当前位置: 气门 >> 气门介绍 >> 奔驰发动机核心技术世界之一进气系统
涉及内容如下:
进气系统
点火系统
喷油系统
冷却系统
曲轴箱/油箱通风系统
一、进气系统
关于进气量的识别:
汽油发动机是根据进气量的多少,再按照14.7:1的比例来调整喷油量的大小的,因此,进气系统的任务之一就是计算近来的空气量。
可以通过两种方式来进行评估
1.通过压力传感器与温度传感器计算
2.通过空气流量计进行计算
通过进气压力传感器进行计算:(以发动机为例)
空气的压力=空气的温度X空气分子数(质量)X比例系数;
因此,空气的质量=压力÷空气温度÷比例系数;
在M中,有4个压力传感器。
ME内部压力传感器(图中没有):
用于识别大气压力,可用于识别海拔高度,并根据此数据调整喷油量。
B28/5:
空气滤清器后压力传感器:用于识别空气经过滤清器后的压力。该数据用于与ME内部压力传感器进行对比,如果偏差过大,说明空气滤清器堵塞。入气量降低,会导致涡轮增压器因为负荷减少而超速运转,从而导致损坏。
因此,ME会调低发动机功率。
B28/6:
涡轮增压器后压力传感器:用于识别涡轮增压器后的压力。该数据用于与空气滤清器后压力传感器进行对比,再参照当前的转速信号来监控与判断涡轮增压器的效果。
B28/7:
节气门后压力传感器:识别进气岐管的压力。该数据用于与进气岐管温度传感器B17/9一起,计算实际进入发动机的空气量。
在正常怠速的情况下,该压力值为mbar左右。
通过空气流量计进行计算:(以发动机为例)
通过熱丝上被带走的热量,结合进气温度传感器,能算出流入的空气量。HFM传输频率信号(frequency)至ME,频率信号依引擎进气量不同而变化,此信号用来决定喷油量。感知器具有一个弓行的凹槽,防止外物进入受到损坏。
空气流量计在着车后并不能马上投入使用,因此,为了检测冷车着车后的进气量,需要使用额外的传感器——进气岐管压力传感器,正常怠速时,以发动机为例,压力大至上在mbar左右。倘若在空气流量计之后出现了漏气,那进气岐管压力传感器的读数会增高。
涡轮增压:
提高发动机的动力,最重要的手段之一是提高进气量,自然吸气的发动机只能通过提高排量来达到目的,而涡轮增压发动机则可以在排量不变的情况下,通过压缩空气来提高进气量。根据不同的车辆配置,增压量可以在0.6~1.5bar(M为例)
在废气岐管端,废气通过涡轮并带动其旋转,而在进气端,旋转的涡轮压缩着空气。被压缩的空气,温度会升高,反而密度就降低了,因此,需要空气冷却器把温度降下来,提高空气的密度,即提高进气量。
在M中,废气旁通翻板在发动机熄火时是开启的(弹簧推开)。当有真空作用于真空触动器,真空克服弹簧推力,并把旁通翻板关闭。此特性刚好与MEVO,的涡轮增压控制相反(旁通翻板熄火时关闭,打开翻板需要通过正压力推开翻板),
当旁通阀关闭时,所有的废气排出车外都需要通过涡轮,因此,加速涡轮的旋转。当旁通阀开启时,排气都通过旁通阀流过,没有废气推动涡轮旋转。
需要增压时:
ME触动增压调节电磁阀Y77/1开启(不通电时,该阀处于关闭状态),来自真空蓄压罐(由真空泵提供真空)的真空作用于涡轮增压真空触动阀,从而关闭翻板。通过调整翻板的角度,可以调整不同的增压效果,而这又是由ME电脑通过PWM信号触动Y77/1来实现的。
不同工况下的增压设置:
下图:
怠速或低负荷,发动机转速低,翻板关闭但也基本没有增压效果。
下图:
中等负荷,ME调整翻板的角度以调节增压压力。
下图:
全负荷,ME调整翻板的角度以调节增压压力,甚至限制增压压力继续升高。
增压的时候,如果驾驶员突然丢开油门踏板,节气门就会关闭,增压的空气就会撞在节气门上,容易导致节气门的损坏,也容易导致涡轮增压器受气压冲击而发出异响,因此,当油门踏板丢开后,需要有一个通道快速的把增压的空气卸掉。此功能由减速阀Y来实现。正常时,该阀关闭,当需要时,ME控制阀门开启(纯电控电磁阀),则被增压的空气(涡轮增压器之后的空气)就会通过该阀回流至未被增压的空气进气管中(涡轮增压器之前的进气管)。
节气门与油门踏板:
节气门促动器(M16/6)中的促动马达(M16/6m1)根据ME的预设值将节气门(1)的开启角度不断从0°调节至90°。调节脉冲宽度调制信号的典型耗电量约为1A,但最高可能约为9A。为保护输出级,约30秒后电流被限制为6A。
节气门中有两个位置传感器用于监控节气门翻板的开度,分别是电位计M16/6r3和M16/6r4。
随着节气门翻板位置的变化,两个电位计的输出信号呈反向。
内有两个电位计作为位置传感。且:
M16/6r3(Sensor1):为主信号,0.5~4.5V
M16/6r4(Sensor2):为辅助检测信号,4.5V~0.5V。
电子节气门功能:
对比传统的机械节气门,电子节气门不仅仅只是受到驾驶员的油门踏板位置控制,而且还会考虑到挡位,驾驶风格,油门变化程度,巡航控制等影响,进行适当的调节。
4种功能模式:
a.正常节气门驱动模式
b.节气门变化缓冲模式
c.倒挡行驶模式
d.适应性油门踏板模式
A.正常节气门驱动模式
根据油门踏板传感器,ME根据特性图促动节气门促动器(M16/6),为此,ME使用脉冲宽度调制(PWM)信号促动节气门促动器中的促动马达(M16/6m1)。如果未激活限制功能(如定速巡航控制请求),则节气门的开启角度仅由油门踏板位置确定。
B.节气门缓冲功能
ME根据以下信号控制缓冲功能:
1.油门踏板传感器,油门促动速度(快,慢)
2.曲轴传感器,发动机转速
3.冷却液温度
4.节气门位置
5.车速信号
目的:
为了避免在突然释放油门踏板时,节气门迅速关闭导致发动机出现挫动的情况,ME会适当将减缓节气门关闭速度,保证发动机扭矩平稳下降。
C.倒车行驶模式
当车辆切入到倒挡后,ME会降慢节气门的反应速度,并且限制最大开度为50%,从而保证倒车的安全。
D.自适应油门踏板的功能
ME控制单元识别油门踏板的促动情况,并在特性曲线之间进行切换。踏板行程超过50%之后,对于运动风格的驾驶员,会释放大约80%的发动机负荷;对于稳重型驾驶员,则会释放40%的发动机负荷。当踏板行程超过约90%,二者之间无其它区别。
如果“稳重型驾驶员”特性启用(如在高速公路上行驶较长距离之后),则必须首先极为迅速地踩下油门踏板,以获得较高的加速度。
延伸:曾经收到经销商的反馈,客户做完保养后就反映动力下降了,车间对ME的学习值进行了复位就解决了问题。这就跟上面所说的自适应油门踏板功能相关了。
油门踏板传感器:
油门踏板传感器B37,集成了两个霍尔传感器,随着油门踏板的踩下,两个传感的反馈信号是同向增加,但电压值不同(信号1是信号2的两倍)。
上图说明——
Sensor1:0.5~4.5V
Sensor2:0.5~2V
如果两个传感的信号不匹配,ME就会使用信号较低的作为参考值,同时,节气门的最大开度会降低,同时响应时间都会变长。
电子油门紧急模式
分为以下功能:
a.油门踏板传感器发生故障时的应急运行模式
b.节气门实际数值电位计1或2(M16/6r1,M16/6r2)发生故障时的应急运行模式功能
c.节气门促动器电机(M16/6m1)发生故障时的应急运行模式功能
d.应急运行位置的功能
A.油门踏板传感器发生故障时的应急运行模式功能:
如果一个霍尔传感器发生故障,则系统会切换至第二个霍尔传感器.节气门开度被限制为最大开度的60%左右.此外,节气门的开启速度是受到动态限制的(节气门延迟开启)。
如果合理性检查结果存在问题或两个霍尔传感器均发生故障,则只有怠速转速仍然受到控制。
B.节气门实际数值电位计1或2发生故障时的应急运行模式功能
如果一个电位计发生故障,则系统会切换至第二个完好的电位计.为进行比较,将空气流质量用作第二个参数.
如果两个电位计出现故障,弹簧盒使节气门到达开启角度约为10°的应急运行位置.
C.节气门促动器电机发生故障时的应急运行模式的功能
节气门促动器被断电,弹簧盒使节气门到达开启角度约为10°的应急运行位置。
D.应急运行位置的功能
节气门处于应急运行位置时,燃油被切断/重新供至气缸,以将发动机转速限制为约-rpm(怠速下)或约rpm(驾驶模式下).如果操作制动踏板,则表示怠速输入。
根据以下因素,ME控制单元通过开启/关闭喷油嘴(Y62)来启用/停用各气缸:
1.发动机转速
2.制动识别
3.所选择的挡位
凸轮轴位置调节机构:
传统的发动机的配气相位是固定不可调的,因此,这种发动机仅对应于某一个转速效率最高。通过凸轮轴调节机构,进排凸轮轴的位置可以进行40度连续的调节,这也意味着气门的开启/关闭时刻,以及进排气门重叠角可以根据不同的发动机工况进行改变,从而优化了充气效率,增加扭矩及减少排放(内部EGR功能)。
配气相位可调的图示:粉红色曲线为排气门运动曲线;蓝色为进气门运动曲线。当两个曲线交集较小时,有利于尽量多的新鲜空气进入发动机,从而运转平稳(上图,也是紧急模式的位置);当交集较大时,有利于内部EGR循环,降低排放(下图)。
截取自+OMCBT,进排气凸轮轴在怠速,中等负荷,以及大负荷三种工况下的相位变化:
怠速:
进排气没有重叠角
三元催化器属于预热阶段
较少的新鲜空气,较低的废气排放
中等负荷:
较大的进排气重叠角度
内部EGR功能发挥作用,从而降低氮氧化合物的排放
大负荷:
较小的重叠角
确保较多的新鲜空气进入,和高充气效率
配气相位调节:
凸轮轴调整参与的部件:ME电脑,进气凸轮轴位置传感器,排气凸轮轴位置传感器,进气凸轮轴调节电磁阀,排气凸轮轴调节电磁阀,进气凸轮轴调整机构,排气凸轮轴调整机构。
摆动转子在液压的作用下,可以向前或向后作相位的调整。因此,凸轮轴与之相连。
控制所需要到的参数与控制逻辑:
油压通过凸轮轴内部供应,当发动机停止运转后,机构的内部弹簧会把调整机构推回原始位置,并通过一个锁销进行锁止。该位置为气门重叠角最小的位置,也是紧急模式的位置。
当下一次着车后,发动机建立起了足够的油压,把锁销顶开,此时,调整机构重新进入工作。
机械控制原理:
根据需要,ME调节控制活塞,调整油道的供油方向,以调整凸轮轴。当所需的位置达到后,ME为此调整机构两边的压力均等。
图上半部显示:机油经由机油道进入A区做延迟调整功能
图下半部显示:机油经由机油道进入B区做提前调整功能
扰流翻板:
在进气岐管内喷射燃油的发动机(非直喷发动机),为了能使得混和气
在低转速的情况下依然能有比较好的汽油分布,加入了扰流板机构。
当发动机负荷较低时,流入的空气量少,流速低,混合气进入气缸后不容易充分的混合。
若此时减少进气岐管的截面积,流速增加了,进入气缸的气体会形成垂直方向的环流(tumble,如上图B),有利于混合气的均匀混合,从而提高燃烧效率,降低油耗。
不同的发动机,其扰流板的机构是不同的,发动机通过真空触动器22/9和真空源电磁阀Y22/9来控制扰流板——当Y22/9通电时,真空作用于22/9,22/9通过连杆把扰流板从收缩位置拉出(进气道变窄,气流流速增加)。而EVO的扰流板则是通过电机控制的——每个汽缸两个入口,一个是窄入口,另一个是带有翻板的宽入口,当车辆处于低负荷和怠速时,翻板把宽入口关闭,空气仅从窄入口进入,从而达到增加流速的目的。断电时翻板被弹簧固定在缩回位置。
长短可变进气岐管(M,M)
对于自然吸气的发动机,进气的动力来源是活塞的向下运动而形成的真空,而把外界的空气吸入。由于活塞是不断上下往复运动,且在不同的转速下,活动的快慢也是不同的,因此形成了吸入的空气有时比较多(压力高),有时比较少(压力低),且这种多和少成一个比较规律的压力波形。为了增加进气量,当然希望压力的波峰能进入发动机,因此,不同转速下,设计的进气管长度是不同的。
当转速比较慢时,形成的进气压力波波长比较长,为了使得波峰能进入发动机,要用长的进气岐管;转速较快时,波长也较短,因而使用短的进气岐管合适。
M进气岐管的执行:
ME通过促动切换阀Y22/6来调节进气岐管的翻板开闭,从而调节进气岐管的长短。(发动机熄火时,弹簧的作用下,进气岐管处于短管模式)
短管启用条件:
1.发动机负荷50%
2.怠速
3.发动机转速rpm
4.发动机熄火后,没有了真空的触动,翻板打开,切换至短管
长管启用条件:
1.发动机转速rpm
M的进气岐管:控制进气岐管的长短,有两个触动器工作,一个是进气鼓(红色方框标注,由Y77/3控制真空源以触动),一个是翻板(红色圆圈标注由Y77/2控制真空源以触动)
发动机熄火时,在弹簧力的作用下,气鼓处于开启状态(与右图位置相反),翻板处于关闭状态(与右图位置相同)
怠速或低负荷时:
发动机负荷50%
翻板关闭(电磁阀无触动)
风鼓开启(电磁阀无触动)
低转速时:
发动机负荷50%
转速rpm
翻板关闭(电磁阀无触动)
风鼓关闭(电磁阀触动)
中等转速时:
发动机负荷50%
rpm转速rpm
翻板开启(电磁阀触动)
风鼓关闭(电磁阀触动)
高转速时:
发动机负荷50%
转速rpm
翻板开启(电磁阀触动)
风鼓开启(电磁阀无触动)
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