断开要求；2-端子15继电器，促动关闭；3-端子15，断开状态；4,-端子30，状态；5-端子31，状态；A8/1-遥控钥匙；G1-车载网络蓄电池；N10/1-前部带保险丝和继电器模块的信号采集及促动模组(SAM)控制单元；N10/1kJ-端子15继电器；N3/10-发动机电子设备（ME）控制单元；U1018 适用于火花点火型发动机276；W10-右前蓄电池接地点；W16/5-左前机组舱电子系统接地点；CAN B-车内控制器区域网络；CAN E-底盘控制器区域网络

在发动机工作过程中，发动机管理系统启用时，ME控制单元会执行以下功能。为确保整个操作流程，燃油泵(M3)由燃油系统控制单元(N118)促动，直接促动和通过传动系统区域网络（CAN C）促动，对燃油泵的促动仅在解锁车辆后首次接通点火时进行；仪表盘(A1)中的发动机诊断指示灯(A1e58)通过底盘控制器区域网络（CANE1和CAN E2）被促动，以进行灯光检查； 通过底盘控制器区域网络（CANE1）与电子点火开关控制单元交换数据（电路50信号和驾驶认可）；节气门促动器(M1616)检查其回缩弹簧(通过节气门的位置)，并调节促动器的位置；可通过诊断连接器(X11/4)读取和删除ME控制单元中的故障码存储器、诊断连接器通过CANE1和诊断控制器区域网络（CAND）与ME联网；可以使用Xentry诊断系统通过诊断连接器执行修正编程或诊断。可使用ME中的修正编程存储并启用发动机管理系统的不同特性图，例如：针对不同燃油等级进行自适应的点火特性图(研究法辛烷值(RON)校正)；用于在不同工况下加浓空燃混合气的混合气特性图、怠速基本设置；接合档位的怠速；平稳运转检测的故障设置条件；用于打开和关闭带集成式控制的内燃机和空调系统风扇马达(M417)的温度校正。

3 总结

M276自上市以来得到广泛关注，其在结构、材料、工艺等方面都较M272有很大的变化，使得它结构更加紧凑、质量轻、热效率高。M276发动机采用第三代ECI点火系统，以满足日趋苛刻的燃油排放标准，装用M276发动机的梅赛德斯-奔驰的S级和S级双门轿跑车在动力性、经济性、排放等方面均有出色的表现。随着M276发动机技术的不断改进和优化，其发展前景广阔。

[1] 史文库,孙国春,田彦涛.汽车发动机主动隔振系统最优控制[J].车辆与动力技术, 2004, 2:01-04.

[2] 陈宏羽.电子节气门控制系统开发及其算法研究[D].吉林大学, 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

付贻玮（1980-），男，助理实验师，本科，就职于北京电子科技职业学院汽车工程学院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.048