奔驰轿车3.5L-V6汽油机解析(三)

◆文/江苏 范明强

(接上期)

(2)催化转化器和传感器

耐高温的双芯催化转化器靠近发动机直接紧固在双层钢板焊接中空排气歧管上，并装有线性调节氧传感器和诊断/控制用氧传感器，是废气后处理系统中的核心部件，其剖视图示于图27。排列在流动方向上的第1个陶瓷载体是长度为50mm的600目(每平方吋蜂窝孔数)蜂窝陶瓷芯子；第2个芯子同样也是600目而长度为70mm，整个催化转化器的体积为2.64L。

与其他的设计方案相比，设置在两个芯子之间间隙中的诊断和控制用氧传感器明显提高了空燃比动态调节的优势。为了使对降低燃油消耗具有重要意义的全负荷加浓减少到最低程度，两个陶瓷载体芯子都涂有最新一代耐高温(高达1000℃)的含有三种金属成分的表面涂层。除此之外，这种废气装置方案还为能满足进一步加严的废气排放限值(欧Ⅴ/SULEV)提供了足够的潜力。

不言而喻，这种体积相对较大的废气装置的废气流入和流通能力已通过3D模拟计算针对其中的压力和温度分布进行了优化，以便能确保其长期的稳定性，这已被各种耐久运转试验所证实。

7.技术数据

M272 E35 V6汽油机的主要技术数据列于表1。图28示出了M272 E35 V6汽油机的功率和扭矩特性曲线中，其平均有效压力特性曲线与竞争机型相比处于目前FEV公司统计的分布带的最上端(图29)。因此，搭载这种自然吸气汽油机的SLK轿车以当时绝对顶级的行驶功率达到了运动型轿车的水平，其0～100km/h的加速性仅5.5s，达到了顶级机动性的要求。

M272 E35 V6汽油机典型的燃油耗特性曲线场示于图30。特性曲线场最低燃油消耗值得比较示于图31。M272 E35 V6汽油机搭载于新款SLK轿车，在欧Ⅳ废气排放认证中所测定的燃油耗值列于表2，此时其发动机/变速器的组合示于表3。

表1 M272 E35 V6汽油机主要技术数据

表2 M272 E35 V6汽油机搭载新款SLK轿车的燃油消耗值

表3 新款SLK轿车的发动机和变速器变型

二、M272 DE 35 V6缸内直喷式汽油机

新型M272 DE35 V6缸内直喷式汽油机(图32)搭载于CLS 350 CGI轿车，在2006年春季日内瓦国际汽车博览会上首次亮相。该机型是2004年推出的新一代M272 KE35 V6进气道喷射汽油机首次技术升级版的代表机型，也是世界上首款采用压电喷油器的油束引导分层燃烧缸内直喷式汽油机，它在更大的部分负荷范围内实现了充量分层燃烧，并以非常低的燃油消耗而著称，同时其另部件与进气道喷射机型有很高的通用性，能在同一条流水线上生产。

就热力学原理而言，与所有其他的技术措施相比(图33)，燃油缸内直接喷射充量分层燃烧的直喷式汽油机显示出单一措施最大的节油潜力，而与壁面引导或空气引导燃烧过程相比，油束引导燃烧过程的节油潜力最大，因此这种新机型能在提高行驶功率的同时降低燃油消耗。其主要的特点在于压力高达20MPa的喷油系统，主要包括供油量可调节的高压燃油泵和压电直接控制的喷油器。为了充分利用这种新型的油束引导分层燃烧过程降低燃油消耗的潜力，该发动机在部分负荷时采用充量分层(λ＞1)运行，并借助于靠近发动机布置的三元催化器和布置在地板下的存储式NOx催化器来实现废气净化。为了在空气过量情况下调节废气后处理系统，在存储式NOx催化器前采用了温度传感器，而在存储式NOx催化器后采用了NOx传感器。不言而喻，应用这种系统完全能够满足当前所有的废气排放标准。

1.基础发动机

新的M272 E35 V6缸内直喷式汽油机的基础发动机，采用M272 E35 V6进气道喷射汽油机的基础部件作为模块化技术改进的基础，例如曲柄连杆机构、曲轴箱和热管理系统等在这两种机型上是相同的，而进气系统则按照提高的标定转速来匹配，但是在缸内直喷式机型上，由于采用油束引导的燃烧过程及其相应的良好燃油雾化品质以及进气道的优化，不再使用滚流阀。同样，在这两种机型的电控系统中采用了相同的控制软件结构，并为了满足燃油系统中高压部件的控制、修改点火以及用于充量分层运转和废气后处理功能等方面的要求进行了扩展。

(1)汽缸盖

以下介绍M272 DE35 V6直喷式汽油机汽缸盖方案与M272 KE35 V6进气道喷射机型的主要区别。采用进气道喷射机型的结构特点示于图34(左)：①金属模铸造的铝合金汽缸盖；②四气门；③火花塞中央布置；④气门夹角28.5°；⑤两根组合式凸轮轴，装有凸轮相位调节器、滚轮式摇臂和固定式液压挺柱；⑥凸轮轴上轴承盖与铝合金汽缸盖罩压铸成整体式结构；⑦压缩比=10.7。

缸内直喷式机型的结构特点示于图34(右)，与进气道喷射机型相比，有以下区别：①压电喷油器中央布置；②火花塞向排气门方向偏移；③压缩比=12.2；④外部双路废气再循环；⑤20 MPa高压燃油系统，采用油量可调节的高压燃油泵。

汽缸盖中的横流式冷却系统有利于降低排气侧的火花塞和中央布置的喷油器周边的温度。由于在结构设计阶段提前考虑了这种技术扩展的可能性，因此确保了这两种机型能够在同一条自动装配流水线上生产，可以根据市场的需求随时调整这两种机型的生产批量。

(2)燃油系统

应用新开发的A型喷嘴压电喷油器对燃油系统的有一些新的要求，为满足这些要求必须对燃油系统进行一些新的开发工作。三柱塞的径向柱塞高压燃油泵已应用于直列式M271 DE直喷式汽油机上，V6机型继续沿用了这种型式的高压燃油泵，而其供油量则按3.5L-V6汽油机较高的冷起动要求进行匹配，同样也沿用了在直列式4缸机上已应用过的起动时在压缩行程喷油的方式。燃油系统的构成示于图35。

燃油由发动机附近的汽车燃油箱供应，并在那里直接与从燃油冷却器回流的已被冷却的燃油混合。高压燃油泵由右排汽缸的进气凸轮轴驱动，可将燃油压力最高提高到20MPa，并输送到高压系统中的燃油分配器，其平均供油量差不多是平均喷油量的两倍，因而即使在喷油时共轨压力仍然能保持，在向所有汽缸喷油时几乎是相同的。

在燃油分配器旁边装有一个燃油压力调节器，用于在高压燃油泵泵油量恒定不变的情况下调节共轨中的燃油压力。一旦高压燃油泵转换到泵油量调节方式供油时，燃油压力调节器就关闭，仅仅起到一个安全阀的作用。高压燃油泵的油量调节阀将过剩的燃油旁通到低压侧，并从那里输往燃油冷却器。

喷油器中的压电执行器要求限制这种无回油系统中允许的最高燃油温度。为了在所有运转条件下使燃油温度都不超过允许的温度范围，必须要有一个燃油冷却器，将多余的燃油引入其中进行冷却。为了能兼容可预料到的市场上的燃油品质，所有与燃油接触的零件都用不锈钢或黄铜制成。燃油共轨是机加工的模锻件，高压燃油泵的壳体采用同样的方法制造。

除了燃烧过程和燃油系统的开发之外，发动机噪声-振动-刚性特性的优化也是一项重要的开发任务，其中大部分又涉及到喷油器及其在汽缸盖上的安装条件。与电磁阀控制喷油器相比，压电控制喷油器的主要优点在于其迅速的开闭时间。但是，喷油器的迅速开启和关闭对汽缸盖结构产生了强烈的冲击，其加速度最大可达到1000g。为此，除了在喷油器中及其周边范围内采取各种措施之外，对燃油共轨和汽缸盖之间的固定夹紧条件也进行了优化，尽可能减少其机械噪声传入发动机结构中去。除此之外，所采用的O型圈解决方案能使共轨-喷油器组件获得特别有利的封装。

如图36所示，压电喷油器基本上由3个主要部件组成：喷油嘴部件、压电模块和补偿元件。向外开启的喷油嘴位于喷油嘴部件内，它喷出的锥形油束的锥角为85°，针阀行程约为35μm。(未完待续)