带你走进奔驰发动机核心技术世界之进气系统

今天的发动机技术革新比较快，新的发动机型号不断推出，对一线工作人员来说，如何快速掌握发动机的控制原理是一个挑战。(莎士比亚，模板，发动机，发动机，发动机，发动机，发动机，发动机，发动机，发动机，发动机，发动机)。

各种发动机的介绍资料大家都有不少，但是缺少一个总结各种发动机技术的文档。因此，本文的出发点是把当前发动机技术进行一个总结，而不针对特定的某一款发动机。

希望借助这些共性知识，让大家日后在接触新的发动机时能更快的上手。

本文是对发动机控制原理的陈述，较少的对发动机机械部分进行阐述。

将会通过几篇文章进行介绍。

小编

涉及内容如下：

• 进气系统
• 点火系统
• 喷油系统
• 冷却系统
• 曲轴箱通风系统
• 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270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M270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300mbar左右。

通过空气流量计进行计算：（以272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272发动机为例，压力大至上在340mbar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 （M270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M270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M271 EVO, 275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Y101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1 A, 但最高可能约为9A。为保护输出级, 约30 秒后电流被限制为6 A。

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 (Sensor 1)：为主信号，0.5~4.5V

M16/6r4 (Sensor 2)：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——

Sensor 1: 0.5~4.5V

Sensor 2: 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1200 -1400 rpm (怠速下) 或约1800 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278+OM642 CBT，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，272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271EVO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（M272，M276）

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。

M272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>3500rpm

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<3500rpm

M276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<3200rpm

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%

3200rpm<转速<4250rpm

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>4250rpm

翻板开启（电磁阀触动）

风鼓开启（电磁阀无触动）

[进气系统完，其他内容待续……]