(接上期)

　　梅塞德斯一奔驰公司在其M272 KE V6-3.5L进气道喷射汽油机的基础上，开发出了新型的M272DE V6-3.5L直喷式汽油机，搭载于奔驰CLS 350CGI轿车上，它是世界上首次应用压电控制喷油器并采用喷油器中央布置的油束引导燃烧过程的直喷式汽油机。该机在更大的部分负荷范围内实现了充量分层运转，并以非常低的燃油耗而著称，同时其零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进行生产。

　　该机型的开发目标是在提高行驶功率的同时降低燃油耗。热力学分析表明，与所有其他的方案相比，充量分层运行的直喷式汽油机显示出单一措施最大的节油潜力，并且与壁面引导和空气引导燃烧过程直喷式汽油机相比，油束引导燃烧过程的节油潜力最大。因此，新型的M272 V6-3.5L直喷式汽油机(图118)采用了油束引导的燃烧过程，主要的特点在于压力高达20 MPa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燃烧过程降低燃油耗的潜力，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限值的苛刻要求。

　　在欧洲，这种新型的缸内直接喷射汽油机已完全替代了迄今为止搭载于奔驰CLS 350轿车上的进气道喷射汽油机。

　　10.1　基础发动机

　　梅塞德斯一奔驰公司在改进设计成缸内直喷式汽油机时，采用进气道喷射的V6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，但是在缸内直接喷射机型上，由于良好的燃油雾化和进气道的优化，不再使用滚流阀。

　　同样，在这两种机型的发动机电子控制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进油计量式高压泵的控制、修改点火以及用于充量分层运转和废气后处理功能的要求进行了扩展。

　　10.2　结构特点

　　以下介绍梅塞德斯一奔驰缸内直接喷射V6汽油机与采用进气道喷射的基本机型的区别。

　　◆汽缸盖方案

　　采用进气道喷射的基本机型的结构特点示于图119(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凸轮轴的上轴承座集成在压铸铝合金汽缸盖罩壳中；

　　⑦压缩比为10.7。

　　新型的缸内直接喷射机型的结构特点示于图119(右)，与采用进气道喷射的基本机型相比，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压缩比为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。

　　◆燃油系统

　　这种新型的M272 DE V6-3.5L直喷式汽油机采用三柱塞的径向柱塞高压燃油泵，而其供油量则按3.5L汽油机较高的冷起动要求进行匹配。其燃油系统的构成示于图120上。燃油由发动机附近的汽车燃油装置供应，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20 MPa，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升高，这样就能达到一个均匀的共轨压力，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所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。

　　根据可预料到的市场上燃油品质的兼容性，所有与燃油接触的零件都用不锈钢或黄铜制成，而燃油共轨和高压燃油泵壳体都是机加工的模锻件。

　　除了燃烧过程和燃油系统的开发之外，发动机NVH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。与电磁阀控制相比，压电控制的主要优点在于其喷油嘴针阀极迅速的开闭时间，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人发动机结构中去。除此之外，所采用的O型圈解决方案能够使共轨一喷油器组件获得特别有利的装配连接。

　　◆压电喷油器

　　虽然壁面引导和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，但是市场上用于壁面引导和空气引导燃烧过程的喷油器并不适用于油束引导的燃烧过程，因为后者的喷油器布置在汽缸中央，与火花塞比较接近，要求喷油嘴具有较高的高温工作和抗结焦能力。因此，梅塞德斯一奔驰公司与博世公司合作共同开发专门适用于油束引导燃烧过程的喷油系统部件的新型喷油器，其针阀是向外开启的，即所谓的A型喷油嘴，并用压电执行器直接控制。

　　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(图121)。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。

　　图122示出了采用米氏摄影法拍摄的在充量分层运转背压下形成的喷雾束照片，这样的喷雾束在各次喷油之间只有非常微小的波动，极有利于在火花塞附近形成稳定的分层混合汽和火花塞的可靠点燃，确保油束引导的燃烧过程的稳定运行。为了确保喷雾束的品质，测试检验了各种特性参数，其中包括描述喷雾束随时间和空间扩展(在水平方向上的油束扩展和在垂直方向上的贯穿度)的特性因数△。由于在20 MPa燃油压力下，向外开启的喷油嘴喷出的油束具有高的动量，在所有运转条件下都能够形成稳定的油束锥角，因此可以确保火花塞即使在空间位置上就在其附近，但不会碰到油束核心，也不会被液体燃油润湿。由于油束与周边环境有很大的速度差，因此在压缩行程喷射的情况下能够形成局部稳定的边缘涡流区，而几乎与重要的喷射参数无关。同时，这种由喷射产生的油束感应流动引起了非常有利的空气掺入，因此在边缘涡流区内形成了易于着火的混合汽。在空心锥形油束内部，也以相似的方式产生了空气掺入效应。不同混合汽形成装置之间燃油汽化速度的比较示于图122下右图。显然，在20MPa系统压力下用向外开启喷油嘴喷射的燃油的汽化速度要比在10 MPa系统压力下用多孔喷油嘴喷射的燃油的汽化速度快四倍。显而易见，由于向外开启喷油嘴喷射的燃油流量较大，喷射相同油量所必需的时间也要短得多，这与压电直接控制喷油嘴针阀迅速开闭的特点相结合，将显示出油束引导燃烧过程直喷式汽油机更多的燃烧过程优点。

　　上述介绍的试验结果证实，向外开启的喷油嘴和20 MPa系统压力相结合能够产生稳定的喷射油束，汽缸中的主流流动和涡流对其的影响是微不足道的，这是确保这种油束引导燃烧过程的直喷式汽油机在各种转速和负荷工况下都能稳定运行的关键所在。

　　10.3　废气再循环系统

　　在充量分层运转时采用废气再循环来减少NOx的生成。废气从车厢前围板以后的左右两侧排气管路(参见图123)中取出，并分别各由一个伺服电机或旋转电磁铁操纵的圆盘阀来计量和调节。伺服电机上的霍尔传感器采集废气再循环阀的位置信号，该信号用于发动机电控单元对废气再循环阀进行位置调节，以确保在各种运行工况下再循环废气量的精度。这两个废气再循环阀被一起装配在一个共用的水冷却的壳体中。再循环废气经过废气再循环阀后，在节气门后面被引入进气管(图124)。(未完待续)